CN219772235U - 气体均匀分布的真空镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种气体均匀分布的真空镀膜设备，包括：镀膜腔，具有进料口和出料口；阴极室，内部设置旋转阴极，且具有朝向所述镀膜腔的开口；气体管路，置于所述阴极室内，且与所述旋转阴极并行布置；所述气体管路为多层管结构，每根管路的管壁上均设置有出气孔；阻挡件，布置在所述气体管路和旋转阴极之间，使气体迂回地扩散至所述旋转阴极。本申请的气体先后经过多次迂回，包括在多层管内部迂回扩散及沿阻挡件侧壁方向迂回扩散，不仅避免现有技术中出气孔直接朝向旋转阴极且出气孔附近气体浓度偏高的不利情况，且使得阴极室内空间尤其是气体管路与阴极室侧壁之间空间的气体分布更均匀。

Description

气体均匀分布的真空镀膜设备

技术领域

本申请涉及真空镀膜领域，特别是涉及气体均匀分布的真空镀膜设备。

背景技术

膜层均匀性在磁控溅射镀膜设备中，是一项非常重要的指标，影响因素通常包括磁场分布、气路排布、电场分布和溅射挡板开口等因素，尤其是采用旋转阴极的镀膜设备，气路的均匀性非常重要。

常规的气路排布会产生局部浓度偏高的不利情形，例如申请号为201510148642.0、名称为溅射装置的专利文献中公开了一种溅射装置，包括真空腔室、溅射气体供给部、旋转阴极等部件，其中如图1所示溅射气体和反应气体均是通过朝向旋转阴极21的喷嘴7流出，这样会在喷嘴附近形成较多的气体，而在镀膜腔内的局部(例如顶部、底部等角落位置)气体稀薄，最终出现膜层的不均匀的不利影响，因此，在一些对膜层均匀性要求苛刻的工艺中，常规的气路排布仍无法满足工艺要求。

实用新型内容

为了解决上述的技术问题，本申请提供一种气体均匀分布的真空镀膜设备，包括：

镀膜腔，具有进料口和出料口；

阴极室，内部设置旋转阴极，且具有朝向所述镀膜腔的开口；

气体管路，置于所述阴极室内，且与所述旋转阴极并行布置；所述气体管路为多层管结构，每根管路的管壁上均设置有出气孔；

阻挡件，布置在所述气体管路和旋转阴极之间，使气体迂回地扩散至所述旋转阴极。

以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

可选的，最外层管路上的出气孔背对所述旋转阴极设置。

可选的，所述气体管路为双层管结构，所述双层管结构包括内层圆管、外层方管，所述内层圆管上沿轴向间隔分布有朝向所述旋转阴极的第一出气孔，所述外层方管上沿轴向间隔分布有背对所述旋转阴极的第二出气孔。

可选的，所述气体管路包括并行布置且紧靠的工作气路、反应气路。

可选的，所述反应气路呈多段式分布。

可选的，所述阻挡件包括布置在气体管路和所述开口之间的折弯部。

可选的，真空镀膜设备还包括用于固定气体管路的支架，具有夹持固定所述气体管路的固定部及与所述阴极室连接的连接部，所述固定部与连接部一体成型。

可选的，所述阻挡件固定在所述支架上。

可选的，所述阴极室由门板、侧挡板、前挡板围合形成，所述侧挡板上具有用于固定所述前挡板的多个固定位。

可选的，所述旋转阴极呈倾斜设置，且与竖直方向呈2°～5°。

本申请的气体先后经过多次迂回，包括在多层管内部迂回扩散及沿阻挡件侧壁方向迂回扩散，不仅避免现有技术中出气孔直接朝向旋转阴极且出气孔附近气体浓度偏高的不利情况，且使得阴极室内空间尤其是气体管路与阴极室侧壁之间空间的气体分布更均匀。

