CN2241698Y - 平面磁控溅射源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种平面磁控溅射源。有吊挂组件，阴极屏蔽罩，置于阴极屏蔽罩中的阴极体，电极引入组件，悬挂式阳极组件。结构合理，散热性和密封性能好，稳定性好，在高电压下有良好的安全可靠性。

Description

平面磁控溅射源

本实用新型涉及的是一种平面磁控溅射源。

现常用的大面积薄膜的平面磁控溅射源多采用的结构为：设有磁体跑道的阴极体，用于溅射屏蔽的阴极屏蔽罩；电极引入装置，阴极和屏蔽罩边框的水冷通道，以及附属的阳极悬挂板的组合结构。

其中水冷阴极用陶瓷绝缘块支撑悬挂在屏蔽罩边框上；电极引入用异型瓷管密封和绝缘，绝缘管内设有屏蔽套管，并用薄型绝缘层与电极引入管绝缘，阳极板是用双柱型绝缘件悬挂支撑，固定靶材的螺纹铜套用粘接方法镶嵌在轻质金属加工孔内等等。

这些结构有许多不足之外。

其一、水冷阴极用绝缘瓷件悬挂无定位措施，其位置精度不能保证，特别是在阳极体受热后会出现位移现象，这将影响阴极与两侧阳极的均衡位置，于稳定溅射不利，另外因整个阴极体重量都承受在几个瓷块上，由于受力的不均衡和受热等多种原因会引起瓷块的破裂、爆皮、继而影响阴极体的平衡位置，会带来阴极体晃动或发生与屏蔽罩间的电弧放电，甚至短路等不利现象。

其二，电极引入装置的屏蔽套管，由于结构和位置的原因极易与电极引入管之间产生高压放电、烧坏内层薄型绝缘层，从而引起短路、烧毁电极。绝缘密封瓷管也易在装配拆卸中破裂，而且空间位置极不易定位，电极引入管稍有变形，就无法装配和拆卸，或许发生微小裂痕，不能起到真空密封作用。

其三，固定靶材的螺纹铜套定位不牢，会发生两方面的问题，一是靶材与导热板接合不好，会影响散热，甚至发生电弧放电现象。二是由于铜套移位会产生水冷密封不好，引起漏水和漏气，直接破坏真空环境，致使无法正常工作。

本发明的目的是为了提供一种产生大功率稳定溅射的有完全的结构稳定性、具有良好的散热和真空密封性及其在高电压下有良好的安全可靠性的用于大面积薄膜沉积的平面磁控溅射源。

本实用新型中有吊挂组件，含主板、侧板、水冷通道(9)的阴极屏蔽罩，置于阴极屏散罩中的阴极体，含水冷通道(30)和阴极电源引入组件的电极引入组件，含阳极主板的悬挂式阳极组件，阴极体中有含环式轨道槽的基体，置于环式轨道槽中的可产生溅射源的磁体，置于磁体上的导磁组件，位于磁体轨道槽开口处的复盖阴极基体面的金属密封板，位于金属密封板上的与金属密封板连接的溅谢工作体，基体轨道槽和金属密封板间形成的阴极水冷通道(25)，吊挂组件中有置于真空溅射室开口上的吊挂板，位于吊挂板上部的加强筋，与加强筋连接的顶盖板，吊挂板下部有由数个密封连接件和数块组合件组成的将阴极屏蔽罩和阴极体连接且连接在吊挂板上的吊挂机构，加强筋和顶盖板间形成了水冷、电极引入空间(参见图1)。

上述的阴极体通过数个连接件连接在屏蔽罩主板上，在连接件上位于屏蔽罩主板和阴极基体上有将阴极体定位且固定在屏蔽罩主板上的绝缘定位块(11)(参见图1)。

上述的阴极基体位于连接件处有螺纹铜套，置于螺纹铜套和连接件上的螺纹铜套定位件(参见图1、图5)，保证了溅射工作体与阴极基体的可靠连接，铜套定位件保证了铜套与基体的牢固连接，不产生位移。

