CN105986236A - 一种低温沉积磁控溅射镀膜装置及方法 - Google Patents

一种低温沉积磁控溅射镀膜装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低温沉积磁控溅射镀膜装置及方法，其装置包括磁控靶和辅助电极，磁控靶设于基材的一侧或两侧，磁控靶的一侧或两侧设置辅助电极。其方法是在基材一侧设置磁控靶，在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。本发明可克服电子轰击对基材表面温升的影响，防止不耐温材料沉积过程中出现起皱折、拉伸、变形等缺陷，从而提高产品质量，由于可长时间进行低温沉积膜层，不仅能提高生产效率，镀膜设备中也可省去冷却机构的设置，降低生产成本，加强市场竞争力。

Description

一种低温沉积磁控溅射镀膜装置及方法
技术领域
本发明涉及磁控溅射镀膜技术领域，特别涉及一种低温沉积磁控溅射镀膜装置及方法。
背景技术
低温沉积的磁控溅射方法适用于PET、亚克力、布料等不耐高温材料的镀膜加工，目前应用较少。传统的磁控溅射镀膜工艺中，溅射沉积过程中，被镀基片的温度升高来源主要有两个方面，一个是磁控靶工作时产生的靶材表面热辐射，另一个是因为等离子体中的电子轰击基材表面而产生温升。虽然部分电子受正交电磁场的束缚只能在其能量将要耗尽时才能沉积在基片上，但不是所有电子都能受到正交电磁场的束缚，在磁极轴线处因为电场与磁场平行，部分电子将直接飞向基片，从而使得被镀基片的温度升高。在实际的生产加工中，温升对于不耐温的材料会导致起皱折、拉伸、变形等缺陷，尤其对于需长时间镀膜的工艺，产品缺陷更为严重。另外，由于磁控溅射过程中产生的热量较高，镀膜设备中往往需要增设冷却机构，设备成本较高，不利于产品加工成本的控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低温沉积磁控溅射镀膜装置，该装置结构简单，可有效减少电子轰击对基材温升的影响，实现长时间的低温沉积镀膜。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述装置实现的低温沉积磁控溅射镀膜方法。
本发明的技术方案为：一种低温沉积磁控溅射镀膜装置，包括磁控靶和辅助电极，磁控靶设于基材的一侧或两侧，磁控靶的一侧或两侧设置辅助电极。在磁控靶对基材进行溅射镀膜的过程中，通过辅助电场约束电子运动，压缩了等离子体的高度，促使电子远离被镀的基材，从而减少了电子轰击对基片温升的影响，实现了长时间的低温沉积镀膜。
所述磁控靶为一组或多组，磁控靶有多组时，位于基材同一侧的多组磁控靶沿基材表面并排分布。
所述磁控靶为平面靶或圆柱靶，磁控靶的电源可采用直流电源、中频电源或射频电源等。磁控靶内设有多个并排分布的磁铁，各磁铁设于磁控靶的靶材一侧，同一磁控靶内，相邻两个磁铁之间同一端的磁极相反。
所述辅助电极为水冷式结构，且辅助电极外接电源。
作为一种优选方案，所述基材为柔性卷材，基材通过水冷鼓和导辊进行输送，水冷鼓两侧分别设置导辊，磁控靶设于水冷鼓外侧。
作为另一种优选方案，所述基材为直线式片材，基材的一侧或两侧设有磁控靶，基材的同一侧设有一组或多组磁控靶；当基材的同一侧设有多组磁控靶时，磁控靶和辅助电极交替布置，且每个磁控靶的一侧或两侧均设有辅助电极。
通过上述装置实现一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，具体是：在基材一侧设置磁控靶，并在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。
所述磁控靶对基材进行溅射镀膜时，每组磁控靶单独形成一个溅射区域，磁控靶两侧的辅助电极分别位于相应溅射区域的两侧。
所述磁控靶和辅助电极在基材的同一侧交替布置时，位于两个磁控靶之间的辅助电极吸附相邻两个溅射区域中的电子。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本低温沉积磁控溅射镀膜装置是在现有的磁控溅射镀膜装置上进行改进的，主要是通过在磁控靶外侧增设辅助电极，通过辅助电场约束电子运动，压缩了等离子体的高度，促使电子远离被镀基片，从而减少了电子轰击对基片温升的影响，实现了长时间的低温沉积镀膜。一方面，对于不耐高温的基材来说，本发明可克服电子轰击对基材表面温升的影响，防止不耐温材料沉积过程中出现起皱折、拉伸、变形等缺陷，从而提高产品质量。
