CN117802468A - 一种连续式磁控溅射镀膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及镀膜领域，具体涉及一种连续式磁控溅射镀膜装置。其包括机身和设置于机身上的镀膜机构，镀膜机构包括镀膜筒、基片台、溅射靶、挡板组件和传动组件，基片台设置于镀膜筒的内顶部，溅射靶设置于镀膜筒内部且沿镀膜筒的圆周方向均布，挡板组件包括顶部挡板和竖挡板，顶部挡板位于溅射靶上方，竖挡板设置至于相邻两组顶部挡板之间。本发明将每个溅射靶对应的顶部挡板分体为两个扇形板，使用时两个扇形板向两侧打开，保证扇形板的同一面只会溅射同一种靶材，以使同一个溅射靶在使用时其上的靶材总是溅射在相同的扇形板的相同表面，不同溅射靶之间溅射的扇形板的表面不重叠，防止镀膜层受到其他靶材污染，提高镀膜质量。

Description

一种连续式磁控溅射镀膜装置

技术领域

本发明涉及镀膜领域，具体涉及一种连续式磁控溅射镀膜装置。

背景技术

在现代工业镀膜中，磁控溅射是一种常用的物理气相沉积方法，因设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点被广泛采用。磁控溅射镀膜设备包括真空室、真空系统，阴极靶材、溅射电源、进气系统及挡板等。进行镀膜时，利用真空系统将真空室中的气体抽出，使真空室内气压达到规定的真空要求，然后利用进气系统向真空室内充入氩气，之后利用溅射电源给真空室内的氩气加上高压，使阴阳极间产生辉光放电，极间氩气分子被离子化而产生带电电荷，其中的正离子受阴极负电位的影响加速运动而撞击阴极靶材，从而将其中的原子等粒子溅出，溅出的原子沉积于位于阳极的基板上而形成薄膜。

随着薄膜器件性能的不断提升，线宽越来越小，对磁控溅射膜层的要求也越来越高。多腔群集式磁控镀膜设备可避免各靶材之间的交叉污染，但是成本昂贵，国内大多数科研院所和企业均难以承受，在一个工艺腔室内集成多个磁控溅射靶的镀膜设备代替多腔群集式磁控镀膜设备的方法被不断采用。该方法多个溅射靶位于同一工艺腔室内，虽然各溅射靶均配备有独立的挡板，可以在一定程度上实现对溅射靶的保护，但是由于各溅射靶位于同一高度，挡板与溅射靶之间不可避免地存在间隙，其他溅射靶在进行溅射工艺时，靶材粒子的不规则运动会通过挡板与溅射靶之间的间隙沉积到靶材表面，对该溅射靶的靶材造成交叉污染，最终影响膜层质量，尤其是多靶共焦溅射时，各溅射靶向同一中心偏转一定角度，各靶材之间更加容易交叉污染。

申请公布号为CN 106435499 A中国专利文献公开了一种磁控溅射镀膜机，该镀膜机在相邻的两个溅射靶之间设置隔板组件，可减少溅射靶受到来自侧面的污染，在溅射靶与基片台之间设置旋转挡板组件，旋转挡板组件上开设缺口供单个溅射靶进行溅射工艺，而将其余的各溅射靶遮挡起来，可减少溅射靶受到来自上方的污染，从而在隔板组件与旋转挡板组件的配合下对溅射靶形成有效保护，减少靶材之间的交叉污染，提高沉膜质量。但是实际使用过程中，旋转挡板的上表面也会溅射一层靶材，且由于多个靶材的使用，旋转挡板的上表面含所有靶材，成分和结构更为复杂，经过长时间的积累，在后续使用时挡板上的靶材层同样会对镀膜质量造成影响。

公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

根据现有技术的不足之处，本发明提出了一种连续式磁控溅射镀膜装置，以解决现有的集成多个磁控溅射靶的镀膜设备沉膜质量难以保证的问题。

本发明的一种连续式磁控溅射镀膜装置采用如下技术方案：包括机身和设置于机身上的镀膜机构，镀膜机构包括镀膜筒、基片台、溅射靶、挡板组件和传动组件；

基片台同轴设置于镀膜筒的内顶部，基材安装于基片台；

溅射靶有三组，三组溅射靶设置于镀膜筒内部且沿镀膜筒的圆周方向均布，靶材安装于溅射靶，溅射靶位于基片台下方且上端倾斜指向镀膜筒的中心；

挡板组件包括顶部挡板和竖挡板，顶部挡板有三组且与溅射靶一一对应，顶部挡板位于溅射靶上方，竖挡板设置至于相邻两组顶部挡板之间，以将各个溅射靶分隔；每一组顶部挡板均包括两个扇形板，相邻两组顶部挡板中相邻的两个扇形板相对转动连接，初始所有的顶部挡板圆周围合且与溅射靶的轴线垂直；