上述的阴极基体上部有数个凹槽，数个连接件分别穿过溅射工作体和阴极基体将溅射工作体紧装在阴极体上(参见图1)。

上述的阴极基体与屏蔽罩侧板间设有可保证阴极基体的空间位置确定和保证与屏蔽罩各处位置确定不变的绝缘侧板定位块(12)(参见图1)。

上述的绝缘侧板定位块(12)上有防止飞溅的沉积在侧板定位块上而引起电弧放电的稳蔽槽(参见图1)。

上述的阴极基体可通过分别放在阴极基体和屏蔽罩侧板上的有机绝缘支撑块(14)与屏蔽罩侧板连接，侧板上有可防止位移的顶紧构件(参见图1、图2)。

上述的屏蔽罩中的水冷通道(9)置于侧板上，通过铜管串接从吊挂板上引出，连接处用C型密封圈密封，阴极体中的水冷通道(25)的密封由轨道外圈的条型真空密封条密封和数个位于连接杆处的C型真空密封圈密封，引入电极的水冷通道(30)是用电极引入管内的空间为通道，该通道一直延伸到磁体进、出水口处用O型密封圈密封其上部通过密封水帽与进、出水管连接(参见图1)。

上述的阴极电源引入组件中有位于电源引入空间的金属管，金属管一端穿过吊挂板、屏蔽罩而延伸到阴极基体上通过法兰与阴极基体连接，在金属管上有有机绝缘密封件，金属管外有屏蔽套管，屏蔽罩主板上有定位凹槽，屏蔽套管一端伸入定位凹槽中而套管上端用绝缘密封件(42)卡住(参见1、图8)，从而保证了屏蔽套管与电极引入管间的空间位置均匀、固定，提供了一种良好的屏蔽和保证了电极引入组件的安全可靠性。

上述的悬挂式阳极组件中有将阳极主板连接在真空箱体的隔板上的T型件和绝缘块和支撑件，在绝缘块上有定位槽(参见图1、图7)，绝缘块设计成单槽两点定位，可防止阳极板位移和保证阳极板的水平度。

将溅射源阴极主体吊挂在真空溅射室内，距室底部的输送辊和水冷底挡板有一定空间距离。在规定的真空环境下，向真空溅射室内通入惰性气体或反应气体，并向本装置的阴极体和阳极板间施以电压，达到一定阀值后，气体分子将被电离、产生等离子体，形成辉光放电。正离子在阴极负电场的吸引下将向阴极体飞去，在空间被加速的离子，达到靶面时已具有相当的动能，从而形成离子流冲击靶面，将溅射工作体上的粒子和原子轰击出来，这就是溅射发生。这些被轰击出来的粒子穿过辉光区直接沉积在室底部输送辊上正在被移动的基板上(如玻璃板)，从而在基板上形成一层均匀、牢固的与溅射工作体和气体有关的金属膜或反应膜。溅射工作体背后的磁体所产生的磁场可起到加强离子化程度和降低真空内气体压力，也就是说，用磁控溅射方法既可提高溅射产额，又可改善膜层的附着质量。

