CN202390523U - 一种组合式磁控溅射靶材 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种提高利用率的可拆卸的组合式靶材，广泛应用于薄膜太阳能电池低温沉积导电膜层，属于太阳能磁控溅射设备技术领域。其特征在于将靶材划分多个溅射区域，在溅射区域的两头端部，其溅射轨道沟槽最深，中间直道靶材溅射轨道沟槽部分的靶材件是拼接靶材组合件。本实用新型有效提高了靶材的利用率，结构简单，安装更换方便。

Description

一种组合式磁控溅射靶材

技术领域

本实用新型公开一种提高利用率的可拆卸的组合式靶材结构，广泛应用于薄膜太阳能电池低温沉积导电膜层，属于太阳能磁控溅射设备技术领域。

背景技术

硅基薄膜太阳能电池应用物理气相沉积PVD（PHYSICAL  VAPOR DEPOSITION）技术，即磁控溅射镀膜技术，在基片上沉积硅基薄膜太阳能电池的背电极金属氧化物AZO导电薄膜层。常规的磁控溅射镀膜技术，通过在靶材背面放置磁极提供磁场，通过对靶材施加负高压，以靶材作为阴极，基片作为阳极，在靶材与基片之间形成电场。磁控溅射镀膜是利用磁场与电场交互作用，使电子在靶面上螺旋状运行，并不断撞击氩气产生离子，所产生的离子在电场作用下撞向靶面溅射出靶材，沉积在基片上获得所需的导电薄膜层。在使用矩形平面靶材做磁控溅射镀膜时，由于磁场产生的磁力线在靶面分布不均，在磁力线集中的地方，等离子体最强，对应的靶面上由于溅射形成“V”型沟道，此处靶材消耗最快、整个靶不能再使用，成了易损件，出现的问题靶材利用率不高。尤其受阴极端头效应影响，在阴极端头表面离子体的均匀性受等离子体电子跑道转弯处影响，在靶面对角线端部区域，等离子体强靶材消耗多，而在靶材直道区域，靶材消耗较少，这就形成了靶材端部区域和直道区域溅射沟道深度不均匀现象。特别对较昂贵的溅射金属靶材，利用率直接影响到产品成本上升。因此，提高靶材利用率成为需要解决的课题，目前解决办法主要有三种形式：一是采用旋转靶技术，旋转靶能在离子轰击靶材时均匀消的消耗靶材。问题是旋转靶材制造复杂，设备成本较高，并不是所有多材料都能制成旋转靶，使应用受限；二是采用移动靶或移动磁场技术，如中国专利申请号201110033285.3《一种高利用率的平面磁控溅射靶》公开了通过移动机构带动靶材移动，使溅射位置跟着变化，拉宽了靶溅射区域，但无法解决靶端头效应，靶材溅射沟道深度不均匀的问题；三是将靶材表面制成异形，在溅射损耗大的区域位置制成凸台，如中国专利申请号201020552221.7《一种长寿命溅射靶材》公开的是一个整体结构的靶材，不能拆卸，，使用时需要不同的模具制造，仍然给靶材和靶的利用率留出待改进的空间。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种适用性强，利用率高，可以拆卸和组合的靶材结构，以实现靶材利用的最大化，结构简单、成本低、适用性好。

本实用新型的原理是对靶材溅射消耗的轨道位置和对不同的溅射深度区域一一分区，采用不同厚度的靶材，然后将其组合形成一个完整的靶材，且更换时只需更换消耗尽的靶材即可，实现靶材的最大利用率。

本实用新型根据以上原理提出的技术解决方案是，可拆卸组合式靶材结构，包括两头端部靶材和中间直道靶材、金属板衬垫和背板，其特征在于：靶的两头端部还包括溅射轨道沟槽最深的区域，中间直道靶材区域还有溅射轨道沟槽部分，靶的两头端部靶材和中间直道靶材相互衔接的面是个斜面，靶的两头端部靶材斜面压在中间直道靶材的斜面，通过螺栓固定在背板上。

