CN108893719B - 一种靶材悬挂机构及离子溅射镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种靶材悬挂机构及离子溅射镀膜设备，属于光通信用元器件技术领域。其包括分水法兰、通水柱以及上法兰；分水法兰的中部开设有安装通孔，通水柱的一端连接于安装通孔，另一端连接于上法兰；分水法兰的一端上开设有多个第一连接孔，另一端上开设有多个第二连接孔。该离子溅射镀膜设备具有上述的靶材悬挂机构，使得加工件表面膜厚均一性好且良品率高。

Description

一种靶材悬挂机构及离子溅射镀膜设备

技术领域

本发明涉及光通信用元器件技术领域，尤其涉及一种靶材悬挂机构及离子溅射镀膜设备。

背景技术

离子束溅射镀膜设备，是生产光通信用元器件波分复用滤光片所需的必要设备，此设备结构中，作为核心布局的靶材悬挂机构，通常采用如下布局：其主要结构包括靶材悬挂机构、离子源、待加工产品(圆形)以及膜厚补正装置；其中靶材悬挂机构的靶中心与离子源距离260mm-280mm，此为关键距离。

离子束溅射原理简述：由离子源产生离子束流后，高能量的离子束流撞击靶材，将靶材粒子溅射至待加工产品表面，形成镀膜膜层。

现有靶材悬挂机构的缺点主要体现在待加工产品表面膜厚均匀性差导致良品率低。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种靶材悬挂机构，此靶材悬挂机构旨在解决现有技术中靶材悬挂机构操作不便捷的问题；

本发明的另一目的在于提供一种离子溅射镀膜设备，此离子溅射镀膜设备旨在解决现有技术中靶材悬挂机构操作不便捷的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种靶材悬挂机构，所述靶材悬挂机构包括分水法兰、通水柱以及上法兰；所述分水法兰的中部开设有安装通孔，所述通水柱的一端连接于所述安装通孔，另一端连接于所述上法兰；所述分水法兰的一端上开设有多个第一连接孔，另一端上开设有多个第二连接孔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分水法兰内安装有第一冷却水循环管道，所述通水柱内安装有与所述第一冷却水循环管道连接的第二冷却水循环管道。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分水法兰的一端上设置有第一连接槽，多个所述第一连接孔沿所述第一连接槽的周向分布，多个所述第一连接孔之间的间距相同。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一连接槽中安装有第一无氧铜垫片。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分水法兰的另一端上设置有第二连接槽，多个所述第二连接孔沿所述第二连接槽的周向分布，多个所述第二连接孔之间的间距相同。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第二连接槽中安装有第二无氧铜垫片。

作为本发明的一种优选技术方案，所述通水柱的一端采用水密或者气密的焊接方式连接于所述安装通孔，另一端采用水密或者气密的焊接方式连接于所述上法兰。

一种离子溅射镀膜设备，所述离子溅射镀膜设备包括第一靶材、第二靶材、溅射离子源、膜厚补正装置、待加工件、支撑平台以及以上所述的靶材悬挂机构；

所述溅射离子源、所述靶材悬挂机构、所述膜厚补正装置以及所述待加工件均间隔地设置在所述支撑平台上；

所述第一靶材通过将多个螺丝安装在多个所述第一连接孔中与所述分水法兰的一端连接，所述第二靶材通过将多个螺丝安装在多个所述第二连接孔中与所述分水法兰的另一端连接；

所述溅射离子源、所述靶材悬挂机构以及所述待加工件不处于同一直线上；所述膜厚补正装置与所述待加工件平行间隔设置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分水法兰所在的平面与所述第一靶材、所述第二靶材所在的平面之间的角度范围为60°～65°；所述第一靶材的靶中心、所述第二靶材的靶中心与所述溅射离子源之间的距离范围为330mm～350mm。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分水法兰与所述第一靶材的所在的平面与所述上法兰、所述通水柱所在的轴线的轴心之间的距离范围为95-105mm。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计提供一种靶材悬挂机构，该靶材悬挂机构包括分水法兰、通水柱以及上法兰；分水法兰的中部开设有安装通孔，通水柱的一端连接于安装通孔，另一端连接于上法兰；分水法兰的一端上开设有多个第一连接孔，另一端上开设有多个第二连接孔；其中，分水法兰内安装有第一冷却水循环管道，通水柱内安装有与第一冷却水循环管道连接的第二冷却水循环管道；因此，通水柱和分水机构中的第一冷却水循环管道和第二冷却水循环管道可以让冷却水流入和流出，以便达到冷却靶材的效果，进而使得溅射镀膜的效果更好。同时，通水柱的一端采用水密或者气密的焊接方式连接于安装通孔，另一端采用水密或者气密的焊接方式连接于上法兰；因此，该种连接方式能够有效地防止漏水和漏气，进而能够有效地提高整机的使用效果。

