CN208791741U - 一种立式硅片磁控溅射镀膜机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种立式硅片磁控溅射镀膜机，包括：真空室、设置在真空室内用于悬挂和移动硅片的传动装置，以及用于抽真空的真空抽气系统、用于供电和控制工作状态的电源控制系统；所述真空室包括互相连接的清洗室和溅射室，清洗室内设置有离子清洗电极，溅射室内设置有溅射靶；传动装置包括设置在真空室内的硅片挂板、挂板底座、轨道车，硅片挂板与挂板底座可拆卸连接，轨道车顶部开设有凹槽，挂板底座底部设置有凸出部，挂板底座通过凸出部和凹槽的配合与轨道车固定插接。采用本设计可以减少真空室体积、真空效果好，并且取放硅片方便，能够有效去除硅片表面残渣并加热，镀膜后的成片效果好。

Description

一种立式硅片磁控溅射镀膜机

技术领域

本实用新型涉及真空镀膜领域，特别是一种立式硅片磁控溅射镀膜机。

背景技术

立式硅片磁控溅射镀膜机用于在真空环境下利用磁控溅射靶给硅片上镀上一层或多层金属膜，悬挂硅片的硅片放置板利用传动装置在真空室内移动，常规的传动轨道顶部为平面，将硅片放置板直接放置在轨道上移动，为了保持平衡轨道和硅片放置板都必须设计得较宽，导致真空室的宽度也必须设计得较宽，这样真空室的容积增大，真空效果不好，影响镀膜效果；还存在的一个问题是放硅片和取硅片需要将整个硅片放置板从真空室取出，硅片放置板尺寸较大时很不方便。

此外硅片上一般附着有气体残渣或其他污渍，镀膜时如果不将污渍清除会导致镀膜不均匀，最后镀膜得到的成片质量不佳，可以采用离子清洗电极将气体电离对硅片表面进行清洗，然而传统设计的离子清洗电极散热效果不佳，设备故障率高。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种真空效果好、镀膜效果好，成片质量佳的立式硅片磁控溅射镀膜机。

本实用新型采用的技术方案是：

一种立式硅片磁控溅射镀膜机，包括：真空室、设置在真空室内用于悬挂和移动硅片的传动装置，以及与真空室相连的真空抽气系统和用于供电和控制的电源控制系统；

所述真空室包括互相连接的清洗室和溅射室，所述清洗室内设置有离子清洗电极，所述溅射室内设置有溅射靶；

所述传动装置包括设置在真空室内的硅片挂板、挂板底座、轨道车，所述硅片挂板与挂板底座可拆卸连接，所述轨道车顶部开设有凹槽，所述挂板底座底部设置有凸出部，挂板底座通过凸出部和凹槽的配合与轨道车固定插接。

进一步的，所述离子清洗电极包括电极接头、水冷电极、进水接头、出水接头和分水管，所述电极接头与水冷电极相连；

所述分水管包括贯穿水冷电极和电极接头的第一内分水管、第二内分水管，以及位于水冷电极顶部两侧的外分水管网，所述进水接头通过第一内分水管与外分水管网相连，所述出水接头通过第二内分水管与外分水管网相连；

所述电极接头外覆盖有绝缘套，所述绝缘套外覆盖有外屏蔽罩，所述外屏蔽罩与清洗室内的支架底部相连，所述水冷电极与清洗室内的支架之间设置有密封绝缘套。

进一步的，所述水冷电极的顶端设置有内盒体和外盒体，所述外盒体的底边与清洗室内的支架相接，所述内盒体和外盒体之间设置有绝缘隔离片；

所述进水接头插入电极接头并与第一内分水管的进水口相连，所述出水接头插入电极接头并与第二内分水管出水口相连，所述第一内分水管出水口与外分水管网的进水口相连，所述第二内分水管的进水口与外分水管网的出水口相连；所述外分水管网通过若干设置在内盒体上的支撑台固定。