另一方面，本低温沉积磁控溅射镀膜装置及方法也可应用于耐高温基材(如玻璃等)，由于可长时间进行低温沉积膜层，不仅能有效提高生产效率，镀膜设备中也可省去冷却机构的设置，降低生产成本，加强市场竞争力。
附图说明
图1为本低温沉积磁控溅射镀膜装置实施例1的结构示意图。
图2为本低温沉积磁控溅射镀膜装置实施例2的结构示意图。
图3为本低温沉积磁控溅射镀膜装置实施例3的结构示意图。
图4为本低温沉积磁控溅射镀膜装置实施例4的结构示意图。
图5为本低温沉积磁控溅射镀膜装置实施例5的结构示意图。
图6为本低温沉积磁控溅射镀膜装置实施例6的结构示意图。
上述各图中，1为磁控靶，2为辅助电极，3为水冷鼓，4为导辊，5为基材。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的低温沉积磁控溅射镀膜装置应用于柔性卷材的单面镀膜，基材通过水冷鼓和导辊进行输送，水冷鼓两侧分别设置导辊，磁控靶设于水冷鼓外侧。如图1所示，低温沉积磁控溅射镀膜装置包括磁控靶和辅助电极，磁控靶设于基材的外侧，磁控靶两侧分别设置辅助电极。在磁控靶对基材进行溅射镀膜的过程中，通过辅助电场约束电子运动，压缩了等离子体的高度，促使电子远离被镀的基材，从而减少了电子轰击对基片温升的影响，实现了长时间的低温沉积镀膜。
磁控靶数量为一组。磁控靶可为平面靶或圆柱靶，磁控靶的电源可采用直流电源、中频电源或射频电源等。磁控靶内设有多个并排分布的磁铁，各磁铁设于磁控靶的靶材一侧，同一磁控靶内，相邻两个磁铁之间同一端的磁极相反。
辅助电极为水冷式结构，且辅助电极外接电源。
通过上述装置实现一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，具体是：在基材一侧设置磁控靶，并在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。
实施例2
本实施例的低温沉积磁控溅射镀膜装置应用于柔性卷材的单面镀膜，基材通过水冷鼓和导辊进行输送，水冷鼓两侧分别设置导辊，磁控靶设于水冷鼓外侧。与实施例1相比较，其不同之处在于：如图2所示，磁控靶的数量为两组，每组磁控靶配有两个辅助电极，分别设于磁控靶的两侧。
通过上述装置实现一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，具体是：在基材一侧设置磁控靶，并在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。磁控靶对基材进行溅射镀膜时，每组磁控靶单独形成一个溅射区域，磁控靶两侧的辅助电极分别位于相应溅射区域的两侧。
实施例3
本实施例的低温沉积磁控溅射镀膜装置应用于柔性卷材的单面镀膜，基材通过水冷鼓和导辊进行输送，水冷鼓两侧分别设置导辊，磁控靶设于水冷鼓外侧。与实施例1相比较，其不同之处在于：如图3所示，磁控靶的数量为三组，每组磁控靶配有两个辅助电极，分别设于磁控靶的两侧。
通过上述装置实现一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，具体是：在基材一侧设置磁控靶，并在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。磁控靶对基材进行溅射镀膜时，每组磁控靶单独形成一个溅射区域，磁控靶两侧的辅助电极分别位于相应溅射区域的两侧。
实施例4
本实施例的低温沉积磁控溅射镀膜装置应用于小面积的片材单面镀膜。如图4所示，低温沉积磁控溅射镀膜装置包括磁控靶和辅助电极，磁控靶设于基材的下方，磁控靶两侧分别设置辅助电极。在磁控靶对基材进行溅射镀膜的过程中，通过辅助电场约束电子运动，压缩了等离子的高度，促使电子远离被镀的基材，从而减少了电子轰击对基片温升的影响，实现了长时间的低温沉积镀膜。
磁控靶数量为一组。磁控靶可为平面靶或圆柱靶，磁控靶的电源可采用直流电源、中频电源或射频电源等。磁控靶内设有多个并排分布的磁铁，各磁铁设于磁控靶的靶材一侧，同一磁控靶内，相邻两个磁铁之间同一端的磁极相反。
辅助电极为水冷式结构，且辅助电极外接电源。
通过上述装置实现一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，具体是：在基材一侧设置磁控靶，并在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。