本发明通过上述设计提供一种离子溅射镀膜设备，该离子溅射镀膜设备由于包括第一靶材、第二靶材、溅射离子源、膜厚补正装置、待加工件、支撑平台以及以上的靶材悬挂机构；分水法兰所在的平面与第一靶材、第二靶材所在的平面之间的角度范围为60°～65°；第一靶材的靶中心、第二靶材的靶中心与溅射离子源之间的距离范围为330mm～350mm；分水法兰与第一靶材的所在的平面与上法兰、通水柱所在的轴线的轴心之间的距离范围为95-105mm；因此，该种结构通过改变溅射离子源与第一靶材、第二靶材之间的相对距离，改变第一靶材、第二靶材与待加工产品之间的相对距离，使得溅射沉积速率富集区外移至距离产品中心125mm左右的位置，从而得到大面积的膜厚均匀的薄膜，且这种均匀性不会因其他因素的渐变而失效；在这样的条件下，接受度A％是一个低偏差的值，使得加工件表面膜厚均一性好且良品率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的离子溅射镀膜设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的靶材悬挂机构的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的分水法兰的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的上法兰与通水柱连接的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的现有技术中的加工件表面速率富集区示意图；

图6为本发明实施例提供的本申请中的加工件表面速率富集区示意图；

图7为本发明实施例提供的加工件示意图；

图8为本发明实施例提供的现有技术中的膜厚均匀性数据第一示意图；

图9为本发明实施例提供的现有技术中的膜厚均匀性数据第二示意图；

图10为本发明实施例提供的本申请中的膜厚均匀性数据第一示意图；

图11为本发明实施例提供的本申请中的膜厚均匀性数据第二示意图。

图标：1-靶材悬挂机构；2-分水法兰；3-通水柱；4-上法兰；5-安装通孔；6-第一连接孔；7-第二连接孔；8-第一连接槽；9-第二连接槽；10-第一靶材；11-第二靶材；12-溅射离子源；13-膜厚补正装置；14-待加工件；15-溅射镀膜设备。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

本实施例提供一种离子溅射镀膜设备15，具体结构如下文所阐述。

请参照图1，配合参照图2至图11，离子溅射镀膜设备15包括第一靶材10、第二靶材11、溅射离子源12、膜厚补正装置13、待加工件14、支撑平台以及以上的靶材悬挂机构1；溅射离子源12、靶材悬挂机构1、膜厚补正装置13以及待加工件14均间隔地设置在支撑平台上；第一靶材10通过将多个螺丝安装在多个第一连接孔6中与分水法兰2的一端连接，第二靶材11通过将多个螺丝安装在多个第二连接孔7中与分水法兰2的另一端连接；溅射离子源12、靶材悬挂机构1以及待加工件14不处于同一直线上；膜厚补正装置13与待加工件14平行间隔设置。

请参照图2，配合参照图3和图4，靶材悬挂机构1包括分水法兰2、通水柱3以及上法兰4；分水法兰2的中部开设有安装通孔5，通水柱3的一端连接于安装通孔5，另一端连接于上法兰4；分水法兰2的一端上开设有多个第一连接孔6，另一端上开设有多个第二连接孔7。

需要说明的是，在本实施例中，分水法兰2内安装有第一冷却水循环管道，通水柱3内安装有与第一水循环管道连接的第二冷却水循环管道。

因此，通水柱3和分水法兰2中的第一冷却水循环管道和第二冷却水循环管道可以让冷却水流入和流出，以便达到冷却靶材的效果。

请参照图3，配合参照图1，分水法兰2的一端上设置有第一连接槽8，多个第一连接孔6沿第一连接槽8的周向分布，多个第一连接孔6之间的间距相同。多个第一连接孔6主要用于将第一靶材10安装在分水法兰2上。

需要说明的是，在本实施例中，第一连接槽8中安装有第一无氧铜垫片，该第二无氧铜垫片能够使得第二靶材11与分水法兰2之间的连接更加紧密和牢固。

需要说明的是，在本实施例中，分水法兰2的另一端上设置有第二连接槽9，多个第二连接孔7沿第二连接槽9的周向分布，多个第二连接孔7之间的间距相同。多个第二连接孔7主要用于将第二靶材11安装在分水法兰2上。

需要说明的是，在本实施例中，第二连接槽9中安装有第二无氧铜垫片，该第二无氧铜垫片能够使得第二靶材11与分水法兰2之间的连接更加紧密和牢固。

需要说明的是，在本实施例中，通水柱3的一端采用水密或者气密的焊接方式连接于安装通孔5，另一端采用水密或者气密的焊接方式连接于上法兰4。因此，该种连接方式能够有效地防止漏水和漏气，进而能够有效地提高整机的使用效果。