进一步的，所述挂板底座和轨道车的接触面之间设置有绝缘层，所述轨道车侧边设置有从动轮，所述真空室外壁与从动轮对应处设置有驱动轮，所述驱动轮与从动轮通过转动轴相连，以用于驱动轨道车运动。

进一步的，所述凹槽包括设置在轨道车顶部中间位置的第一凹槽和设置在轨道车顶部两侧的若干第二凹槽，所述凸出部包括设置在挂板底座底部与第一凹槽对应的第一凸出部、与若干第二凹槽对应的若干第二凸出部，所述第一凸出部与第一凹槽配合插接，所述若干第二凸出部与若干第二凹槽配合插接。

进一步的，所述溅射室包括依次排列的铬溅射室、金溅射室和铝溅射室，所述铬溅射室与清洗室相连。

进一步的，所述铬溅射室内设置有平面铬靶，所述金溅射室设置有一平面金靶，所述铝溅射室设置有圆柱铝靶。

进一步的，所述清洗室、铬溅射室、金溅射室、铝溅射室内部上方皆设置有两个防倾轮，所述硅片挂板的顶部位于两个防倾轮之间，以用于防止硅片挂板倾斜。

进一步的，所述真空抽气系统包括若干旋涡泵、分子泵、真空锁和阀门，所述旋涡泵和分子泵通过阀门分别与清洗室、溅射室相连以用于抽取真空，所述真空锁设置在清洗室的两端。

其中，所述电源控制系统包括PLC控制柜和电源柜，所述电源柜用于供电，所述PLC控制柜用于控制离子清洗电极、真空抽气系统、溅射靶、传动装置的工作状态。

本实用新型的有益效果：

本实用新型将传统的整块硅片放置板分成硅片挂板和挂板底座，挂板底座通过凸出部与设置有凹槽的轨道车相连，采用这种结构的连接方式可以大大缩小硅片挂板、挂板底座和轨道小车的宽度并且不影响移动的平衡性，进而整个真空室的容积可以大大减少，真空效果好，提高了镀膜质量；此外将硅片挂板和挂板底座设计成可拆卸方式，放硅片和取硅片时只需将挂板底座上悬挂有硅片的硅片挂板取下再装上即可，更加方便，此外在溅射室之前设置有清洗室，在真空环境下通过离子清洗电极将气体电离清洗硅片表面的残渣，离子清洗电极上设置有分水管用于散热，故障率低。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明；

图1为本实用新型立式硅片磁控溅射镀膜机的侧视图；

图2为本实用新型立式硅片磁控溅射镀膜机的斜视图；

图3为本实用新型真空室的俯视图；

图4为本实用新型离子清洗电极的示意图；

图5为本实用新型传动装置的侧面剖视图；

图6为图5中传动装置标识部分的放大示意图。

具体实施方式

如图1-图6所示为本实用新型的一种立式硅片磁控溅射镀膜机，包括：真空室、设置在真空室内用于悬挂和移动硅片的传动装置1，以及真空抽气系统和电源控制系统；

如图5-图6所示，传动装置1包括设置在真空室内的硅片挂板13、挂板底座14、轨道车15，硅片挂板13与挂板底座14可拆卸连接；轨道车15顶部开设有凹槽，挂板底座14底部设置有凸出部，挂板底座14通过凸出部和凹槽的配合与轨道车15固定插接。

其中，凹槽包括设置在轨道车15顶部中间位置的第一凹槽151和设置在轨道车15顶部两侧的若干第二凹槽152，凸出部包括设置在挂板底座14底部与第一凹槽151对应的第一凸出部141、与若干第二凹槽152 对应的若干第二凸出部142，第一凸出部141与第一凹槽151配合插接，若干第二凸出部142与若干第二凹槽152配合插接。

为了加强绝缘性，挂板底座14和轨道车15的接触面之间设置有绝缘层，优选的，绝缘层为聚四氟乙烯涂层，当然也可以采用其他绝缘材料，聚四氟乙烯涂层可以涂在挂板底座14或轨道车15任意一方的接触面上，也可以两面均涂有聚四氟乙烯。为了进一步加强绝缘性，若干第二凹槽152内皆设置有胶圈。

