CN113403595A - 一种旋转镜像靶磁控溅射设备 - Google Patents

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刘晓萌
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Abstract

本发明提供一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其大幅提升材料利用率，同时可以实现低温镀膜，扩大了衬底材料的范围。其包括：基材运输装置、磁控镀膜结构，其特征在于：所述磁控镀膜结构包括：两个具备独立磁性器件的旋转靶柱，两个所述磁性器件生成的磁场结构设置为镜像对称；所述旋转靶柱设置于所述基材运输装置上的镀膜面一侧，所述旋转靶柱的柱轴线与衬底材料在所述基材运输装置上的行进方向垂直，两个所述柱轴线彼此平行，且距离所述镀膜面距离相等；两个所述旋转靶柱之间的小于等于两个所述旋转靶柱的磁场形成的高能等离子拘束区域；两个所述旋转靶柱与所述镀膜面的距离，小于等于所述旋转靶柱形成的溅射粒子的自由程。

Description

一种旋转镜像靶磁控溅射设备
技术领域
本发明涉及真空气相沉积镀膜设备技术领域，具体为一种旋转镜像靶磁控溅射设备。
背景技术
目前的靶磁控溅射镀膜技术中普遍采用平面靶材，而平面靶相对磁场是静止的，只有在靶材上特定的位置的材料，才可以发生溅射，导致沉积在目标衬底上的材料量远远小于消耗的靶材总质量，所以现有的基于平面靶材的靶磁控溅射镀膜技术存在材料利用率低的问题；同时，现有磁控溅射技术的工作温度都高出室温很多（普遍高于80℃），导致很多温度敏感材料，不能使用现有技术进行镀膜。
发明内容
为了解决现有的靶磁控溅射镀膜技术存在材料利用率低、工作温度过高的问题，本发明提供一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其大幅提升材料利用率，同时可以实现低温镀膜，扩大了衬底材料的范围。
本发明的技术方案是这样的：一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其包括：基材运输装置、磁控镀膜结构，其特征在于：所述磁控镀膜结构包括：两个具备独立磁性器件的旋转靶柱，两个所述磁性器件生成的磁场结构设置为镜像对称；
所述旋转靶柱设置于所述基材运输装置上的镀膜面一侧，所述旋转靶柱的柱轴线与衬底材料在所述基材运输装置上的行进方向垂直，两个所述柱轴线彼此平行，且距离所述镀膜面距离相等；
两个所述旋转靶柱之间的小于等于两个所述旋转靶柱的磁场形成的高能等离子拘束区域；
两个所述旋转靶柱与所述镀膜面的距离，小于等于所述旋转靶柱形成的溅射粒子的自由程。
其进一步特征在于：
所述基材运输装置为两个，分别设置于所述磁控镀膜结构两侧；
所述旋转靶柱的材料为能够产生电磁场的材料，包括：金属、半导体、导电陶瓷、绝缘陶瓷、有机材料、金属-陶瓷复合材料、有机物-金属复合材料、有机物-陶瓷复合材料；
所述磁控镀膜结构发生溅射用电源包括：直流电源、脉冲直流电源、中频电源、射频电源、甚高频电源。
本发明提供的一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其通过镜像设置的两个旋转靶柱，旋转靶柱上的靶材材料全部位置都可以旋转着进入磁场中特定位置，发生溅射，与现有的平面靶材中只有固定位置的材料可以在磁场中发生溅射的方式相比，远远提高了靶材利用率；两个旋转靶柱的水平距离小于等于其生成的高能等离子拘束区域，使形成的高能粒子被拘束在高能等离子拘束区域内，溅射到对面的靶材上，而不会溅射到放置在镀膜面上的衬底材料上，确保通过低能粒子实现对衬底材料的镀膜，进而实现了低温镀膜，确保本专利可以使用更多的温度敏感材料进行镀膜。
附图说明
图1为镜像双旋转靶磁控溅射单面镀膜设备的结构示意图；
图2为为镜像双旋转靶磁控溅射双面镀膜设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其包括：磁控镀膜结构，磁控镀膜结构包括：两个具备独立磁性器件的旋转靶柱，旋转靶柱设置于基材运输装置上的镀膜面同一侧，旋转靶柱的柱轴线与衬底材料在基材运输装置上的行进方向垂直，两个柱轴线彼此平行，且距离镀膜面距离相等。
如图1所示，本实施例中，两个具备独立磁性器件的旋转靶柱：第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2，将第一旋转靶柱1的磁性器件1-1、第二旋转靶柱2的磁性器件2-1的磁极反向设置，使第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2生成的磁场结构为镜像对称；衬底材料（图中未标出）放置于衬底材料运输装置3的镀膜面3-1上，从左至右输送；磁控镀膜结构设置于镀膜面3-1上方；第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2设置于基材运输装置3的镀膜面3-1的同一侧，第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2彼此平行，同时垂直于镀膜面3-1的行进方向。
运行时，第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2匀速转动，旋转靶柱上均匀分布的靶材旋转着匀速进入到二者之间的叠加磁场中，提高了靶材的利用率；现有技术中的平面靶材与其磁场的位置是固定的，只有固定位置的靶材发生溅射，靶材的利用率在30~35%之间；而本专利中的旋转靶材，位于旋转靶柱外周的靶材因为靶柱的旋转，都会经过磁场中发生溅射的位置，所以极大的提高了靶材利用率，本专利技术方案中，靶材利用率可以达到75%以上。
在第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2之间，两个靶柱的磁场叠加，形成非电中性的溅射粒子磁拘束区域，即高能等离子拘束区域6；第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2之间的小于等于两个旋转靶柱的磁场形成的高能等离子拘束区域6；而两个旋转靶柱与镀膜面3-1的距离，小于等于旋转靶柱形成的溅射粒子的自由程。在第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2旋转过程中，两个旋转靶柱上的靶材在磁场中发生溅射，产生高速粒子6和低速粒子7；两个靶柱之间存在的叠加磁场会对在其中运动的带电粒子的运动距离发生弯转，弯转的幅度与带电量、运动速度、磁场强度有关；在磁场与带电量一定的前提下，运动速度高的高速粒子6即高能粒子，偏转幅度大，会被溅射到对面靶材上，不会脱离叠加磁场到达镀膜衬底材料上；而低速粒子7即低能粒子，偏转幅度小，会接触镀膜衬底并附着，完成镀膜。
本专利技术方案中，基于低能粒子对衬底材料进行镀膜，高能粒子不会溅射到基底材料上，所以不会导致衬底材料的温度升高，本专利的镀膜工序大多在室温下即可完成，很多温度敏感材料都可以基于本专利方法进行镀膜；如：OLED材料，对温度极度敏感，在90℃以上，其化学结构就会被破坏，是无法基于现有的现有磁控溅射技术进行镀膜的，但是基于本专利技术方案是可以安全的完成镀膜操作的。
同时基于低速粒子7进行镀膜，粒子以较低速度溅射到衬底材料上，不会损伤彻底材料；而现有的镀膜技术中，高速粒子、低速粒子同时冲击到衬底材料上，其中的高速粒子6会对衬底材料造成损伤。
本专利中的磁控镀膜结构，因为第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2是镜像设置的，靶柱上的靶材发生溅射的时候，溅射后的粒子运行方向是以第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2的柱轴线为中心线，向两侧对称溅射的，即本专利中的磁控镀膜结构可以实现单面镀膜和双面镀膜两种镀膜方式。
如图1所示，即为单面镀膜的设备结构示意图；基材运输装置3设置为1个，设置在第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2的一侧，而第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2的另一侧设置镀膜挡板4，挡住向另一个方向溅射的粒子。
如图2所示，为双面镀膜的设备结构示意图；基材运输装置3设置为两个，平行于第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2构成的平面，分别设置于磁控镀膜结构两侧；因为第一旋转靶柱1、第二旋转靶柱2与两个镀膜面3-1距离是相等的，在运行时产生的低能粒子分别从两个方向分别对称溅射到两个镀膜面3-1上的衬底材料上，完成了双面镀膜操作；基于本专利技术方案，基于一个磁控镀膜结构可以同时完成双面镀膜，提高了镀膜的效率；以及通过同样质量的靶材，可以完成更多的基底材料的镀膜，更进一步提高了靶材的利用率。
旋转靶柱的材料为能够产生电磁场的材料，包括：金属、半导体、导电陶瓷、绝缘陶瓷、有机材料、金属-陶瓷复合材料、有机物-金属复合材料、有机物-陶瓷复合材料；磁控镀膜结构发生溅射用电源包括：直流电源、脉冲直流电源、中频电源、射频电源、甚高频电源。。
使用本发明的技术方案后，其可进行低温镀膜，不但有效的提高了镜像靶磁控溅射的材料利用率，同时因为对沉底材料的离子轰击弱，成膜质量优异，使其在处理敏感材料镀膜上有着巨大的优势，尤其在有机半导体、钙钛矿等产业发挥着重要，甚至是核心的作用。

