CN216891180U - 一种偏压辅助阳极装置及真空磁控溅射设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于材料表面改性领域，具体涉及一种偏压辅助阳极装置及真空磁控溅射设备。该偏压辅助阳极装置，应用于真空磁控溅射设备，所述真空磁控溅射设备包括镀膜腔体，所述镀膜腔体内设有传动辊道，所述传动辊道上方设有靶材；所述传动辊道两侧的空间内设有所述偏压辅助阳极装置，所述偏压辅助阳极装置包括辅助阳极和偏压电源；所述辅助阳极用于吸引传动辊道两侧的游离自由电子；所述偏压电源一端连接所述辅助阳极，另一端用于接地。针对靶材沿垂直于传动辊道输送方向的两端空间中的游离自由电子，偏压装置给辅助阳极施加一个固定的直流正偏压。改善游离自由电子积累一定程度后对玻璃表面放电的现象，消除静电斑纹。

Description

一种偏压辅助阳极装置及真空磁控溅射设备

技术领域

本实用新型属于材料表面改性领域，具体涉及一种偏压辅助阳极装置及真空磁控溅射设备。

背景技术

目前的磁控溅射玻璃镀膜设备中为解决静电斑纹，现有的技术方案一般是在腔室传动辊道做绝缘处理，切断传动辊道上玻璃镀膜受放电电弧的传导路径，或者对靶材两侧L形挡板加工尖端状物体转移尖端放电的方式来减少静电斑纹报废玻璃的情况。

中国专利CN210140622U，公开的辅助阳极装置及具有其的真空磁控溅射设备，其采用的将辅助阳极装置固定夹持在玻璃传动辊道的侧板上，并未针对考虑解决等离子体外靶材两端空间内的游离自由电子，并未使用偏压装置。该有卧式平面玻璃镀膜工艺中采用辅助阳极装置，并未在空间维度以及游离自由电子放电路径上有效的解决静电斑纹问题。在玻璃传动辊道上方的侧板固定辅助阳极装置，处于溅射等离子体近鞘层区域内，存在装置本身被溅射和溅射薄膜积累爆渣产生玻璃针眼的缺陷。此外，现有卧式平面玻璃镀膜设备中采用辅助阳极并未针对平面或者旋转靶材中两端束缚效应的特殊性加以控制。并没有从根本上解决贯彻性静电斑纹击穿问题。

中国专利CN110423988A，公开的一种配置中心辅助阳极的电弧离子镀膜装置，其采用的将辅助阳极装置固定在电弧离子镀设备的空间内，其针对的是真空离子镀工艺中等离子体空间内，提高等离子体密度，提高镀膜沉积效率和薄膜致密度，并未涉及等离子体外游离自由电子放电问题。

中国专利CN203174194U，公开的一种多功能等离子体增强涂层系统，其采用的将辅助阳极装置固定在电弧离子镀设备中，其作用是使离子镀在电弧放电中进行，增加等离子团内的等离子密度，并未涉及等离子体外游离自由电子放电问题。

上述这些方案均没有透彻研究磁控溅射镀膜工艺中游离自由电子的空间问题和束缚效应问题，并未从根本上解决静电斑纹这一技术课题。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应该当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的等离子体外靶材两端空间内的游离自由电子放电引起的静电斑纹问题，提供一种偏压辅助阳极装置。该装置设置一端位于靶材两端外侧的空间内，另一端连接在镀膜腔体的底板、端板或者侧板上并通过偏压装置接地，通过偏压吸引消除等离子体外游离电子，改善了静电波纹问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种偏压辅助阳极装置，应用于真空磁控溅射设备，所述真空磁控溅射设备包括镀膜腔体，所述镀膜腔体内设有传动辊道，所述传动辊道上方设有靶材；所述传动辊道两侧的空间内设有所述偏压辅助阳极装置，所述偏压辅助阳极装置包括辅助阳极和偏压电源；所述辅助阳极用于吸引传动辊道两侧的游离自由电子；所述偏压电源一端连接所述辅助阳极，另一端用于接地。

直流溅射镀膜靶材的特点之一是溅射工艺中电子热运动的平均自由程较长。以直流Ag靶为例，氩气电离产生的热电子大约有15eV的初始能量，Ag溅射的二次电子大约有3.35eV的初始能量。这些电子的运动路程不仅很长，而且在洛伦兹力的作用下被约束在靠靶面附近的等离子体区域之内。但是因为靶材两端靶材的圆弧形端头构造，端头等离子团中的电子逐渐远离靶表面则受到磁场的束缚效应减弱。此外，这导致在一定条件下积累在直流溅射镀膜靶材两端空间的游离自由热电子在镀膜工艺中对玻璃表面放出电子流轰击电弧产生静电斑纹。