所述的靶的两头端部，其靶材厚度大于或等于中间直道区域其靶材厚度。中间直道区域，其靶材至少是一块可以拆卸的靶材或由多块拼接而成。靶的两头端区域，其靶材厚度大于中间直道区域的靶材厚度。直道靶材的其直道靶材的背部垫装金属板衬垫，使其直道靶材的表面与两头端部靶材的表面平齐。或由中间区域的直道靶材所对应中的间区域的背板与中间直道靶材的接触面增高，使中间直道靶材表面与两头端部靶材的表面平齐。靶材的背板上还设有冷却装置。

本实用新型靶材结构可以任意拆卸和组合，其靶材结构适合磁控溅射平面固定靶或平面移动靶。

实施本实用新型所产生的有益效果：由于对靶材进行了分区组合，因此只需更换消耗掉的靶材。杜绝了仅因靶材部分消耗殆尽就做整体靶材报废的浪费处理。节约并提高了靶材的利用率，同时对中间区域采用条块拼接还可进一步提高靶材的利用率，结构简单，安装更换方便。

附图说明

    以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的内容。

图1、是已有技术矩形平面靶材磁控溅射靶材沟道剖面消耗示意图。

图２、是本实用新型实施例1靶材的剖面示意图。

图3、是图2中A向视图。

图4、是本实用新型实施例2靶材的剖视示意图。

图5、是图4中B向视图.

见图1，其中1表明常规靶材表面消耗殆尽的示意图，L1、L2分别表示靶材两头区域端部和直道区域溅射沟槽，D1表示靶材端部区域溅射沟槽消耗深度较深, D2表示直道区域溅射沟槽消耗深度较浅且均匀。图２－５靶材两端部靶材１０１，中间区域为直道靶材102，背板2，靶材金属板衬垫3，固定靶材１与技术背板的衬底３的螺栓4。

具体实施方式

实施例１　

本实施例用于固定平面靶在固定磁场溅射薄膜太阳能电池的背电极AZO膜。

首先对原有采用整块靶材的耗尽靶材1进行测量，图1 所示为一般使用情况下矩形平面靶材磁控溅射靶材沟道剖面消耗示意图，其中：端部区域溅射沟槽消耗深度较深，记为D1，直道区域溅射沟槽消耗深度较浅且均匀，记为D2，两个端部消耗较深处区域长度分别记为L1，直道区域长度记为L2，直道区域靶材溅射沟道宽度记为W，溅射沟道内边缘间距记为W1，溅射沟道外边缘与靶边缘的间距记为W2，取一块尺寸为1600L*400W*10H（mm）的矩形AZO靶材做参考，经过连续多次靶周期的测量，其中D1=6～9mm，D2= 5.5～6.5mm，L1=120mm；W=110 mm，W1=50mm，W2=80mm，原有靶材结构，端头效应造成了靶材两个端部区域内溅射沟槽多消耗了3.5mm的深度，且靶材直道区域存在很大面积未参与溅射。

经过测量后，采用本实施例，将组合式靶材作成如下结构：

（1）直道靶材102厚度10mm不变，上表面长度1300mm，两个端部靶材101厚度13.5mm，上表面长度150mm，端部靶材101与直道靶材102制作成15度角拼接，通过螺栓4固定在背板2上。

（2）直道靶材102分为5块，成条形平行相间排列，靶材宽度从左到右依次为45mm、120mm、70mm、120mm、45mm，其中120mm为溅射沟道宽度，为直道靶材102有效利用部分，在使用耗尽后可做更换，而两侧45mm及中间70mm宽度的三块直道靶材102实际不参与消耗，因此可重复使用。