附图说明

图1为现有技术的真空镀膜设置中气路排布的示意图；

图2为本申请的结构示意图；

图3为本申请中阴极室的结构示意图一；

图4为图3中C处的局部放大图；

图5为本申请中气体管路的示意图；

图6中图5中B处的局部放大图；

图7为本申请中阴极室的结构示意图二；

图7a为本申请中气体管路排布的示意图；

图8为图7中A处的局部放大图。

图中附图标记说明如下：

1、镀膜腔；11、进料口；12、出料口；2、阴极室；21、旋转阴极；22、开口；23、阻挡件；24、折弯部；25、门板；26、侧挡板；27、前挡板；3、气体管路；31、出气孔；31a、第一出气孔；31b、第二出气孔；32、内层圆管；33、外层方管；34、内部间隙；35、工作气路；36、反应气路；4、支架；41、固定部；42、连接部；5、送料机构；6、待镀工件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参考图2至图6，本申请提供一种气体均匀分布的真空镀膜设备，包括镀膜腔1(即腔内为真空环境)、阴极室2、气体管路3，阴极室2配置于镀膜腔1内部，阴极室2内部设置有旋转阴极21，旋转阴极21用于提供将沉积于待镀工件上的涂覆材料，气体管路3可用于输送气体如氩气等溅射气体或氧气等反应气体或两者混合气体，在溅射镀膜期间，通过在阴极室内施加电场，使得阴极和阳极(即为待镀工件)之间的气体离子化并产生等离子体，等离子体的能量粒子轰击旋转阴极，最终涂覆材料沉积在待镀工件上形成溅射膜层。

镀膜腔1具有进料口11和出料口12，阴极室2具有朝向镀膜腔的开口22，待镀工件可通过送料机构5从进料口传输至阴极室的开口22位置，完成溅射镀膜后从出料口输出。

旋转阴极21大致呈圆柱状，旋转阴极内部设有磁棒，可根据需要调整磁棒位置和方向，调整涂覆材料的溅射区域。阴极室2内可根据实际需要分布1根或2根及以上的旋转阴极21，如图3所示，阴极室内对称分布有2根旋转阴极，当待镀工件6达到开口位置时，两个旋转阴极可根据工艺要求进行内部磁棒位置的调整，对待镀工件上处于开口位置内的区域进行沉积。

气体管路3设置于阴极室2内且对称分布在旋转阴极21的两侧，且气体管路3与旋转阴极21并行布置，可理解为气体管路与旋转阴极轴线平行。如图4、图5所示，气体管路3为多层管结构，每根管路的管壁上均设置有多处出气孔31，且多个出气孔沿管路的轴向均匀排布。

阴极室2内还设置有阻挡件23，布置在气体管路3和旋转阴极21之间，不仅可避免反应气体等直接流向旋转阴极引发的“靶中毒”现象，也进一步引导气体流向，使气体能够迂回且均匀地扩散至旋转阴极，即如图3所示，多层管结构的内部间隙34作为第一气体迂回区，气体迂回的扩散并充满在气体管路3内部间隙中，再整体从多处出气孔31同时流出，使得气体在气体管路的延伸方向浓度更为均匀。

接着，如图4所示出气孔31流出的气体再次受阻于阻挡件23，无法直接流向旋转阴极，而是先迂回地沿着阻挡件23的侧壁方向流动(第二次迂回)，而后再流向旋转阴极。

由此可见，本申请的气体先后经过多次迂回，包括在多层管内部迂回扩散及沿阻挡件侧壁方向迂回扩散，不仅避免现有技术中出气孔直接朝向旋转阴极且出气孔附近气体浓度偏高的不利情况，且使得阴极室内空间尤其是气体管路与阴极室侧壁之间空间的气体分布更均匀。

在一些实施例中，最外层管路上的出气孔31背对旋转阴极21设置，则气体从出气孔31流出后，不直接流向旋转阴极，而是先流向阴极室的侧壁，进行第三次迂回，使得气体在气体管路的外周能够均匀分布，避免像现有技术一般出现局部(即出气孔区域)浓度偏高的不利状况。

在一些实施例中，如图6所示，气体管路3为双层管结构，双层管结构包括内层圆管32、外层方管33，则两根管之间的内部间隙分布均匀，避免出现局部间隙过窄的情形。内层圆管32上沿轴向间隔分布有朝向旋转阴极21的第一出气孔31a，外层方管33上沿轴向间隔分布有背对旋转阴极21的第二出气孔31b，则两个出气孔之间呈180°，气体的缓冲区布满整个内部间隙，缓冲效果更佳。

作为优选，内层圆管32的外径为14mm、壁厚1.5mm，外层方管33的规格为25mm×25mm×2mm，内层圆管上第一出气孔31a的孔直径为1～2mm，孔间距为30～50mm，外层方管33上第二出气孔31b的孔直径1.5～3mm，孔间距50～75mm。

在一些实施例中，如图7、图7a所示，气体管路包括并行布置且紧靠的工作气路35(用于输送氩气等工作气体)、反应气路36(用于输送氧气等反应气体)，以适应需要涂覆氧化膜等多种镀膜场景，且无需在阴极室外混合，两种气体直接通过并行的两路气体管路输入阴极室内。如图中工作气体、反应气体均在多层管结构进行第一次迂回，从最外层管路上的出气孔31排出后进行第二次迂回并同时充分混合，出气孔31和阴极室的侧壁之间的区域不仅起到上述迂回缓冲作用，也相当于两种气体的混合室，使得两种流向旋转阴极时已经充分混合均匀，提高镀膜效果。

