CN207581921U - 一种磁控溅射式物理气相沉积设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的磁控溅射式物理气相沉积设备，包括工艺腔室、溅射组件、等离子体产生组件、氧气设备和补偿挡板；溅射组件和等离子体产生组件设置在工艺腔室相互垂直的两侧壁上，溅射组件包括支撑件；等离子体产生组件包括电子枪和氩气设备；电子枪向工艺腔室中发射电子，氩气设备向工艺腔室中充入氩气；氧气设备向工艺腔室中充入氧气；补偿挡板设置在工艺腔室中正对支撑件的方向。等离子体产生组件和溅射组件分开设置，避免等离子体直接轰击基片表面，降低了对基片的冲击力，从而提高了基片的膜层的沉积质量，提高了沉积效率；补偿挡板可以将基片成膜速率快的地方稍微减慢，将成膜速率慢的地方增快，从而明显提高了薄膜沉积的均匀性。

Description

一种磁控溅射式物理气相沉积设备

技术领域

本实用新型涉及物理气相沉积设备技术领域，尤其涉及一种磁控溅射式物理气相沉积设备。

背景技术

随着地球上石油、煤炭等自然资源日益减少，开发新的自然资源成为当务之急，目前，太阳能以其清洁的优势成为开发的重点。

太阳能的利用，主要是通过太阳能电池将太阳光辐射转换成电能和热能等人类可以利用的资源。高效异质结太阳能电池以其高效的优势成为发展重点，而制备异质结太阳能电池时，需要在基片7的两侧表面沉积ITO 膜层，而制备ITO膜层时，多采用磁控溅射式的物理气相沉积设备进行沉积。传统的磁控溅射式的物理气相沉积设备如图1所示，包括有真空腔室 1，真空腔室1中设置有溅射组件，溅射组件包括依次连接的阴极体2、极板3、磁铁4、铜背板5和靶材6，三排磁铁4按照不同方向(如图1所示) 安装到极板3上，形成一圈跑道形式的磁路，用于溅射时束缚等离子体在靶材6附近；极板3用于导磁，防止磁铁4的磁路进入极板3背面而影响靶材6溅射；铜背板5安装到阴极体2上，用来隔绝靶材6与水路，可以将溅射时靶材6的热量快速的由水路带走。加工时，基片7设置在溅射组件设置有靶材6的一侧，并向溅射组件通入氩(Ar)气。

磁控溅射的工作原理为：电子在电场E的作用下，在飞向基片7过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出氩正离子和新的电子；新的电子飞向基片7，氩离子在电场作用下加速飞向溅射组件上的靶材6，并以高能量轰击靶材6表面，使靶材6发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片7上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E(电场)×B(磁场)所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶材6表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶材6表面的等离子体区域内，并且在该区域中二次电子和氩原子碰撞产生电离，随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶材6表面，并在电场 E的作用下最终沉积在基片7上。

然而目前的磁控溅射方式的物理气相沉积设备，其沉积效率较低，并且溅射原子动能较高，对基片7的冲击力较大，影响基片7的膜层的沉积质量。并且，在沉积时，基片7上的不同位置沉积的速率不同，从而导致膜层不均匀。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种磁控溅射式物理气相沉积设备，以解决上述问题，提高沉积效率，降低溅射原子对基片的冲击力，提高膜层均匀性，从而提高基片的膜层的沉积质量。

本实用新型提供的磁控溅射式物理气相沉积设备，包括：

工艺腔室；

溅射组件，所述溅射组件设置在所述工艺腔室的第一侧壁上，所述溅射组件包括用于支撑靶材的支撑件；

等离子体产生组件，设置在所述工艺腔室的第二侧壁上，所述第二侧壁与所述第一侧壁相垂直，所述等离子体产生组件包括电子枪和氩气设备；所述电子枪向所述工艺腔室中发射电子，所述氩气设备向所述工艺腔室中充入氩气；