传动组件配置成能够控制任意一组顶部挡板的两个扇形板朝上向两侧打开至与相邻的扇形板贴合。

可选地，所述连续式磁控溅射镀膜装置还包括轴心筒，轴心筒同轴设置于镀膜筒内部，竖挡板设置于轴心筒的外周壁且沿轴心筒的圆周方向均布，竖挡板的顶端设置有铰接轴，相邻两组顶部挡板中相邻的两个扇形板与铰接轴相对转动连接，且该两个扇形板与铰接轴之间均设置有扭簧，初始扭簧使得所有的顶部挡板圆周围合。

可选地，相邻两组顶部挡板中相邻的两个扇形板之间连接有合页。

可选地，传动组件包括转轴和支撑件，支撑件转动设置于竖挡板顶端且能够从底部对相连接的两个扇形板进行顶推；

转轴与支撑件固定连接，转轴穿过轴心筒的侧壁且内端延伸至轴心筒内部，转轴的内端同轴连接有齿轮；轴心筒内部设置有齿条，齿条能够绕轴心筒的轴线转动且能够上下滑动，初始状态下，齿条处于齿轮的下方。

可选地，支撑件包括弧板和撑杆，弧板设置有两个，两个弧板沿轴心筒的径向间隔设置，弧板向下拱起，撑杆设置有两个且分别连接在弧板的两端，弧板转动设置于竖挡板的顶端，两个撑杆分别位于相应扇形板的下方。

可选地，轴心筒的内部设置有能够上下滑动的安装柱，齿条设置于安装柱的顶端且位于安装柱的外缘；轴心筒的内部设置有第一驱动杆，第一驱动杆用于驱动安装柱沿轴心筒上下移动。

可选地，轴心筒内部还设置有驱动电机，驱动电机的输出端与第一驱动杆连接，驱动电机用于驱动安装柱沿轴心筒的轴线转动。

可选地，镀膜筒的内侧壁设置有定位筒，定位筒倾斜设置且从下至上逐渐靠近镀膜筒的轴线，溅射靶设置于定位筒且能够沿定位筒的轴线滑动；镀膜筒的内部设置有支撑座，支撑座与镀膜筒相对固定，轴心筒滑动插装于支撑座，且轴心筒和与支撑座之间设置有压簧，初始状态下，压簧有使轴心筒向下移动的趋势。

可选地，基片台能够上下移动。

可选地，基片台能够绕自身轴线转动。

本发明的有益效果是：本发明的一种连续式磁控溅射镀膜装置中通过挡板组件的设置将各溅射靶相互分隔，同时将每个溅射靶对应的顶部挡板分体设置为两个扇形板，使用时两个扇形板向两侧打开能够对相邻扇形板的上表面进行遮挡，保证扇形板的同一面只会溅射同一种靶材，进而使得同一个溅射靶在使用时其上的靶材总是溅射在相同的扇形板的相同表面，不同溅射靶之间溅射的扇形板的表面不重叠，防止镀膜层受到其他靶材污染，提高镀膜质量。

进一步的，本发明中溅射靶能够沿其轴线滑动，同时挡板组件能够在溅射靶的顶推下移动，以此实现靶基间距的调节，确保不同材质的基材均能够实现均匀沉膜。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种连续式磁控溅射镀膜装置的整体结构示意图；

图2为本发明中镀膜机构的整体结构示意图；

图3为发明中镀膜机构的剖视图；

图4为发明中镀膜机构隐去镀膜筒和基片台的内部组件示意图；

图5为镀膜机构中顶部挡板的结构示意图；

图6为镀膜机构中传动组件的结构示意图；

图7为图4中隐去顶部挡板的结构示意图；

图8为图7中A处放大图。

图中：

100、机身；

200、报警灯；

300、镀膜机构；310、靶材；

320、镀膜筒；321、定位筒；325、观察窗；327、负压控制管；

330、竖挡板；334、铰接轴；

340、基片台；

350、顶部挡板；351、扇形板；353、合页；

360、传动组件；361、驱动电机；362、第一驱动杆；363、齿条；364、齿轮；365、支撑件；3651、弧板；3652、撑杆；366、转轴；367、安装柱；