其中，轨道车15侧边设置有从动轮161，真空室外壁与从动轮161 对应处设置有驱动轮162，驱动轮162与从动轮161通过转动轴163相连，以用于驱动轨道车15运动，本实用新型对于驱动轮162的驱动方式不做限定，驱动轮162可以直接与电机转动轴相连，也可以通过链条带动其转动，本实施例中是采用链条的方式带动其转动。

为了进一步加强硅片挂板13移动过程中的稳定性，在真空室内部上方设置有两个防倾轮17，硅片挂板13的顶部夹在两个防倾轮17之间，挂板底座14上设置有固定硅片挂板13的挡片19，挡片19设置在硅片挂板13与挂板底座14连接处的两端，挡片19通过螺栓调整和固定位置，避免硅片挂板13在移动过程中倾斜或位移造成镀膜效果不佳。在挂板底座14上还设置有位置传感器18，以用于向PLC控制柜传输位置信息。

本实用新型中的传动装置将传统的整块硅片放置板分成硅片挂板13 和挂板底座14，挂板底座14通过凸出部与设置有凹槽的轨道车15相连，采用这种结构的连接方式可以大大缩小硅片挂板13、挂板底座14和轨道小车的宽度并且不影响移动的平衡性，进而整个真空室的容积可以大大减少，真空效果好，提高了镀膜质量；此外将硅片挂板13和挂板底座14 设计成可拆卸方式，放硅片和取硅片时只需将挂板底座14上悬挂有硅片的硅片挂板13取下再装上即可，更加方便。

在挂板底座14和轨道车接触面设置有绝缘层聚四氟乙烯，通过第二凹槽152内的胶圈进一步加强了绝缘性，有效避免了镀膜时因为绝缘效果不佳产生的边缘效应，使镀膜效果更均匀，提高了成片质量。

如图1-图2所示，所述真空室包括互相连接的清洗室2和溅射室3，还包括与溅射室相连的传输室4，清洗室2内设置有离子清洗电极，离子清洗电极内设置有用于散热的分水管，溅射室内设置有溅射靶。

其中，溅射室3包括依次排列的铬溅射室31、金溅射室32和铝溅射室33，铬溅射室31与清洗室2相连，铝溅射室33与传输室4相连，传输室4还与上下片台区6相连。铬溅射室31内设置有平面铬靶311，金溅射室32设置有一平面金靶321，铝溅射室33设置有圆柱铝靶331。

如图1、图3所示，真空抽气系统包括两台旋涡泵51、四台分子泵 52、两套真空锁53，旋涡泵51和分子泵52分别与清洗室2、溅射室3 相连以用于抽取真空，两套真空锁53分别设置在清洗室2的两端。

其中，为了达到最佳真空效果，清洗室2配置一台旋涡泵和一台分子泵，溅射室3配置一台旋涡泵和三台分子泵。

如图4所示，离子清洗电极包括电极接头21、水冷电极22，电极接头21与水冷电极22相连；分水管包括进水接头231、出水接头232，以及贯穿水冷电极22和电极接头21的第一内分水管241、第二内分水管 242，以及位于水冷电极22顶部两侧的外分水管网243，进水接头231 通过第一内分水管241与外分水管网243相连，出水接头232通过第二内分水管242与外分水管网243相连；

其中，进水接头231插入水冷电极21底部并与电极接头21内的第一内分水管241的进水口相连，出水接头232从电极接头21侧面插入并与电极接头21内的第二内分水管242出水口相连，出水接头232和进水接头231的插入位置不属于本实用新型的保护范围，可以根据需要做对调或其他调整；第一内分水管241出水口与外分水管网243的进水口相连，第二内分水管242的进水口与外分水管网243的出水口相连；为了加强散热效果，外分水管网243的长度应大于电极内的第一内分水管241、第二内分水管242的长度，此外外分水管网243通过若干设置在内盒体 261上的支撑台264固定，避免因为管道过长导致变形影响接口处的密封性。