需要说明的是，在本实施例中，分水法兰2所在的平面与第一靶材10、第二靶材11所在的平面之间的角度范围为60°～65°。

需要说明的是，在本实施例中，第一靶材10的靶中心、第二靶材11的靶中心与溅射离子源12之间的距离范围为330mm～350mm，即图1中A的距离范围为330mm～350mm。

需要说明的是，在本实施例中，分水法兰2与第一靶材10的所在的平面与上法兰4、通水柱3所在的轴线的轴心之间的距离范围为95～105mm。

该离子溅射镀膜设备15的工作原理如下：

由溅射离子源12产生离子束流后，高能量的离子束流撞击第一靶材10和第二靶材11，将靶材粒子溅射至待加工件14的表面上，进而形成镀膜膜层。

需要说明的是，靶材是制造半导体芯片所必需的一种材料，应用于物理气相沉积技术(PVD)，具体为：用高压加速气态离子轰击靶材，使靶材的原子被溅射出，以薄膜的形式沉积到硅片上，最终形成半导体芯片中复杂的配线结构。离子溅射镀膜机是气体分子在离子源中，高压电离后形成正离子和电子，正离子在电场作用下加速，以高的动能轰击靶材，使得靶材原子能量增加并脱离表面形成溅射层，沉淀在玻璃基板上形成光学薄膜。在离子溅射沉积光学薄膜的过程中,影响薄膜沉积速率的因素主要有离子源的束流、束压、真空度和温度；但是靶材、基板和夹具的各种物理状态,也是影响薄膜沉积速率的一个不容忽视的因素。

需要说明的是，在镀膜过程中，膜厚最厚的位置以及低于此膜厚，但不低于此膜厚1％的区域，其被定义为膜厚沉积富集区。

以上述定义为原则，膜厚沉积富集区附近的膜厚偏差(均匀性)计算方式为：

ΔD＝(膜厚D1-膜厚Dmin)/膜厚D1×100％；

或者

ΔD＝(膜厚Dm_ax-膜厚D1)/膜厚Dmax×100％。

其中，ΔD代表膜厚差，D1代表现膜厚，Dmin代表膜厚数据中膜厚最小的，Dmax代表膜厚数据中膜厚最大的。

公式计算原理：

产品的均匀性是指待加工产品表面膜厚均匀性，为改善沉积在产品表面的膜层分布，通常需要增加一组膜厚补正装置13进行膜厚局部修正。

沉积到产品任意位置的膜层物理厚度可以用如下方式表述：

沉积厚度D＝沉积时间T×沉积速率S×接受度A％(无补正装置为100％)。

现有技术中沉积速率的偏差来源，主要是因为产品沉积速率富集区集中在产品中心位置，圆形的产品在旋转过程中，因沉积速率高的位置在圆心，而圆心之外的会带来面积增益较大的外周部分，接受到的沉积速率随着远离圆心的距离增加而发生急剧变化，这种变化虽然能够使用补正装置进行一定程度的修正，但是随着靶的使用寿命渐变，真空条件渐变等因素，非常容易出现补正失效。

所以本申请采用修改靶悬挂机构的方式，改变溅射离子源12与第一靶材10、第二靶材11之间的相对距离，改变第一靶材10、第二靶材11与待加工件14之间的相对距离，使溅射沉积速率富集区外移至距离产品中心125mm左右的位置，从而得到大面积的膜厚均匀的薄膜，且这种均匀性不会因其他因素的渐变而失效。

实验表明：在这样的条件下，接受度A％是一个低偏差的值。

如图7所示的加工件示意图，以中心为0点，以半径为横坐标，以膜厚为纵坐标制成的图表体系，本申请用来描述膜厚均匀性(以下数据来自于实测)。

如图8和图9所示，在无补正装置的情况下，自加工件的中心位置开始90mm处开始，至140mm结束，膜厚差异8.33％。在有补正装置的情况下，因原始膜厚差异太大，自加工件的中心位置开始90mm～110mm之间无法补正，所以放弃，得到补正后差异0.6％。

如图10和图11所示，在使用本申请中的离子溅射镀膜设备15的情况下，无补正装置时，自加工件的中心位置开始90mm处开始，至140mm结束，膜厚差异1.02％。有补正装置的情况下，自加工件的中心位置开始90～145mm处均可补正，补正后差异0.15％。