370、支撑座；371、压簧；372、轴心筒；375、扭簧；377、通孔；

380、溅射靶；381、第二驱动杆；

390、基材。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图8所示，本发明实施例提供的一种连续式磁控溅射镀膜装置包括机身100和设置于机身100上的镀膜机构300，电控、输气等控制系统设置于机身100内部，机身100上设置有报警灯200，用于对设备故障进行报警，其中镀膜机构300包括镀膜筒320、基片台340、溅射靶380、挡板组件和传动组件360。

基片台340同轴设置于镀膜筒320的内顶部，基材390安装于基片台340。

溅射靶380有三组，三组溅射靶380设置于镀膜筒320内部且沿镀膜筒320的圆周方向均布，靶材310安装于溅射靶380，溅射靶380位于基片台340下方且上端倾斜指向镀膜筒320的中心，进一步的，溅射靶380的轴线过基材390下表面的中心，使得靶材310能够更均匀地溅射于基材390的表面。

挡板组件包括顶部挡板350和竖挡板330，顶部挡板350有三组且与溅射靶380一一对应，顶部挡板350位于溅射靶380上方，竖挡板330设置至于相邻两组顶部挡板350之间，以将各个溅射靶380分隔；每一组顶部挡板350均包括两个扇形板351，相邻两组顶部挡板350中相邻的两个扇形板351相对转动连接，初始状态下，所有的顶部挡板350圆周围合且与溅射靶380的轴线垂直，以遮挡溅射靶380。

传动组件360配置成能够控制任意一组顶部挡板350的两个扇形板351朝上向两侧打开至与相邻的扇形板351贴合，以露出溅射靶380。也就是说，其中一个顶部挡板350打开后，其两个扇形板351分别将与其相邻的两组顶部挡板350的其中一个扇形板351的上表面遮挡。需要解释的是，通过顶部挡板350和竖挡板330的设置将各溅射靶380隔开之后，虽然各个靶材310之间不会相互污染，但是溅射过程中，顶部挡板350的上表面依然会在溅射的过程中附着大量的靶材310分子，而且每个靶材310在使用时均会附着至顶部挡板350，造成顶部挡板350的靶材310分子混杂，长时间使用后，顶部挡板350上表面的靶材310分子累积，在溅射过程中可能重新被溅射至基材390的表面，导致镀膜不纯净；本发明通过将每个溅射靶380对应的顶部挡板350分体设置为两个扇形板351，使用时两个扇形板351向两侧打开能够对相邻扇形板351的上表面进行遮挡，保证扇形板351的同一面只会溅射同一种靶材310，进而使得同一个溅射靶380在使用时其上的靶材310总是溅射在相同的扇形板351的相同表面，不同溅射靶380之间溅射的扇形板351的表面不重叠，防止镀膜层受到其他靶材310污染，提高镀膜质量。

在进一步的实施例中，本发明的连续式磁控溅射镀膜装置还包括轴心筒372，轴心筒372同轴设置于镀膜筒320内部，竖挡板330设置于轴心筒372的外周壁且沿轴心筒372的圆周方向均布，竖挡板330的顶端设置有铰接轴334，相邻两组顶部挡板350中相邻的两个扇形板351与铰接轴334相对转动连接，且该两个扇形板351与铰接轴334之间均设置有扭簧375，初始扭簧375使得所有的顶部挡板350圆周围合。

相邻两组顶部挡板350中相邻的两个扇形板351之间连接有合页353，以使得相邻两组顶部挡板350之间的连接更加可靠。

在进一步的实施例中，传动组件360包括转轴366和支撑件365，支撑件365转动设置于竖挡板330顶端且能够从底部对相连接的两个扇形板351进行顶推；转轴366与支撑件365固定连接，转轴366穿过轴心筒372的侧壁且内端延伸至轴心筒372内部，转轴366的内端同轴连接有齿轮364；轴心筒372的侧壁设置有通孔377，用于穿设转轴366。