为了实现绝缘密封的效果，电极接头21外覆盖有绝缘套251，绝缘套251外覆盖有外屏蔽罩252，外屏蔽罩252通过固定装置与清洗室的支架27底部相连，水冷电极22与清洗室的支架27之间设置有密封绝缘套 253。水冷电极22的顶端设置有内盒体261和外盒体262，外盒体262 的底边与清洗室的支架27相接，内盒体261和外盒体262之间设置有绝缘隔离片263。外屏蔽罩252通过互相配合的压法兰281和螺钉固定在清洗室的支架27上。

其中，为了进一步加强绝缘性和密封性，绝缘套51和密封绝缘套253 之间设置有绝缘环254，绝缘环254内壁与水冷电极22相接，绝缘环254 外壁与外屏蔽罩252相接。密封绝缘套53的侧边与清洗室的支架27侧边相接。电极接头21与水冷电极22的接触面之间、水冷电极22与密封绝缘套253的接触面之间、密封绝缘套253与清洗室的支架27的接触面之间皆设置有O型密封圈282。

其中，还包括射频电源，电极接头21远离水冷电极22的一端通过螺钉与接线片283固定，接线片283延伸出外屏蔽罩252外并与射频电源电性连接。

电源控制系统包括PLC控制柜61和电源柜62，电源柜62用于供电， PLC控制柜61用于控制离子清洗电极、真空抽气系统、溅射靶、传动装置的工作状态，射频电源与PLC控制柜61相连，以用于控制射频电源的工作状态，实现射频电源的恒流、恒压、恒功率。

采用本设计的离子清洗电极，在水冷电极22和电极接头21内设置有第一内分水管241和第二内分水管242，在水冷电极22外设置有裸露的外分水管网243，冷却水从进水接头231流入第一内分水管241将水冷电极22/电极接头21的热量带走，然后流入外分水管网243将热量散发到清洗室内，提高清洗室内的温度，一方面利用环境温度的升高，另一方面利用离子撞击的动能给硅片加热，提高清洗效率，同时冷却水通过裸露的外分水管网243散热后温度降低，重新流入第二内分水管242将水冷电极22/电极接头21的热量带走并从出水接头232流出，利用等量的冷却水进行了双重散热，散热效果好。

本设计不仅提高了清洗室的温度，将给硅片加热和清洗合二为一，清洗效果好，同时利用冷却水进行了双重散热，对比单根冷却水管的设计不浪费水资源的同时散热效果更好。

此外通过设置在电极接头21外的绝缘套251，绝缘套251外的外屏蔽罩252，以及水冷电极22与立式硅片磁控溅射镀膜机内的支架27之间的密封绝缘套253的组合，绝缘效果好，密封性佳，进一步提高了清洗效果。

本实用新型的工作过程为：

用户在非真空的上下片台区6将硅片悬挂在硅片挂板13上，然后将硅片挂板13插入挂板底座14的凹槽内固定，硅片挂板13与刮板底座随轨道车15首先进入清洗室2，在清洗室2被离子清洗电极电离的粒子清洗掉硅片表面的残渣同时进行加热，随后依次进入铬溅射室31、金溅射室32、铝溅射室33进行镀膜，随后进入传输室4进行冷却后，传送装置 1逆向运行，依次经过铝溅射室33、金溅射室32、铬溅射室31和清洗室 2，最后离开真空室回到上下片台区6，工作人员取下镀膜后的硅片，重复以上步骤。

以上仅为本实用新型的优先实施方式，本实用新型并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于，包括：真空室、设置在真空室内用于悬挂和移动硅片的传动装置(1)，以及与真空室相连的真空抽气系统和用于供电和控制的电源控制系统；

所述真空室包括互相连接的清洗室(2)和溅射室(3)，所述清洗室(2)内设置有离子清洗电极，所述离子清洗电极内设置有用于散热的分水管，所述溅射室(3)内设置有溅射靶；