根据现有技术与本申请中的数据对比表1可知，本申请相对现有技术中的加工件而言，其沉积速率偏差小且接受度偏差小；由此可知，加工件表面膜厚均一性好且良品率高。

表1现有技术与本申请中的数据对比表

综上所述，该靶材悬挂机构1包括分水法兰2、通水柱3以及上法兰4；分水法兰2的中部开设有安装通孔5，通水柱3的一端连接于安装通孔5，另一端连接于上法兰4；分水法兰2的一端上开设有多个第一连接孔6，另一端上开设有多个第二连接孔7；其中，分水法兰2内安装有第一冷却水循环管道，通水柱3内安装有与第一冷却水循环管道连接的第二冷却水循环管道；因此，通水柱3和分水机构中的第一冷却水循环管道和第二冷却水循环管道可以让冷却水流入和流出，以便达到冷却靶材的效果。同时，通水柱3的一端采用水密或者气密的焊接方式连接于安装通孔5，另一端采用水密或者气密的焊接方式连接于上法兰4；因此，该种连接方式能够有效地防止漏水和漏气，进而能够有效地提高整机的使用效果。该离子溅射镀膜设备15由于包括第一靶材10、第二靶材11、溅射离子源12、膜厚补正装置13、待加工件14、支撑平台以及以上的靶材悬挂机构1；分水法兰2所在的平面与第一靶材10、第二靶材11所在的平面之间的角度范围为60°～65°；第一靶材10的靶中心、第二靶材11的靶中心与溅射离子源12之间的距离范围为330mm～350mm；分水法兰2与第一靶材10的所在的平面与上法兰4、通水柱3所在的轴线的轴心之间的距离范围为95～105mm；因此，该种结构通过改变溅射离子源12与第一靶材10、第二靶材11之间的相对距离，改变第一靶材10、第二靶材11与待加工产品之间的相对距离，使得溅射沉积速率富集区外移至距离产品中心125mm左右的位置，从而得到大面积的膜厚均匀的薄膜，且这种均匀性不会因其他因素的渐变而失效；在这样的条件下，接受度A％是一个低偏差的值，使得加工件表面膜厚均一性好且良品率高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种离子溅射镀膜设备，其特征在于：所述离子溅射镀膜设备包括第一靶材、第二靶材、溅射离子源、膜厚补正装置、待加工件、支撑平台以及靶材悬挂机构；

所述靶材悬挂机构包括分水法兰、通水柱以及上法兰；所述分水法兰的中部开设有安装通孔，所述通水柱的一端连接于所述安装通孔，另一端连接于所述上法兰；所述分水法兰的一端上开设有多个第一连接孔，另一端上开设有多个第二连接孔；

所述溅射离子源、所述靶材悬挂机构、所述膜厚补正装置以及所述待加工件均间隔地设置在所述支撑平台上；

所述第一靶材通过将多个螺丝安装在多个所述第一连接孔中与所述分水法兰的一端连接，所述第二靶材通过将多个螺丝安装在多个所述第二连接孔中与所述分水法兰的另一端连接；

所述溅射离子源、所述靶材悬挂机构以及所述待加工件不处于同一直线上；所述膜厚补正装置与所述待加工件平行间隔设置；

所述分水法兰所在的平面与所述第一靶材、所述第二靶材所在的平面之间的角度范围为60°~65°；所述第一靶材的靶中心、所述第二靶材的靶中心与所述溅射离子源之间的距离范围为330mm~350mm；

所述分水法兰与所述第一靶材的所在的平面与所述上法兰、所述通水柱所在的轴线的轴心之间的距离范围为95~105mm。

2.根据权利要求1所述的离子溅射镀膜设备，其特征在于：所述分水法兰内安装有第一冷却水循环管道，所述通水柱内安装有与所述第一冷却水循环管道连接的第二冷却水循环管道。

3.根据权利要求1所述的离子溅射镀膜设备，其特征在于：所述分水法兰的一端上设置有第一连接槽，多个所述第一连接孔沿所述第一连接槽的周向分布，多个所述第一连接孔之间的间距相同。

4.根据权利要求3所述的离子溅射镀膜设备，其特征在于：所述第一连接槽中安装有第一无氧铜垫片。

5.根据权利要求1所述的离子溅射镀膜设备，其特征在于：所述分水法兰的另一端上设置有第二连接槽，多个所述第二连接孔沿所述第二连接槽的周向分布，多个所述第二连接孔之间的间距相同。

6.根据权利要求5所述的离子溅射镀膜设备，其特征在于：所述第二连接槽中安装有第二无氧铜垫片。

7.根据权利要求1所述的离子溅射镀膜设备，其特征在于：所述通水柱的一端采用水密或者气密的焊接方式连接于所述安装通孔，另一端采用水密或者气密的焊接方式连接于所述上法兰。