轴心筒372内部设置有齿条363，齿条363能够绕轴心筒372的轴线转动且能够上下滑动，初始状态下，齿条363处于齿轮364的下方。需要使用任意一个溅射靶380时，打开任意一组顶部挡板350时，使得齿条363转动至与遮挡该溅射靶380的顶部挡板350对正，然后使得齿条363向上移动，齿条363向上移动的过程中，驱动相邻的两个转轴366上的齿轮364转动，进而带动支撑件365绕铰接轴334转动，支撑件365转动时推动相应的扇形板351使其向上翻转打开，露出需要使用的溅射靶380，启动相关程序即可开始对基材390进行镀膜。一个靶材310镀膜完成后(一个靶材310镀一层膜，多个靶材310依次镀膜，能够在基材表面形成多层的叠膜)，向下移动齿条363，原本处于打开状态的顶部挡板350重新关闭并在扭簧375的作用下保持处于关闭状态，需要更换溅射靶380时，将齿条363转动至与其对应即可。

进一步的，支撑件365包括弧板3651和撑杆3652，弧板3651设置有两个，两个弧板3651沿轴心筒372的径向间隔设置，弧板3651向下拱起，撑杆3652设置有两个且分别连接在弧板3651的两端，弧板3651转动设置于竖挡板330的顶端，两个撑杆3652分别位于相应扇形板351的下方，转轴366固定设置于内侧的弧板3651中心。具体的说，竖挡板330的顶面位于铰接轴334的两侧均设置有安装凹槽，弧板3651转动设置于安装凹槽，两个撑杆3652分别位于相应扇形板351的下方且能够推动扇形板351向上翻转。

进一步的，为便于齿条363的安装，轴心筒372的内部设置有能够上下滑动的安装柱367，齿条363设置于安装柱367的顶端且位于安装柱367的外缘；轴心筒372的内部设置有第一驱动杆362，第一驱动杆362的输出端连接安装柱367，第一驱动杆362用于驱动安装柱367沿轴心筒372上下移动；第一驱动杆362可以为电动推杆，还可以为液压杆、气压杆等能够实现直线运动的驱动元件。

进一步的，轴心筒372内部还设置有驱动电机361，驱动电机361的输出端与第一驱动杆362连接，驱动电机361用于驱动安装柱367沿轴心筒372的轴线转动，进而带动齿条363转动。

在进一步的实施例中，镀膜筒320的内侧壁设置有定位筒321，定位筒321倾斜设置且从下至上逐渐靠近镀膜筒320的轴线，溅射靶380设置于定位筒321且能够沿定位筒321的轴线滑动；镀膜筒320的内部设置有支撑座370，支撑座370与镀膜筒320相对固定，轴心筒372滑动插装于支撑座370，且轴心筒372和与支撑座370之间设置有压簧371，初始状态下，压簧371有使轴心筒372向下移动的趋势。具体的说，定位筒321内部设置有第二驱动杆381，第二驱动杆381的输出端与溅射靶380连接，第二驱动杆381用于驱动溅射靶380沿定位筒321的轴线移动，第二驱动杆381可以为电动推杆，还可以为液压杆、气压杆等能够实现直线运动的驱动元件。

需要解释的是，不同材质的基材390在镀膜时需要的靶基间距不同，此时可控制溅射靶380沿定位筒321滑动以调节靶基间距。例如，在需要减小靶基间距时，使得溅射靶380向外伸出，溅射靶380推动顶部挡板350使得轴心筒372向上移动，也就是轴心筒372和挡板组件整体向上移动，移动至合适位置后停止，此时溅射靶380的轴线依然过基材390下表面中心；需要增大靶基间距时，使得溅射靶380向定位筒321内部移动至合适位置，周心筒在压簧371的作用下向下复位，进而使得顶部挡板350与溅射靶380上的靶材310贴合。进一步需要解释的是，本发明中的顶部挡板350围合成的形状类似棱锥状，溅射靶380的轴线与顶部挡板350垂直，使得靶材310能够与顶部挡板350紧贴，一方面便于溅射靶380对顶部挡板350进行顶推，另一方面能够保证未使用的靶材310不会吸收能量溅射，进一步保证各个靶材310之间不会相互污染。

在其他实施例中，溅射靶380固定设置于镀膜筒320的内周壁，溅射靶380倾斜设置且从下至上逐渐靠近镀膜筒320的轴线。该实施例中，靶基间距不可调节，可适用于无需调节靶基间距的场合。

在进一步的实施例中，基片台340能够上下移动，对于不同厚度的基材390，通过设置基片台340能够上下移动可以使得安装不同基材390时，基材390的下表面始终处于同一基准线，便于对溅射靶380的位置进行调节，进而便于控制靶基间距。