在一些实施例中，反应气路呈多段式分布。如图7a中，反应气路分为上中下3段分别控制，工作气路整段控制。为了保证阴极室内反应气体的浓度均匀，反应气路的上段、下段的流量大于中段的流量，进一步使得镀制的薄膜各个部位的厚度一致性更佳。

特别在旋转阴极的长度达到3米以上的镀膜场景，这种情况下反应气体的分段控制，对产品均匀性起到最重要的作用，当然对于工艺要求更高的产品，工作气路也可采用与反应气路相类似的多段式分布，能达到更高的均匀性。

在一些实施例中，阻挡件23包括布置在气体管路和开口之间的折弯部24，也起到引导气体流向的作用，避免气体直接流向开口，进一步使得气体进能沿着阻挡件向阴极室侧壁的间隙流向旋转阴极。折弯部24一体成型在阻挡件，阻挡件23整体呈L形，阻挡效果更加稳定、可靠。

在一些实施例中，真空镀膜设备还包括用于固定气体管路的支架4，具有夹持固定气体管路的固定部41及与阴极室连接的连接部42，固定部41可夹持2根及2根以上的并行的气体管路，以适应多种反应气体、工作气体参与镀膜的场景。固定部与连接部一体成型，使得夹持更加稳定。

阻挡件23可直接固定在支架4上，且如图8所示L形阻挡件与支架端部的形状匹配，并固定在支架的固定部上，使得连接更加可靠。

在一些实施例中，阴极室由门板25、侧挡板26、前挡板27围合形成，门板上安装有冷却水路，用于门板及密封圈冷却。阴极室内的气体管路贯穿门板与外侧管路连接。侧挡板上具有用于固定前挡板的多个固定位，使得阴极室的容积可进行扩展，尤其是上述的气体缓冲区容积也可进行扩展，可匹配不同工艺中对开口尺寸的多种需求，也进一步达到更好的膜层均匀性。

在一些实施例中，旋转阴极呈倾斜设置，相应的，待镀工件始终与旋转阴极保持平行。当待镀工件为0.5mm～2mm的玻璃基片，由于玻璃基片太薄，若采用现有的立式真空薄膜设备以竖直的方式进料，则在溅射镀膜过程中容易破裂。基于此问题，本申请的旋转阴极采用2°～5°的倾斜设置，减少玻璃基片的正面受力，作为优选，旋转阴极相对与竖直方向倾斜2.5°或3°，能够解决薄件基片破裂的问题。与之相配合的，进料口、出料口也与旋转阴极保持一致的倾斜设置，以便于玻璃基片的输送。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.气体均匀分布的真空镀膜设备，其特征在于，包括：

镀膜腔，具有进料口和出料口；

阴极室，内部设置旋转阴极，且具有朝向所述镀膜腔的开口；

气体管路，置于所述阴极室内，且与所述旋转阴极并行布置；所述气体管路为多层管结构，每根管路的管壁上均设置有出气孔；

阻挡件，布置在所述气体管路和旋转阴极之间，使气体迂回地扩散至所述旋转阴极。

2.根据权利要求1所述的真空镀膜设备，其特征在于，最外层管路上的出气孔背对所述旋转阴极设置。

3.根据权利要求2所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述气体管路为双层管结构，所述双层管结构包括内层圆管、外层方管，所述内层圆管上沿轴向间隔分布有朝向所述旋转阴极的第一出气孔，所述外层方管上沿轴向间隔分布有背对所述旋转阴极的第二出气孔。

4.根据权利要求3所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述气体管路包括并行布置且紧靠的工作气路、反应气路。

5.根据权利要求4所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述反应气路呈多段式分布。

6.根据权利要求1所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述阻挡件包括布置在气体管路和所述开口之间的折弯部。

7.根据权利要求1所述的真空镀膜设备，其特征在于，还包括用于固定气体管路的支架，具有夹持固定所述气体管路的固定部及与所述阴极室连接的连接部，所述固定部与连接部一体成型。

8.根据权利要求7所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述阻挡件固定在所述支架上。

9.根据权利要求1所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述阴极室由门板、侧挡板、前挡板围合形成，所述侧挡板上具有用于固定所述前挡板的多个固定位。

10.根据权利要求1所述的真空镀膜设备，其特征在于，所述旋转阴极呈倾斜设置，且与竖直方向呈2°～5°。