所述传动装置(1)包括设置在真空室内的硅片挂板(13)、挂板底座(14)、轨道车(15)，所述硅片挂板(13)与挂板底座(14)可拆卸连接；所述轨道车(15)顶部开设有凹槽，所述挂板底座(14)底部设置有凸出部，挂板底座(14)通过凸出部和凹槽的配合与轨道车(15)固定插接。

2.根据权利要求1所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述离子清洗电极包括电极接头(21)、水冷电极(22)，所述电极接头(21)与水冷电极(22)相连；

所述分水管包括进水接头(231)、出水接头(232)，以及贯穿水冷电极(22)和电极接头(21)的第一内分水管(241)、第二内分水管(242)，以及位于水冷电极(22)顶部两侧的外分水管网(243)，所述进水接头(231)通过第一内分水管(241)与外分水管网(243)相连，所述出水接头(232)通过第二内分水管(242)与外分水管网(243)相连；

所述电极接头(21)外覆盖有绝缘套(251)，所述绝缘套(251)外覆盖有外屏蔽罩(252)，所述外屏蔽罩(252)与清洗室内的支架(27)底部相连，所述水冷电极(22)与清洗室内的支架(27)之间设置有密封绝缘套(253)。

3.根据权利要求2所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述水冷电极(22)的顶端设置有内盒体(261)和外盒体(262)，所述外盒体(262)的底边与清洗室内的支架(27)相接，所述内盒体(261)和外盒体(262)之间设置有绝缘隔离片(263)；

所述进水接头(231)插入电极接头(21)并与第一内分水管(241)的进水口相连，所述出水接头(232)插入电极接头(21)并与第二内分水管(242)出水口相连，所述第一内分水管(241)出水口与外分水管网(243)的进水口相连，所述第二内分水管(242)的进水口与外分水管网(243)的出水口相连；所述外分水管网(243)通过若干设置在内盒体(261)上的支撑台(264)固定。

4.根据权利要求1所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述挂板底座(14)和轨道车(15)的接触面之间设置有绝缘层，所述轨道车(15)侧边设置有从动轮(161)，所述真空室外壁与从动轮(161)对应处设置有驱动轮(162)，所述驱动轮(162)与从动轮(161)通过转动轴(163)相连，以用于驱动轨道车(15)运动。

5.根据权利要求1所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述凹槽包括设置在轨道车(15)顶部中间位置的第一凹槽(151)和设置在轨道车(15)顶部两侧的若干第二凹槽(152)，所述凸出部包括设置在挂板底座(14)底部与第一凹槽(151)对应的第一凸出部(141)、与若干第二凹槽(152)对应的若干第二凸出部(142)，所述第一凸出部(141)与第一凹槽(151)配合插接，所述若干第二凸出部(142)与若干第二凹槽(152)配合插接。

6.根据权利要求1所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述溅射室(3)包括依次排列的铬溅射室(31)、金溅射室(32)和铝溅射室(33)，所述铬溅射室(31)与清洗室(2)相连。

7.根据权利要求6所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述铬溅射室(31)内设置有平面铬靶(311)，所述金溅射室(32)设置有一平面金靶(321)，所述铝溅射室(33)设置有圆柱铝靶(331)。

8.根据权利要求6所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述清洗室(2)、铬溅射室(31)、金溅射室(32)、铝溅射室(33)内部上方皆设置有两个防倾轮(17)，所述硅片挂板(13)的顶部位于两个防倾轮(17)之间，以用于防止硅片挂板(13)倾斜。

9.根据权利要求1所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述真空抽气系统包括若干旋涡泵(51)、分子泵(52)、真空锁(53)，所述旋涡泵(51)和分子泵(52)分别与清洗室(2)、溅射室(3)相连以用于抽取真空，所述真空锁(53)设置在清洗室的两端。

10.根据权利要求1所述的立式硅片磁控溅射镀膜机，其特征在于：所述电源控制系统包括PLC控制柜(61)和电源柜(62)，所述电源柜(62)用于供电，所述PLC控制柜(61)用于控制离子清洗电极、真空抽气系统、溅射靶、传动装置(1)的工作状态。