氧气设备，所述氧气设备向所述工艺腔室中充入氧气；

补偿挡板，设置在所述工艺腔室中正对所述支撑件的方向。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，所述补偿挡板旋转连接在所述工艺腔室的侧壁上。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，所述补偿挡板为方形板，所述补偿挡板上开设有第一空槽组和第二空槽组，所述第一空槽组和所述第二空槽组沿所述补偿挡板的纵向中心轴对称分布。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，所述第一空槽组包括多个第一空槽，多个所述第一空槽的长度依次递增，且长度较长的第一空槽靠近所述补偿挡板的一侧边缘；

所述第二空槽组包括第二空槽，多个所述第二空槽的长度依次递增，且长度较长的第二空槽靠近所述补偿挡板的另一侧边缘。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，所述溅射组件还包括辅助阳极板和两第一磁铁，所述辅助阳极板包覆在所述支撑件的周围；两所述第一磁铁位于所述辅助阳极板的两侧；

所述等离子体产生组件还包括阴极板和两第二磁铁，所述阴极板与所述电子枪连接，两所述第二磁铁位于所述阴极板的两侧；

所述辅助阳极板和所述阴极板通电后，与所述第一磁铁和第二磁铁形成正交电磁场。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，所述支撑件包括底柱和用于支撑靶材的支撑板，所述底柱与所述支撑板背对所述工艺腔室的一侧固定连接；所述辅助阳极板包覆于所述底柱的周围。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，所述工艺腔室包括用于传送需加工基片的传送室，所述传送室设置在所述支撑件的对面。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，还包括用于测量氩气流量的第一流量计，所述第一流量计连接在所述氩气设备上。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，还包括用于测量氧气流量的第二流量计，所述第二流量计连接在所述氧气设备上。

如上所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其中，优选的是，所述氧气设备设在所述工艺腔室的第三侧壁上，所述第三侧壁与所述第一侧壁相对。本实用新型提供的磁控溅射式物理气相沉积设备，包括工艺腔室、溅射组件、等离子体产生组件、氧气设备和补偿挡板；溅射组件和等离子体产生组件设置在工艺腔室相互垂直的两侧壁上，溅射组件包括支撑件；等离子体产生组件包括电子枪和氩气设备；电子枪向工艺腔室中发射电子，氩气设备向工艺腔室中充入氩气；氧气设备向工艺腔室中充入氧气；补偿挡板设置在工艺腔室中正对支撑件的方向。等离子体产生组件和溅射组件分开设置，避免等离子体直接轰击基片表面，降低了对基片的冲击力，从而提高了基片的膜层的沉积质量，提高了沉积效率；补偿挡板可以将基片成膜速率快的地方稍微减慢，将成膜速率慢的地方增快，从而明显提高了薄膜沉积的均匀性。

附图说明

图1为现有技术中的磁控溅射式的物理气相沉积设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的磁控溅射式物理气相沉积设备的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的磁控溅射式物理气相沉积设备的补偿挡板应用的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的磁控溅射式物理气相沉积设备的补偿挡板的结构示意图。

附图标记说明：

1-真空腔室 2-阴极体 3-极板 4-磁铁

5-铜背板 6-靶材 7-基片

本实用新型：

10-工艺腔室 101-传送室 11-溅射组件 111-靶材

112-辅助阳极板 12-电子枪 13-第一流量计 14-真空泵

15-氩气设备 16-氧气设备 161-第二流量计 17-第一磁铁

18-第二磁铁 19-支撑件 191-支撑板 192-底柱

20-基片

30-补偿挡板 31-第一空槽组 311-第一空槽 32-第二空槽组

321-第二空槽

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图2至图4所示，本实用新型实施例提供的磁控溅射式物理气相沉积设备，包括工艺腔室10、溅射组件11、等离子体产生组件、氧气设备 16和补偿挡板30。

溅射组件11设置在工艺腔室10的第一侧壁上，溅射组件11包括支撑件19，该支撑件19主要用于支撑靶材111。具体地，该支撑件19包括支撑板191和底柱192，支撑板191用于支撑靶材111，底柱192与支撑板 191固定连接，具体地与支撑板191无需支撑靶材111的一侧连接，也即远离工艺腔室10的一侧固定连接。