Claims (4)

1.一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其包括：基材运输装置、磁控镀膜结构，其特征在于：所述磁控镀膜结构包括：两个具备独立磁性器件的旋转靶柱，两个所述磁性器件生成的磁场结构设置为镜像对称；
所述旋转靶柱设置于所述基材运输装置上的镀膜面一侧，所述旋转靶柱的柱轴线与衬底材料在所述基材运输装置上的行进方向垂直，两个所述柱轴线彼此平行，且距离所述镀膜面距离相等；
两个所述旋转靶柱之间的小于等于两个所述旋转靶柱的磁场形成的高能等离子拘束区域；
两个所述旋转靶柱与所述镀膜面的距离，小于等于所述旋转靶柱形成的溅射粒子的自由程。
2.根据权利要求1所述一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其特征在于：所述基材运输装置为两个，分别设置于所述磁控镀膜结构两侧。
3.根据权利要求1所述一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其特征在于：所述旋转靶柱的材料为能够产生电磁场的材料，包括：金属、半导体、导电陶瓷、绝缘陶瓷、有机材料、金属-陶瓷复合材料、有机物-金属复合材料、有机物-陶瓷复合材料。
4.根据权利要求1所述一种旋转镜像靶磁控溅射设备，其特征在于：所述磁控镀膜结构发生溅射用电源包括：直流电源、脉冲直流电源、中频电源、射频电源、甚高频电源。
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