通过偏压辅助阳极装置，针对靶材沿垂直于传动辊道输送方向的两端空间中的游离自由电子，偏压装置给辅助阳极施加一个固定的直流正偏压。辅助阳极能够吸收低能电子，减少这些游离电子对玻璃基片的轰击。这时由于在玻璃镀膜的整个工艺过程中，辅助阳极表面始终处于一个正的电位而吸附游离自由电子，不但可以随时清除可能进入镀膜表面上的电子流及附着力较小的靶材粒子，而且，还可以在沉积工艺中，控制靶材两端空间的自由电子饱和度。偏压吸引消除游离自由电子，改善游离自由电子积累一定程度后对玻璃表面放电的现象，消除静电斑纹。同时，该偏压辅助阳极装置，位于传动辊道两侧，不影响玻璃的镀膜过程。

作为本实用新型的优选方案，所述辅助阳极包括杆状的阳极棒，所述阳极棒具有第一端和第二端；所述阳极棒的第一端位于所述靶材垂直于传输方向的两端外侧的空间内，所述阳极棒的第二端连接在所述镀膜腔体位于靶材外侧的腔壁上。镀膜腔体内位于靶材外侧腔壁包括侧面或者底面。

作为本实用新型的优选方案，所述辅助阳极还包括底座，所述阳极棒连接在所述底座上，所述偏压电源连接在所述底座上。底座的尺寸为120mm×120mm×10mm。优选的一个底座上设置多根阳极棒。

作为本实用新型的优选方案，所述辅助阳极的第二端连接在所述镀膜腔体底面，所述辅助阳极的高度为30-100mm。具体高度根据靶材和玻璃基片的间距进行调整。

作为本实用新型的优选方案，所述偏压辅助阳极装置包括多个阳极棒，多个所述阳极棒沿辊道输送方向排布。

作为本实用新型的优选方案，所述镀膜腔体从下至上依次为鞘层、近鞘层和等离子体层；所述辅助阳极位于磁控溅射鞘层和近鞘层之间，且位于所述等离子体层之外。

作为本实用新型的优选方案，所述阳极棒倾斜设置。使得所述阳极棒的尖端接受更多游离自由电子。

作为本实用新型的优选方案，所述阳极棒由铜或者不锈钢制成。

作为本实用新型的优选方案，所述阳极棒设有镀膜涂层，所述镀膜涂层采用Ag靶材和NiCr靶材中的一种或两种镀制而成。

作为本实用新型的优选方案，所述偏压电源为20V-50VDC电源。

一种真空磁控溅射设备，包括如上所述的偏压辅助阳极装置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的偏压辅助阳极装置，通过偏压辅助阳极装置，针对靶材沿垂直于传动辊道输送方向的两端空间中的游离自由电子，偏压装置给辅助阳极施加一个固定的直流正偏压。辅助阳极能够吸收低能电子，减少这些游离电子对基片的轰击。偏压吸引消除游离自由电子，改善游离自由电子积累一定程度后对玻璃表面放电的现象，消除静电斑纹。将所述偏压辅助阳极装置设置在靶材两端的空间内，不会影响溅射粒子镀膜过程，而且充分解决了所述空间内游离自由电子饱和导致放电的情况，改进了玻璃镀膜工艺中的静电斑纹现象。

2、本实用新型的真空测控溅射设备，通过使用上述的偏压辅助阳极装置，能够有效的吸引消除靶材两端空间内的游离自由电子，改善静电斑纹现象，提升产品质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的偏压辅助阳极装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1的偏压辅助阳极装置的位置示意图。

图3是图2的俯视图示意图（不含上盖）。

图4是沿传动辊道传动方向的剖面图示意图。

图5是沿靶材两端方向的剖面图示意图。

图6是实施例2中的偏压辅助阳极装置的位置俯视图示意图。

图7是实施例3中的偏压辅助阳极装置的结构示意图。

图标：1-辅助阳极；11-底座；12-阳极棒；2-镀膜腔体；21-上腔体；22-下腔体；3-真空腔；4-靶材；5-鞘层；6-近鞘层；7-等离子体层；8-偏压电源；9-传动辊道；10-玻璃。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

一种偏压辅助装置，如图1所示，包括辅助阳极1和偏压电源8。该装置应用于真空磁控溅射设备，如图2所示，所述真空磁控溅射设备包括镀膜腔体2，镀膜腔体2内部为真空腔。镀膜腔体2由上腔体21和下腔体22组合而成。所述镀膜腔体2内设有传动辊道9，用于输送玻璃10，所述传动辊辊道9上方设有靶材4；靶材4设置在上腔体21内。所述传动辊道9两侧的空间内设有所述偏压辅助阳极装置，所述偏压辅助阳极装置包括辅助阳极1和偏压电源8；所述辅助阳极1用于吸引传动辊道9两侧的游离自由电子；所述偏压电源8一端连接所述辅助阳极1，另一端用于接地。

具体的，回到图1所述辅助阳极1包括杆状的阳极棒12，具有第一端和第二端；所述阳极棒12的第一端位于所述靶材垂直于传输方向的两端外侧的空间内，所述阳极棒12的第二端连接在所述镀膜腔体2位于靶材外侧的腔壁上。镀膜腔体内位于靶材外侧腔壁包括侧面或者底面。