等离子体产生组件向工艺腔室10中发射等离子体，等离子体产生组件设置在工艺腔室10的第二侧壁上，第二侧壁与第一侧壁相垂直；等离子体产生组件包括电子枪12和氩气设备15；电子枪12向工艺腔室10中发射电子，氩气设备15向工艺腔室10中充入氩气。

氧气设备16向工艺腔室10中充入氧气。补偿挡板30设置在工艺腔室 10中正对所述支撑件18的方向。参见图3，补偿挡板30实际应用时，位于基片20和靶材111之间，且可以根据需要进行旋转，从而更好地调节成膜均匀性。

请参考图2，加工太阳能的电池片时，将靶材111放置在支撑件19上，将基片20置于工艺腔室10中，并使基片20需沉积膜层的一侧端面朝向靶材111的溅射面。

加工时，打开设备，氩气设备15和氧气设备16分别向工艺腔室10中充入氩气和氧气，电子枪12向工艺腔室10中射出电子，电子与氩气碰撞生成氩正离子和新的电子，氩正离子和新的电子在正交电磁场的作用下向下移动，轰击靶材111的表面，靶材111的表面溅射出靶粒子，该靶粒子与氧气发生反应后形成成膜材质，然后利用自身能量向上溅射至基片20 上，在基片20上沉积为膜层。带能粒子射向基片20时，一方面可以使基片20加热(100℃以上)，另一方面可以使已经沉积的膜层产生部分溅射，从而使得在先附着性能较差的靶粒子被溅射离开基片20，可促进膜层的表面扩散和化学反应，克服了常规沉积时的阴影效应。

从上述可见，在加工过程中，需要用到正交电磁场。因此，溅射组件 11还包括辅助阳极板112和两第一磁铁17，辅助阳极板112包覆在支撑件 19的周围；两第一磁铁17位于辅助阳极板112的两侧。等离子体产生组件还包括阴极板和两第二磁铁18，阴极板与电子枪12连接，两第二磁铁 18位于阴极板的两侧；辅助阳极板112和阴极板通电后，与第一磁铁17和第二磁铁18形成正交电磁场。

具体地，辅助阳极板112连接电源的正极，阴极板连接电源的负极，第一磁铁17朝向工艺腔室的一面为N极，第二磁铁18朝向工艺腔室的一面为S极。通电后，则会形成正交电磁场。

本实用新型实施例提供的磁控溅射式物理气相沉积设备，等离子体产生组件和溅射组件11设置在工艺腔室10相互垂直的两个侧壁上，避免等离子体产生组件射出的等离子体直接轰击基片20的表面，降低了对基片 20的冲击力，从而提高了基片20的膜层的沉积质量，提高了沉积效率。在沉积过程中，补偿挡板30可以将基片20成膜速率快的地方稍微减慢，将成膜速率慢的地方增快，从而明显提高了薄膜沉积的均匀性。

请参考图4，具体地，上述补偿挡板30为方形板，补偿挡板30上开设有第二空槽组31和第二空槽组32，第二空槽组31和第二空槽组32沿补偿挡板30的纵向中心轴对称分布。该处的纵向中心轴以图4中的方向为参考，与第二空槽组31和第二空槽组32的长度方向相平行的方向为纵向，该纵向中心轴为图4中虚线所示。

进一步地，第二空槽组31包括多个第一空槽311，多个第一空槽311 的长度依次递增，且长度较长的第一空槽311靠近补偿挡板30的一侧边缘；第二空槽组32包括第二空槽321，多个第二空槽321的长度依次递增，且长度较长的第二空槽321靠近补偿挡板的另一侧边缘。

从图4中可见，第二空槽组31中包括四个第一空槽311，第二空槽组 32包括四个第二空槽321，且第一空槽311和第二空槽321均为矩形槽，本领域技术人员可以理解的是，也可以根据实际需要设计三个、五个等等数量的第一空槽311和第二空槽321。