实施例5
本实施例的低温沉积磁控溅射镀膜装置应用于大面积的直线式片材的双面镀膜。与实施例4相比较，其不同之处在于：如图5所示，磁控靶的数量为两组，分别设于基材的两侧，每组磁控靶配有两个辅助电极，分别设于磁控靶的两侧。
通过上述装置实现一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，具体是：在基材一侧设置磁控靶，并在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。磁控靶对基材进行溅射镀膜时，每组磁控靶单独形成一个溅射区域，磁控靶两侧的辅助电极分别位于相应溅射区域的两侧。
实施例6
本实施例的低温沉积磁控溅射镀膜装置应用于大面积的直线式片材的双面镀膜。与实施例4相比较，其不同之处在于：如图6所示，磁控靶的数量为四组，分别设于基材的两侧，位于基材同一侧的两组磁控靶沿基材表面并排分布，且磁控靶和辅助电极交替布置，基材同一侧的两组磁控靶外侧设有辅助电极。
通过上述装置实现一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，具体是：在基材一侧设置磁控靶，并在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。磁控靶对基材进行溅射镀膜时，每组磁控靶单独形成一个溅射区域，磁控靶两侧的辅助电极分别位于相应溅射区域的两侧，位于两个磁控靶之间的辅助电极吸附相邻两个溅射区域中的电子。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种低温沉积磁控溅射镀膜装置，其特征在于，包括磁控靶和辅助电极，磁控靶设于基材的一侧或两侧，磁控靶的一侧或两侧设置辅助电极。
2.根据权利要求1所述一种低温沉积磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述磁控靶为一组或多组，磁控靶有多组时，位于基材同一侧的多组磁控靶沿基材表面并排分布。
3.根据权利要求1所述一种低温沉积磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述磁控靶为平面靶或圆柱靶，磁控靶内设有多个并排分布的磁铁，各磁铁设于磁控靶的靶材一侧，同一磁控靶内，相邻两个磁铁之间同一端的磁极相反。
4.根据权利要求1所述一种低温沉积磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述辅助电极为水冷式结构，且辅助电极外接电源。
5.根据权利要求1所述一种低温沉积磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述基材为柔性卷材，基材通过水冷鼓和导辊进行输送，水冷鼓两侧分别设置导辊，磁控靶设于水冷鼓外侧。
6.根据权利要求1所述一种低温沉积磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述基材为直线式片材，基材的一侧或两侧设有磁控靶，基材的同一侧设有一组或多组磁控靶；当基材的同一侧设有多组磁控靶时，磁控靶和辅助电极交替布置，且每个磁控靶的一侧或两侧均设有辅助电极。
7.根据权利要求1～6任一项所述装置实现一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，其特征在于，在基材一侧设置磁控靶，并在磁控靶外侧设置辅助电极，磁控靶对基材进行溅射镀膜时，通过辅助电极实施正偏压，利用异性相吸的原理，将溅射过程中产生的电子吸附到辅助电极表面，减少电子对基材表面的轰击，降低基材的温升，从而实现长时间的低温沉积。
8.根据权利要求7所述一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，其特征在于，所述磁控靶对基材进行溅射镀膜时，每组磁控靶单独形成一个溅射区域，磁控靶两侧的辅助电极分别位于相应溅射区域的两侧。
9.根据权利要求8所述一种低温沉积磁控溅射镀膜方法，其特征在于，所述磁控靶和辅助电极在基材的同一侧交替布置时，位于两个磁控靶之间的辅助电极吸附相邻两个溅射区域中的电子。
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