所述辅助阳极1还包括底座11，所述阳极棒12连接在所述底座11上，所述偏压电源8连接在所述底座11上。底座11的尺寸为120mm×120mm×10mm。本实施例中，传动辊道9两侧分别设置一个阳极棒1。在其他实施方式中，所述偏压辅助阳极装置包括多个阳极棒1，多个所述阳极棒1沿辊道输送方向排布。传动辊道9两侧的阳极棒可以相等也可以不相等。图2-图6中，箭头方向为传动辊道输送方向。

所述辅助阳极的第二端连接在所述镀膜腔体底面，所述辅助阳极的高度为30-100mm。具体高度根据靶材6和玻璃基片的间距进行调整。

如图4所示，所述镀膜腔体从下至上依次为鞘层5、近鞘层6和等离子体层7；所述辅助阳极位于磁控溅射鞘层5和近鞘层6之间，且位于所述等离子体层7之外。图5中，在辅助阳极两侧为游离自由电子。本实施例中，辅助阳极的底座放置在传动辊道两侧，阳极棒向上延伸，阳极棒的下半部分位于鞘层中，顶端位于近鞘层7中，未到达等离子体层。在另一方向的视图中，如图5所示，所述辅助阳极位于等离子体外侧。

鞘层5中，电子极少，绝大多数为阳离子；近鞘层6为非等电势，阳离子多，电子少，一部分电子经磁场束缚回到近鞘层中，另一部分跑出至靶材两端的外部空间，该部分电子即为游离自由电子。而在等离子体层7中，阳离子和电子大致相等。

优选的方案中，所述阳极棒倾斜设置。使得所述阳极棒的尖端接受更多游离自由电子。

所述阳极棒由铜或者不锈钢制成。所述阳极棒设有镀膜涂层，所述镀膜涂层采用Ag靶材和NiCr靶材中的一种或两种镀制而成。

所述偏压电源为20V-50VDC电源。

实施例2

与实施例1不同之处在于，如图6所示，所述辅助阳极1的底座11连接在镀膜腔体2两端的侧壁上。

实施例3

与实施例或者实施例2不同之处在于，如图7所示，所述辅助阳极1在一个底座11上设置多根阳极棒12。通过导线与偏压电源8连接。

实施例4

一种真空磁控溅射设备，包括如实施例1、实施例2或者实施例3所述的偏压辅助阳极装置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种偏压辅助阳极装置，应用于真空磁控溅射设备，所述真空磁控溅射设备包括镀膜腔体(2)，所述镀膜腔体(2)内设有传动辊道(9)，所述传动辊道(9)上方设有靶材(4)；其特征在于，所述传动辊道(9)两侧的空间内设有所述偏压辅助阳极装置，所述偏压辅助阳极装置包括辅助阳极(1)和偏压电源(8)；

所述辅助阳极(1)用于吸引传动辊道(9)两侧的游离自由电子；所述偏压电源(8)一端连接所述辅助阳极(1)，另一端用于接地。

2.根据权利要求1所述的偏压辅助阳极装置，其特征在于，

所述辅助阳极(1)包括杆状的阳极棒(12)，所述阳极棒(12)具有第一端和第二端；

所述阳极棒(12)的第一端位于所述靶材(4)垂直于传输方向的两端外侧的空间内，所述阳极棒(12)的第二端连接在所述镀膜腔体(2)位于靶材(4)外侧的腔壁上。

3.根据权利要求2所述的偏压辅助阳极装置，其特征在于，所述辅助阳极(1)还包括底座(11)，所述阳极棒(12)连接在所述底座(11)上，所述偏压电源(8)连接在所述底座(11)上。

4.根据权利要求2所述的偏压辅助阳极装置，其特征在于，所述阳极棒(12)的高度为30-100mm。

5.根据权利要求2所述的偏压辅助阳极装置，其特征在于，所述偏压辅助阳极(1)装置包括多个阳极棒(12)，多个所述阳极棒(12)沿辊道输送方向排布。

6.根据权利要求1所述的偏压辅助阳极装置，其特征在于，所述镀膜腔体(2)从下至上依次为鞘层(5)、近鞘层(6)和等离子体层(7)；所述辅助阳极(1)位于磁控溅射鞘层(5)和近鞘层(6)之间，且位于所述等离子体层(7)之外。

7.根据权利要求2-5任一所述的偏压辅助阳极装置，其特征在于，所述阳极棒(12)倾斜设置。

8.根据权利要求2-5任一所述的偏压辅助阳极装置，其特征在于，所述阳极棒(12)由铜或者不锈钢制成。

9.根据权利要求1-6任一所述的偏压辅助阳极装置，其特征在于，所述偏压电源(8)为20V-50VDC电源。

10.一种真空磁控溅射设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的偏压辅助阳极装置。

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