由于基片20一般为中部成膜较快，两侧成膜较慢，因此靠近补偿挡板 30中部的第一空槽311和第二空槽321的长度较短，可以适当降低基片20 中部的层膜速率；而靠近补偿挡板30边缘的第一空槽311和第二空槽321 的长度较长，可以适当增加基片20两侧成膜速率，最终达到使基片20的膜层均匀沉积的目的。

进一步地，工艺腔室10包括用于传送需加工基片的传送室101，传送室101设置在支撑件19的对面。请参考图2，可见工艺腔室10的上侧为传送室101，传送室101中有多个基片20。

请参考图2，可见，等离子体产生组件设置在工艺腔室10的右侧壁(也即第一侧壁)上，溅射组件11设在工艺腔室10的底壁(也即第二侧壁) 上，氧气设备16设置在工艺腔室10的左侧壁(也即第三侧壁)上。

进一步地，在加工过程中，工艺腔室10需要为真空状态，因此本实用新型实施例提供的磁控溅射式物理气相沉积设备还包括真空泵14，真空泵 14连接在工艺腔室10的外侧，真空泵14用于将工艺腔室10抽真空。

为便于监测氩气的输入量，本实用新型实施例提供的磁控溅射式物理气相沉积设备还包括第一流量计13，第一流量计13连接在氩气设备15氩气设备15上，用于测量氩气的流量。从而便于工人调节氩气的输入量，以使氩气输入量达到最佳状态，从而提高镀膜质量。

优选地，上述氧气设备16上也连接有第二流量计161，从而测量氧气的流量，以使氧气的输入量达到最佳状态，进一步提高镀膜质量。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，包括：

工艺腔室；

溅射组件，所述溅射组件设置在所述工艺腔室的第一侧壁上，所述溅射组件包括用于支撑靶材的支撑件；

等离子体产生组件，设置在所述工艺腔室的第二侧壁上，所述第二侧壁与所述第一侧壁相垂直，所述等离子体产生组件包括电子枪和氩气设备；所述电子枪向所述工艺腔室中发射电子，所述氩气设备向所述工艺腔室中充入氩气；

氧气设备，所述氧气设备向所述工艺腔室中充入氧气；

补偿挡板，设置在所述工艺腔室中正对所述支撑件的方向。

2.根据权利要求1所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，所述补偿挡板旋转连接在所述工艺腔室的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，所述补偿挡板为方形板，所述补偿挡板上开设有第一空槽组和第二空槽组，所述第一空槽组和所述第二空槽组沿所述补偿挡板的纵向中心轴对称分布。

4.根据权利要求3所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，所述第一空槽组包括多个第一空槽，多个所述第一空槽的长度依次递增，且长度较长的第一空槽靠近所述补偿挡板的一侧边缘；

所述第二空槽组包括第二空槽，多个所述第二空槽的长度依次递增，且长度较长的第二空槽靠近所述补偿挡板的另一侧边缘。

5.根据权利要求1所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，所述溅射组件还包括辅助阳极板和两第一磁铁，所述辅助阳极板包覆在所述支撑件的周围；两所述第一磁铁位于所述辅助阳极板的两侧；

所述等离子体产生组件还包括阴极板和两第二磁铁，所述阴极板与所述电子枪连接，两所述第二磁铁位于所述阴极板的两侧；

所述辅助阳极板和所述阴极板通电后，与所述第一磁铁和第二磁铁形成正交电磁场。

6.根据权利要求5所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，所述支撑件包括底柱和用于支撑靶材的支撑板，所述底柱与所述支撑板背对所述工艺腔室的一侧固定连接；所述辅助阳极板包覆于所述底柱的周围。

7.根据权利要求1所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，所述工艺腔室包括用于传送需加工基片的传送室，所述传送室设置在所述支撑件的对面。

8.根据权利要求1所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，还包括用于测量氩气流量的第一流量计，所述第一流量计连接在所述氩气设备上。

9.根据权利要求1所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，还包括用于测量氧气流量的第二流量计，所述第二流量计连接在所述氧气设备上。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的磁控溅射式物理气相沉积设备，其特征在于，所述氧气设备设在所述工艺腔室的第三侧壁上，所述第三侧壁与所述第一侧壁相对。