在进一步的实施例中，基片台340能够绕自身轴线转动，在溅射的过程中，通过基片台340的转动使得镀膜更加的均匀。

进一步的，基片台340能够震动，进一步提高镀膜的均匀性。

在进一步的实施例中，基片台340上设置有吸盘，基材390通过吸盘安装于基片台340，在其他实施例中，基材390还可以通过卡接，压接等其他方式安装于基片台340。

在进一步的实施例中，参照图2，镀膜筒320的外周壁设置有连通其内部的观察窗325，通过观察窗325能够观察设备运行过程中的镀膜情况。镀膜筒320的顶盖可拆卸，基片台340设置于顶盖，便于安装基材390，顶盖上设置有负压控制管327，用于对镀膜筒320内部抽真空。能够理解的是，本发明还有充气、磁控等结构，充气、磁控等结构与现有技术类似，在此不再赘述。

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

Claims (10)

1.一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，包括机身和设置于机身上的镀膜机构，镀膜机构包括镀膜筒、基片台、溅射靶、挡板组件和传动组件；

基片台同轴设置于镀膜筒的内顶部，基材安装于基片台；

溅射靶有三组，三组溅射靶设置于镀膜筒内部且沿镀膜筒的圆周方向均布，靶材安装于溅射靶，溅射靶位于基片台下方且上端倾斜指向镀膜筒的中心；

挡板组件包括顶部挡板和竖挡板，顶部挡板有三组且与溅射靶一一对应，顶部挡板位于溅射靶上方，竖挡板设置至于相邻两组顶部挡板之间，以将各个溅射靶分隔；每一组顶部挡板均包括两个扇形板，相邻两组顶部挡板中相邻的两个扇形板相对转动连接，初始所有的顶部挡板圆周围合且与溅射靶的轴线垂直；

传动组件配置成能够控制任意一组顶部挡板的两个扇形板朝上向两侧打开至与相邻的扇形板贴合。

2.根据权利要求1所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，所述连续式磁控溅射镀膜装置还包括轴心筒，轴心筒同轴设置于镀膜筒内部，竖挡板设置于轴心筒的外周壁且沿轴心筒的圆周方向均布，竖挡板的顶端设置有铰接轴，相邻两组顶部挡板中相邻的两个扇形板与铰接轴相对转动连接，且该两个扇形板与铰接轴之间均设置有扭簧，初始扭簧使得所有的顶部挡板圆周围合。

3.根据权利要求2所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，相邻两组顶部挡板中相邻的两个扇形板之间连接有合页。

4.根据权利要求2所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，传动组件包括转轴和支撑件，支撑件转动设置于竖挡板顶端且能够从底部对相连接的两个扇形板进行顶推；

转轴与支撑件固定连接，转轴穿过轴心筒的侧壁且内端延伸至轴心筒内部，转轴的内端同轴连接有齿轮；轴心筒内部设置有齿条，齿条能够绕轴心筒的轴线转动且能够上下滑动，初始状态下，齿条处于齿轮的下方。

5.根据权利要求4所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，支撑件包括弧板和撑杆，弧板设置有两个，两个弧板沿轴心筒的径向间隔设置，弧板向下拱起，撑杆设置有两个且分别连接在弧板的两端，弧板转动设置于竖挡板的顶端，两个撑杆分别位于相应扇形板的下方。

6.根据权利要求4所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，轴心筒的内部设置有能够上下滑动的安装柱，齿条设置于安装柱的顶端且位于安装柱的外缘；轴心筒的内部设置有第一驱动杆，第一驱动杆用于驱动安装柱沿轴心筒上下移动。

7.根据权利要求5所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，轴心筒内部还设置有驱动电机，驱动电机的输出端与第一驱动杆连接，驱动电机用于驱动安装柱沿轴心筒的轴线转动。

8.根据权利要求2所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，镀膜筒的内侧壁设置有定位筒，定位筒倾斜设置且从下至上逐渐靠近镀膜筒的轴线，溅射靶设置于定位筒且能够沿定位筒的轴线滑动；镀膜筒的内部设置有支撑座，支撑座与镀膜筒相对固定，轴心筒滑动插装于支撑座，且轴心筒和与支撑座之间设置有压簧，初始状态下，压簧有使轴心筒向下移动的趋势。

9.根据权利要求1所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，基片台能够上下移动。

10.根据权利要求1所述的一种连续式磁控溅射镀膜装置，其特征在于，基片台能够绕自身轴线转动。