CN103147057A - 复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，包括镀膜腔体单元。镀膜腔体单元由左右对称的左腔体和右腔体组成，左腔体和右腔体分别构成独立的镀膜腔；镀膜腔包括靶材架和基片架；左腔体和右腔体的基片架位于镀膜腔体单元的中间，中间通过隔板隔开；左腔体和右腔体的靶材架位于镀膜腔体单元的外侧；靶材架上安装有开合装置。镀膜腔体单元还可以进一步包括滑轨，靶材架可以沿着滑轨移动。本发明通过结构化组件设计使得本发明安装非常方便。本发明的镀膜腔可以侧向打开，从而非常方便地实现镀膜腔内部的维护保养。本发明还可以将多个镀膜腔体单元组成连续镀膜设备。

Description

复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备

技术领域

本发明涉及磁控溅射镀膜设备。

背景技术

在材料表面上镀上一层薄膜，可使该种材料具有许多新的物理和化学性能。真空镀膜法是一种崭新的镀膜工艺，由于薄膜制备工艺是在真空条件下进行的，故称真空镀膜法。真空下制备薄膜，环境清洁，膜不易受污染，可获得致密性好、纯度高、厚度均匀的薄膜层，并具有膜与基体附着强度好、膜层牢固的优点。当前，几乎任何材料都可以通过真空镀膜工艺涂覆到其他基体材料表面上，这就为真空镀膜技术在各种工业领域中的应用开辟了更广阔的前景。磁控溅射镀膜是电子在正交电磁场的共同作用下加速飞向靶材的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子，呈中性的靶原子或分子或者是靶材离子沉积在基体上成膜。

磁控溅射就是在普通的阴极溅射基础上外加在相互正交的磁场和电场中，利用磁场的约束来改变电子在气体放电中的运动方向，并束缚和延长电子的运动轨迹，极大提高电子对工作气体分子或原子的碰撞电离几率及更充分的利用电子的能量，从而使气体正离子对靶材的轰击所引起的靶原子的溅射更有效。同时，受到正交电磁场束缚的电子只有在其能量耗尽时才能脱离靶表面附近。这样沉积到基体上的电子传给基体的能量很小，使基体的温升较慢并保持在较低的程度上。

磁控溅射是在溅射过程中利用产生的二次电子在磁场洛伦磁力的作用下加速飞向靶材的过程中，被束缚在靠近靶面的等离子体区域内，该区域内等离子体密度很高，在二次电子在磁场的作用下围绕靶面作螺旋运动，该电子的运动路径很长，在运动过程中不断的与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材，经过多次碰撞后电子的能量逐渐降低，摆脱磁力线的束缚和延长电子的运动路径，改变电子的运动方向，提高工作气体的电离率和有效利用电子的能量，溅射是热蒸发和弹性碰撞的综合过程。由于气体正离子轰击阴极靶，使得靶材表面受轰击的部位产生局部高温区，该区靶材表面达到蒸发温度而产生蒸发，溅射速率则是靶材升华热和轰击离子能量两者的函数，逸出的靶材原子将呈现正弦分布。当气体正离子轰击阴极靶时，直接将其能量传给靶表面上某个原子或分子，使该原子或分子脱离附近其它原子或分子的束缚而离开靶材的表面弹射出来。如果轰击离子的能量不足，只发生振动而不产生溅射。如果轰击离子能量很高时，轰击离子能量过高而发生离子注入现象。对于一般的溅射装置，溅射镀膜的形成是利用真空辉光放电，加速正离子使其轰击靶材表面而引起的溅射现象，使靶材表面放出的粒子沉积到基体上而形成薄膜的。当离子轰击固体表面时会产生许多效应，除了靶材的中性粒子,即原子和分子,最终沉积成膜之外，其它效应对薄膜的生长也会产生很大的影响。