本实用新型具有如下优点：

1.阴极体和阳极板的悬挂结构合理，与周边组件的空间位置固定，不会在使用中因位置变化造成不能稳定工作的现象。

2.阴极体，特别是溅射工作体的散热性能和阴极体的密封性能得到充分改善，从而避免了不正常的电弧放电现象，为实现大功率稳定溅射提供了可靠保证。

3.提高了溅射源在高电压下的安全可靠性，可进行大面积薄膜沉积。

4.装配和拆卸方便、克服了因热变形而带来的拆、装困难和真空密封性变差的现象。

5.定位结构的采用减少和杜绝了阴极与屏蔽罩间的电弧放电现象，从而保证了本实用新型在使用中的稳定、可靠。

下面结合附图详细说明本实用新型的实施例：

图1为本实用新型结构示意图。

图2为屏蔽罩与阴极基体另一连接示意图。

图3为阴极基体上轨道槽的位置图。

图4为溅射工作体底面示意图。

图5为铜套定位构件位置图。

图6为法兰与阴极基体位置图。

图7为绝缘块结构示意图。

图8为屏蔽套管与屏蔽罩主板相互位置关系示意图。

三、发明的内容：

本实用新型中有吊挂组件44，阴极屏蔽罩45，阴极体46，电极引入组件47，悬挂式阳极组件48 。

吊挂组件44由一吊挂板1为依托，置于真空溅射室开口上，吊挂板周边一定范围内平整、光滑，以保证真空密封性，吊挂板上部有加强筋，2并由加强筋和顶盖板3组成的水冷、电极引入空间4。吊挂板下部通过多个密封连接杆5装有由多块组合件组成的吊挂机构6，其作用是将下面的阴极屏蔽罩和水冷阴极连接，吊挂在吊挂板上。吊挂机构6下连接着阴极屏蔽罩45，屏蔽罩由非导磁性金属制成，屏蔽罩由具有一定厚度的主板7和多块周边侧板8组成，侧板内设置有水冷通道9，屏蔽罩的组合形状为开口盒形。

直连式水冷阴极体47通过多个连接杆10，用一种具有一定强度的绝缘定位块11定位，固定在屏蔽罩主板上，水冷阴极与屏蔽罩侧板间也多处设有绝缘定位块12，以保证阴极体的空间位置确定和保证与屏蔽罩各处间隔确定不变。为了防止飞溅物沉积在侧板定位块上而引起电弧放电，该定位块上设计有隐蔽槽13。悬挂式水冷阴极体51采用具有一定硬度的有机绝缘块支撑14，在屏蔽罩侧板上为了防止位移侧板上特别设计有顶紧构件15。

水冷阴极由非导磁金属材料为基体50，基体上开有单环或双环式轨道槽16，轨道槽中装置有若干一定形状的磁体17，以产生溅射磁场。磁体用连接杆固定在基体上，磁体连接所形成的磁体轨道槽中设置有条形或异型均磁、导磁组件18，以提供一种均匀性环形磁路跑道和宽幅性环形磁路跑道。

磁体轨道槽开口面设有一块复盖整个阴极基体面的金属密封板19，该板起到密封阴极水冷通道和传热作用。在金属密封板的非密封面上排列有由多块一定厚度的溅射靶材组装成的溅射工作体20，采用多块组装主要是避免热膨胀带来的不利因素。溅射工作体用连接杆21或通过压条再用连接杆，穿过金属板直接固定在阴极基体上。具体采用何种方式连接要视靶材的材质和大小形状而定。

为了保证溅射工作体与阴极基体的可靠连接，并与金属板接触良好，便于散热，基板上相嵌有若干螺纹铜套22。同时为了保证相嵌铜套与基板的牢固连接，不发生位移，在铜套和连接件上装有铜套定位件23。在水冷阴极上部设置数个凹槽24，数个连接件分别穿过溅射工作体和阴极基体将溅射工作体与阴极基体连接。

阴极体的水冷通道是由磁体轨道槽和金属密封板所形成的水冷通道25和进、出水口组成，该系统的密封由轨道外圈的条形真空密封条密封26和由若干O型真空密封圈27的连接杆孔的密封。

屏蔽罩侧板的水冷是直接在侧板内开水冷通道孔28，用铜管29在侧板外串接、最后由吊挂板上引出，连接处的密封用O型真空密封圈密封。

引入电极的水冷通道是利用电极引入管的内空间为通道30，该引入管一直延伸到磁体进、出水口处用O型密封圈密封，引入管上部通过专用密封水帽31与进水、出水管连接。

电源引入组件47中的阴极电源引入组件49是由吊挂板上的电极引入空间开始，由一根或两根金属管32和多组有机绝缘密封件33组成，该组件穿越吊挂板，内层空间、屏蔽罩等部位，一直伸展到阴极基体上，用一圆形法兰34与阴极基体可靠连接。

金属管外套有屏蔽套管35，该套管下端与阴极屏蔽罩相连并伸入屏蔽罩主板上的凹槽41中定位，该套管上端由绝缘密封件42卡住，从而保证了屏蔽套管与电极引入管之间的空间位置均匀固定，该发明的此种结构提供了一种良好的屏蔽和电极引入组件的安全可靠性。

