[实用新型]提高溅射阴极靶材利用率和镀层均匀性的装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及真空磁控溅射镀膜技术领域，尤其涉及一种提高溅射阴极靶材利用率和镀层均匀性的装置。

背景技术

磁控溅射镀膜技术凭借其高速、低温两大优点在真空镀膜工业中应用日趋广泛，成为工业镀膜生产中最主要的技术之一。磁控溅射镀膜技术，主要用在建筑材料用的Low-E膜、平板显示用的ITO膜、太阳能电池的背板膜等的镀膜生产中。

磁控溅射镀膜设备的主要工作原理是利用气体的辉光放电过程产生正离子（通常反应气体为氩气时为氩离子），这些正离子在电场的加速作用下以很高的能量轰击阴极靶材的表面，使靶材发生溅射，产生的溅射粒子（原子或分子）脱离阴极后往阳极基片上沉积，形成薄膜，从而完成镀膜的工序。

旋转阴极是磁控溅射镀膜设备中的核心部件。旋转阴极通常主要由驱动端块、支撑端块、柱状的旋转靶管和磁铁组件组成，磁铁组件位于靶管的中心，靶管围绕固定的磁铁组件进行旋转。在工作过程中，磁铁组件在面向镀膜基片一侧的某一特定位置被固定住，通过产生的磁场束缚真空腔室内电子的运动轨迹，使辉光放电产生的等离子体约束在靠近靶材表面的区域内。

当前的工业生产中，遇到了两个亟待解决的问题是：

（一）靶材的利用率目前还很低，一般在50-60%左右，因为在溅射阴极工作的过程中，靶材管的端部会形成很深的周向的刻蚀凹槽，导致工业生产中必须在端部靶材完全刻蚀完之前更换新的靶材。这是由于在靶材管轴向出现了刻蚀不均匀的情况，在靶材管轴向的靠近中段的位置，刻蚀情况基本保持一致，但是，在靶材管轴向的端部位置会由于磁场的相对集中而发生非常严重的刻蚀，这导致在需要更换靶材时，大部分靶材还没有被刻蚀，阴极靶的有效使用寿命被严重缩减。

对靶材材料的整体利用会受到靶管端部的材料过度刻蚀的限制，迫使溅射靶的寿命过早终结，最终导致靶材材料的低效利用。因为靶材材料非常的昂贵，找到一种方法来提高靶的使用寿命和靶材利用率是非常必要的。

在已有的解决方案中，通常将靶材管加工成“狗骨型”，或是中国专利CN202369634U中公开了一种在靶材管两端加装“靶帽”的设计，都只是通过靶材两端加厚或屏蔽的形状变化来增加端部靶材的刻蚀时间，并不能从根本上解决靶材管在轴向刻蚀不均匀的根本状况，可谓“治标不治本”。

（二）镀膜的镀层均匀性目前不理想，在实际生产中会出现由于镀层厚度不均匀导致的波浪形色带。这是因为磁铁组件在面向基板的某一位置被固定，与基板保持相对静止的状态，其产生的磁场区域会在靠近靶面的位置产生两条高强度的等离子体的直线分布带，这两条直线分布带与靶管的轴向平行。

被溅射出的靶材粒子（原子或分子）中的绝大多数会分布在这两条等离子体的直线分布带所对应的位置，并往基板上进行沉积。相对应地，基板上正处于这两条等离子体直线分布带下方的位置，会有更多的靶材粒子进行沉积，这必然导致了沉积薄膜的厚度均匀性受到很大影响，甚至不能满足工业上对镀层均匀性的工艺要求。找到一种方法来解决和提高镀层的厚度均匀性的问题是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种提高溅射阴极靶材利用率和镀层均匀性的装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种提高溅射阴极靶材利用率和镀层均匀性的装置，包括有凸轮系统运动机构、轴向往复运动连接件、进水支撑管、磁铁组件、径向旋转运动连接件和伺服电机驱动机构，所述的轴向往复运动连接件与凸轮系统运动机构固定连接，径向旋转运动连接件与伺服电机驱动机构固定连接，所述的进水支撑管的左右端分别与轴向往复运动连接件和径向旋转运动连接件固定连接，所述的磁铁组件固定在进水支撑管上。

所述的凸轮系统运动机构包括有靶端支撑管一，在靶端支撑管一内部设有左、右支撑端盖，右支撑端盖的下端向左折弯并通过螺钉与左支撑端盖固定连接，在左、右支撑端盖之间通过轴承固定有圆柱凸轮，圆柱凸轮的左端穿出左支撑端盖，在圆柱凸轮的左端上安装有偏心凸轮齿轮，在靶端支撑管一内壁对应偏心凸轮齿轮的位置处设有圆柱销，圆柱销与偏心凸轮齿轮的齿面啮合，在所述的圆柱凸轮外表面开有周向性的环形凹槽，在左、右支撑端盖之间位于圆柱凸轮下方设有凸轮从动件，凸轮从动件的右端穿出右支撑端盖，在凸轮从动件上设有球状定位销，球状定位销与所述的环形凹槽接触，凸轮从动件的右端固定连接所述的轴向往复运动连接件，轴向往复运动连接件的右端伸出靶端支撑管一，在靶端支撑管一与轴向往复运动连接件之间安装有弹性挡圈和骨架型密封圈。