目前几乎所有的各类立式磁控溅射镀膜设备，无论是单腔体镀膜机，还是大型串列式的自动生产线，都是采取各个独立的腔体整体焊接而成。腔体的结构复杂，腔体内部组成各种功能的零件、部件及组件的设计、布置和安装经常存在多种不便和矛盾。其中最为关键的溅射靶材阴极的结构形式，重量，冷却水路的结构和布置形式，靶材阴极与腔体外部的电气连接方式以及冷却水的接口布置，靶材阴极与腔体的结构布置，使得靶材阴极在腔体内的安装限制较多；各种工艺气体的管路在腔体内布置，安装形式及其在腔体内的配置难以达到最佳，从而影响工艺气体在腔体内的分布和流场形态，造成溅射沉积时各种工艺参数不稳定，使沉积的薄膜质量产生波动；整体焊接的腔体内部的多种零、部件一旦安装好，多数不便于拆卸维修和长期运行，溅射形成的多种杂质成份累积沉积，无法有效去除，使整个腔体内部存在多处洁净死角，在真空抽取状态下多种杂质微粒漂浮在腔体内部空间，一方面夹杂在所需沉积的薄膜结构中间，导致沉积后的薄膜品质下降，同时各种杂质颗粒附着在各种腔体内的传动部件的表面，长期运行导致传动部件卡死，造成设备失效和影响薄膜沉积进程；由于整体焊接的腔体是将所有各种腔体内部组成各种功能的零件、部件及组件尽可能地布置和安装到同一个腔体上，腔体的结构复杂，当所沉积的薄膜必须加热时，还需安装额外的加热系统，但要求加热系统工作时，不能影响到整个真空系统的正常运行，更不能出现加热系统的安装布置所造成的设备功能组件的局部过热现象，因此，种复杂的腔体结构对加热系统安装布置限制很多；同样，由于整体焊接的腔体是将所有各种腔体内部组成各种功能的零件、部件及组件尽可能地布置和安装到一起，腔体的结构复杂再加上经过综合折中后安装的加热系统，为保证整个真空系统的正常运行和薄膜沉积的顺利，就必须要有相应的循环冷却管路系统，整体焊接腔体的结构复杂再加上安装的加热系统，造成冷却管路布置安装难以达到合理，不利于整个真空系统的正常运行和薄膜沉积的顺利进行，导致薄膜沉积工艺过程的众多限制，降低所沉积薄膜的质量；另外，整体焊接腔体的结构复杂，使传动机构在腔体内的结构布置和安装约束较多，工件输送系统的结构形式、传动体系和动力系统等方面的配置就达不到薄膜沉积的最优设计要求，造成工件输送方式不稳定、输送进程可控性差；整体焊接腔体在整个真空系统的日常运行和薄膜沉积过程中，一旦出现设备运行和薄膜沉积过程中的异常情况，结构复杂的整体焊接腔体内部的状态多数情形下难以及时跟踪和有效处理，生产过程的可维护性差，存在过多制约，不便于采取及时的应急处理方案，常常需要完全停机，进行彻底的清理修复，延长了设备维护保养过程和事件，并加大了工序的复杂性。

发明内容

本发明所要解决的问题是：

1、解决现有磁控溅射镀膜设备设计复杂的问题；

2、解决现有磁控溅射镀膜设备制造复杂的问题；

3、解决现有磁控溅射镀膜设备安装复杂的问题；

4、解决现有磁控溅射镀膜设备维护复杂的问题。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，包括镀膜腔体单元。镀膜腔体单元由左右对称的左腔体和右腔体组成。左腔体和右腔体分别构成独立的镀膜腔。镀膜腔包括靶材架和基片架。左腔体和右腔体的基片架位于镀膜腔体单元的中间，中间通过隔板隔开。左腔体和右腔体的靶材架位于镀膜腔体单元的外侧。靶材架上安装有开合装置。开合装置由液压或气压驱动。

进一步，上述的镀膜腔体单元还可以包括滑轨，靶材架安装于滑轨上。

本发明的复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，可以包括单个的镀膜腔体单元，也可以包括两个以上的镀膜腔体单元，相邻的镀膜腔体单元之间通过隔离阀相连接，组成连续镀膜设备。

本发明的技术效果如下：

1、      本发明不同于传统焊接工艺制造的镀膜腔，而采用结构化组件模块设计，结构件之间通过密封胶条密封。这种方法设计的磁控溅射镀膜设备结构件复用率高。

2、      镀膜腔体呈左右对称的形式，空间利用率高。

3、      靶材架安装有开合装置，可以侧向张开，即可以对腔体内部进行如更换靶材、内部清洁等的常规性维护，维护保养方便，也大大缩短了维护保养所需要的时间。

4、      靶材架还可以通过靶材架基座可以沿着滑轨横向滑动，需要腔体内部维护时，只需要将靶材架基座沿着横向滑轨移开，并通过开合装置侧向张开靶材架即可以对腔体内部进行如更换靶材、内部清洁等的常规性维护，维护保养方便，也大大缩短了维护保养所需要的时间。

5、      靶材架安装在靶材架基座上，而靶材架基座安装在滑轨上，可以沿着滑轨横向滑动，从而实现在一定范围内调整靶距。

6、      本发明的复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备由多个相互独立的镀膜腔体单元组成，当某个镀膜腔出现故障需要维修时，无需要停止整台设备，只需要停止故障镀膜腔单元即可。