悬挂式阳极组件48中的阳极主板43分别设置在阴极体的两侧，距阴极屏蔽罩侧板有一定距离，阳极主板43用倒T型金属件36。通过绝缘块37和支撑38挂在真空箱体的隔板39上。为了防止阳极主板位移和为了保护阳极主板的水平度，绝缘块上设有定位凹槽40，实现单槽两点定位。

采用本新型所设计的新型结构的绝缘密封件同时也解决了原有装配拆卸电极引入组件的困难和解决了由于装配不当和受热变形而带来的真空密封性不良的弊病。

Claims (10)

1、平面磁控溅射源，其特征在于所述的溅射源中有吊挂组件，含主板、侧板、水冷通道(9)的阴极屏蔽罩，置于阴极屏蔽罩中的阴极体，含水冷通道(30)和阴极电源引入组件的电极引入组件，含阳极主板的悬挂式阳极组件，阴极体中有含环式轨道槽的基体，置于环式轨道槽中的可产生溅射磁场的磁体，置于磁体上的导磁组件，位于磁体轨道槽开口面处的复盖阴极基体面的金属密封板，位于金属密封板非密封面上的与金属密封板连接的溅射工作体，基体轨道槽和金属密封板间形成的阴极水冷通道(25)，吊挂组件中有置于真空溅射室开口处上的吊挂板，位于吊挂板上部的加强筋，与加强筋连接的顶盖板，吊挂板下部有由数个密封联接件和数块组合件组成的将阴极屏蔽罩和阴极体连接且连接在吊挂板上的吊挂机构，加强筋和顶盖板间形成了水冷、电极引入空间。

2、如权利要求1所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的阴极体通过数个连接件连接在屏蔽罩主板上，在连接件上位于屏蔽罩主板和阴极基体上有将阴极体定位且固定在屏蔽罩主板上的绝缘定位块(11)。

3、如权利要求2所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的阴极基体上位于连接件处有螺纹铜套，置于螺纹铜套和连接件上的螺纹铜套定位件。

4、如权利要求2所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的阴极基体上部有数个凹槽，数个连接件分别穿过溅射工作体和阴极基体将溅射工作体紧装在阴极基体上。

5、如权利要求1所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的阴极基体与屏蔽罩侧板间设有可保证阴极基体的空间位置确定和保证与屏蔽罩各处位置确定不变的绝缘侧板定位块(12)。

6、如权利要求5所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的绝缘侧板定位块(12)上有防止飞溅的沉积在绝缘侧板定位块上而引起电弧放电的隐蔽槽。

7、如权利要求1所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的阴极基体可通过分别装在阴极基体和屏蔽罩侧板上的有机绝缘支撑块与屏蔽罩侧板连接，侧板上有可防止位移的顶紧构件。

8、如权利要求1所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的屏蔽罩中的水冷通道(9)置于侧板上，通过铜管串接从吊挂板上引出，连接处用O型真空密封圈密封、阴极体中的水冷通道(25)的密封由轨道外圈的条型真空密封条密封和数个位于连接件处的O型真空密封圈密封，引入电极的水冷通道(30)是用电极引入管内的空间为通道，该通道一直延伸到磁体进、水出口处用O型密封圈密封其上部通过密封水帽与进、出水管连接。

9、如权利要求1所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的阴极电源引入组件中有位于电极引入空间的金属管，金属管一端穿过吊挂板、屏蔽罩而延伸到阴极基体上，通过法兰与阴极基体连接，在金属管上有有机绝缘密封件，金属管外有屏蔽套管，屏蔽罩主板上有定位凹槽，屏蔽套管一端伸入定位凹槽中而套管上端用绝缘密封件(42)卡住。

10、如权利要求1所述的平面磁控溅射源，其特征在于所述的悬挂式阳极组件中有将阳极主板连接在真空箱体的隔板上的T型件及绝块和支撑件，在绝缘块上有定位槽。

Images