（3）靶材的背板上设有冷却装置，该冷却装置主要由循环冷却水管构成，因此背板又称为水冷背板。靶材1与水冷背板2接合时，直道靶材102与水冷背板2中间填加高度为3.5mm对应形状的金属板衬垫3，直道靶材102在金属板衬垫3上固定，拼接好的直道靶材102表面为一平面，为保证靶材水冷效果，金属板衬垫3的材料要求表面平整光滑，使金属板衬垫3与水冷背板2接触良好，并要求导热性能良好，能及时并充分利用水冷带走靶材1的热量。

由本实施例获得组合式靶材后，当靶材1耗尽后测量，直道靶材102消耗由原来的5.5～6.5mm 可提高利用到7.5～8.5mm，且在更换靶材时，只需更换端部靶材101和直道靶材102的溅射区域，使用本方法可以将矩形平面靶材的利用率提高15%～20%。

实施例２

见图４，本实施例用于使用移动磁场技术溅射薄膜太阳能电池的背电极Ag膜。

如实施例１，首先对原有采用整靶的耗尽靶材１进行测量，取一块尺寸为1600L*400W*10H（mm）的矩形Ag靶材做参考，经过连续多次靶周期的测量，其中D1=6～9mm，D2= 5.5～6.5mm，L1=120mm，原有靶材结构，端头效应造成靶材两个端部120mm区域内溅射沟槽多消耗了3.5mm的深度，由于采用了移动磁场技术，使得直道区域内的靶材消耗增大，消除了直道区域靶材中间的未溅射区域。

经过测量后，采用本实施例，将组合式靶材作成如下结构：

直道靶材102厚度不变（10mm），上表面长度1300mm，两头端部靶材101厚度13.5mm，上表面长度150mm，端部靶材101与直道靶材102制作成15度角拼接，通过螺栓4固定在背板2上；

直道靶材102分为3块，成条形平行相间排列，靶材宽度从左到右依次为45mm、310mm、45mm，其中310mm为溅射沟道宽度，为直道靶材102有效利用部分，在使用耗尽后可做更换，而两侧45mm宽度的直道靶材不参与消耗，因此可重复使用。

靶材与水冷背板2接合，将水冷背板2做异形处理，对应端部靶材101的背板2厚度不变，对应直道靶材102背板加厚3.5mm，对应靶材边缘接合处的斜角。使直道区域内３块靶材在加厚背板２上固定。

采用本实施例获得改型平板组合式靶材后，当靶材耗尽后测量，直道靶材102消耗由原来的5.5～6.5mm提高到7.8～8.8mm，使用本方法可以将矩形平面靶材的利用率提高5%～10%。

Claims (10)

1.一种组合式磁控溅射靶材，由两头端部靶材和中间直道靶材、金属板衬垫和背板构成，其特征在于将靶材划分多个溅射区域，在溅射区域的两头端部，其溅射轨道沟槽最深，中间直道靶材溅射轨道沟槽部分的靶材件是拼接靶材组合件，且两头端部靶材厚度大于或等于中间直道靶材厚度。

2.根据权利要求1所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所说的两头端部靶材和中间直道靶材相互衔接的面是个斜面。

3.根据权利要求2所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所说的两头端部靶材斜面压在中间直道靶材的斜面，通过螺栓固定在背板上。

4.根据权利要求2所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所述靶材的背板上设有冷却装置。

5.根据权利要求1所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所说的中间直道靶材至少是一块可以拆卸的靶材或由多块靶材拼接而成。

6.根据权利要求5所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所说的直道靶材的背部垫装金属板衬垫，使其直道靶材的表面与两头端部靶材的表面平齐。

7.根据权利要求6所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所说的中间直道靶材所对应的中间区域的背板与中间直道靶材的接触面增高。

8.根据权利要求7所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所说的中间直道靶材表面与两头端部靶材的表面平齐。

9.根据权利要求1所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所说溅射区域的直道靶材为3~5块，成条形平行相间排列。

10.根据权利要求9所述的一种组合式磁控溅射靶材，其特征在于所说溅射区域的直道靶材在耗尽后可拆卸。

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