7、      本发明采用结构化组件模块设计，可以便于在腔体内增加各类挡板机构，隔绝背绕射的现象，提高沉积薄膜的品质。

8、      本发明采用结构化组件模块设计，可以便于在腔体内增加加热设备，实现薄膜沉积工艺过程的多样性，提高所沉积薄膜的质量。

附图说明

图1是本发明实施例1的镀膜腔体单元内部俯视结构示意图。

图2是本发明实施例1的镀膜腔体单元内部侧视结构示意图。

图3是本发明实施例2的镀膜腔体单元内部俯视结构示意图。

图4是本发明实施例2的镀膜腔体单元内部侧视结构示意图。

图5是本发明多个镀膜腔体单元组成连续镀膜设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

实施例1

复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，包括镀膜腔体单元。镀膜腔体单元，如图1、图2所示，包括两个基片架3、两个靶材架4、底座11、端板13、顶板14。基片架3、靶材架4、端板13安装在底座11上。两个基片架3、两个靶材架4、底座11、端板13、顶板14组成左右对称的两个腔体：左腔体8和右腔体9。左腔体8和右腔体9分别构成独立的镀膜腔。镀膜腔包括靶材架4和基片架3。基片架3与靶材架4构成镀膜腔的两侧壁。镀膜腔的两端由端板13密封，顶部由顶板14密封，形成封闭的空腔。端板13由密封法兰制成。靶材架4上安装由磁控溅射的靶材6。工作时，该镀膜腔被抽成真空。左腔体8和右腔体9的基片架3位于镀膜腔体单元的中间，中间通过隔板31隔开，左腔体8和右腔体9的靶材架4位于镀膜腔体单元的外侧，两个腔体形成背靠背对称的结构。靶材架4上安装有开合装置。开合装置位于左右腔体的外侧。本实施例中的开合装置由压力机45实现，压力机45可以是液压机或气压机，即开合装置由液压或气压驱动。压力机45底部安装在底座11上，压力机45的压力杆斜顶在靶材架4的外侧。当镀膜腔内部需要维护保养时，压力机45向外侧拉开靶材架4，从而打开镀膜腔。

实施例2

复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，包括镀膜腔体单元。镀膜腔体单元，如图3、图4所示，包括两个基片架3、两个靶材架4、底座11、端板13、顶板14。基片架3通过基片架基座32固定在底座11上。靶材架4安装在靶材架基座5上，靶材架基座5安装在滑轨12上，滑轨12安装在底座11上。即靶材架4安装于滑轨12上，可以沿着滑轨12移动。两个基片架3、两个靶材架4、底座11、端板13、顶板14组成左右对称的两个腔体：左腔体8和右腔体9。左腔体8和右腔体9分别构成独立的镀膜腔。镀膜腔包括靶材架4和基片架3。基片架3与靶材架4构成镀膜腔的两侧壁。镀膜腔的两端由端板13密封，顶部由顶板14密封，形成封闭的空腔。端板13由密封法兰制成。靶材架4上安装由磁控溅射的靶材6。工作时，该镀膜腔被抽成真空。左腔体8和右腔体9的基片架3位于镀膜腔体单元的中间，中间通过隔板31隔开，左腔体8和右腔体9的靶材架4位于镀膜腔体单元的外侧，两个腔体形成背靠背对称的结构。靶材架4上安装有开合装置。开合装置位于左右腔体的外侧。本实施例中的开合装置包括驱动杆41、轴套42、转轴43、传动臂44、压力机45。驱动杆41的一端斜顶在靶材架4上，另一端固定在轴套42上。轴套42套在转轴43外，可以沿着转轴43转动。传动臂44的一端也固定在轴套42上。压力机45的压力杆顶在传动臂44的另一端。转轴43、传动臂44、压力机45安装于靶材架基座5上。压力机45可以是液压机或气压机，即开合装置由液压或气压驱动。当镀膜腔内部需要维护保养时，首先将靶材架基座5沿着滑轨12向外活动，然后开动压力机45使得压力杆上顶，使得传动臂44和驱动杆41压着转轴43转动，从而拉开靶材架4，从而打开镀膜腔。

实施例3

本发明的复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备可以包括单个的镀膜腔体单元，也可以将两个或多个镀膜腔体单元连接在一起构成连续多腔体的磁控溅射镀膜设备。如图5所示，复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，包括多个镀膜腔体单元1。镀膜腔体单元1之间通过隔离阀2隔开。

实施例1、实施例2中的开合装置用于张开靶材架，打开镀膜腔内部，方便镀膜腔内部的维护保养。本领域技术人员知道该开合装置并不限于实施例1或实施例2中的形式。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，包括镀膜腔体单元，其特征在于，镀膜腔体单元由左右对称的左腔体和右腔体组成，左腔体和右腔体分别构成独立的镀膜腔；镀膜腔包括靶材架和基片架；左腔体和右腔体的基片架位于镀膜腔体单元的中间，中间通过隔板隔开；左腔体和右腔体的靶材架位于镀膜腔体单元的外侧；靶材架上安装有开合装置。

2.如权利要求1所述的复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述的镀膜腔体单元还包括滑轨，靶材架安装于滑轨上。

3.如权利要求1所述的复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述的开合装置由液压或气压驱动。

4.如权利要求1所述的复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，其特征在于，所述的开合装置包括：驱动杆、轴套、转轴、传动臂、压力机；驱动杆的一端斜顶在靶材架上，另一端固定在轴套上；轴套套在转轴外；传动臂的一端固定在轴套上；压力机的压力杆顶在传动臂的另一端。

5.如权利要求1所述的复式轨道双对称可分离腔体磁控溅射镀膜设备，其特征在于，该设备包括两个以上的镀膜腔体单元，相邻的镀膜腔体单元之间通过隔离阀相连接。

Images