溅射阴极装置制造方法
【专利摘要】本公开提供了一种溅射阴极装置，用于向镀膜基板的表面进行溅射，其包括分离的多个阴极部件，每个阴极部件均包括阴极管及设置在该阴极管外周的至少一个平面靶材，所述多个阴极部件被布置成每个阴极部件的其中一个平面靶材朝向镀膜基板的表面，从而对该表面进行溅射。本公开使用具有多个阴极部件的分割式阴极结构，每个阴极部件上可以安装有至少一个靶材，能够借助多个平面靶材同时对镀膜基板实施溅射，加快了镀膜速率和提高了靶材利用率。
【专利说明】溅射阴极装置
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种镀膜技术，尤其涉及一种溅射阴极装置。
【背景技术】
[0002]现有G4.5代串式(Cluster)溅射镀膜机的镀膜方式是用一块平面靶材溅射到基板上成膜。如图1所示，平面金属靶材12安装在镀膜机的阴极管11上，等离子体轰击金属革巴材12碰撞出金属原子,逸出的原子按照一定方向沉积在玻璃基板16上形成一定厚度的膜层。此种结构有较多缺陷:靶材四个角的刻蚀最快，利用率低；一块靶材用完后必须更换靶材，设备维护保养(PM)的周期短；一个室内无法连续镀多层膜；因易发小丘，一旦设备停止3分钟以上则需要先跑测试片(Pre)，来把靶材表面的杂质溅射到测试片上带走，从而延长了工艺时间；并且成膜速率较低。
[0003]在所述【背景技术】部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
实用新型内容
[0004]鉴于以上内容，本实用新型公开了一种溅射阴极装置，能够加快镀膜速率并提高靶材的利用率。
[0005]本公开的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本公开的实践而习得。
[0006]本公开的一方面提供了一种溅射阴极装置，用于向镀膜基板的表面进行溅射，其包括分离的多个阴极部件，每个阴极部件均包括阴极管及设置在该阴极管外周的至少一个平面靶材，所述多个阴极部件被布置成每个阴极部件的其中一个平面靶材朝向镀膜基板的表面，从而对该表面进行溅射。
[0007]一实施例中，每个阴极部件还包括支撑座和机架，阴极管安装于支撑座上，机架与支撑座连接，并能够带动支撑座和阴极管旋转，使得每个阴极部件的平面靶材选择性的朝向镀膜基板的表面。
[0008]一实施例中，阴极部件的数量为3个，包括第一阴极部件、第二阴极部件及第三阴极部件，第一阴极部件及第三阴极部件位于第二阴极部件的两侧，第一阴极部件与镀膜基板的表面之间具有第一距离，第二阴极部件与镀膜基板的表面之间具有第二距离，第三阴极部件与镀膜基板的表面之间具有第三距离，其中，第一距离等于第三距离，且小于第二距离。
[0009]一实施例中，第二阴极部件的朝向镀膜基板的表面的平面靶材是选择性地与该表面平行，第一阴极部件的朝向镀膜基板的表面的平面靶材以及第三阴极部件的朝向镀膜基板的表面的平面靶材均以一预定角度来朝向该镀膜基板的表面，且第一、第二及第三阴极部件相对于镀膜基板的表面对称设置。
[0010]一实施例中，第一、第二及第三阴极部件在镀膜基板的表面上分别形成第一、第二及第三溅射区域，且第一溅射区域与第二溅射区域部分重叠，第二溅射区域与第三溅射区域部分重叠，且上述重叠部分面积相等。
[0011]一实施例中，每一阴极管外周均匀设置多个平面靶材。
[0012]一实施例中，每一阴极管垂直于其长度方向的截面为多边形，且在与所述多边形的每条边对应的侧面上均布置有一个平面靶材。
[0013]一实施例中，所述截面为三角形、四边形或五边形。
[0014]一实施例中，每个阴极部件还包括屏蔽罩，屏蔽罩固定连接于机架，其沿着阴极管的长度方向设置并围绕所述阴极管，且该屏蔽罩具有开口，在机架带动支撑座和阴极管旋转的过程中，使每一阴极部件的平面靶材选择性的朝向镀膜基板的表面并从开口露出。
[0015]本公开使用具有多个阴极部件的分割式阴极结构，每个阴极部件上可以安装有至少一个靶材，能够借助多个平面靶材同时对镀膜基板实施溅射，加快了镀膜速率和提高了靶材利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0017]图1是现有技术的溅射镀膜机的镀膜方式示意图；
[0018]图2是示意性图示根据本公开实施例的溅射镀膜机的镀膜方式的俯视图；
[0019]图3是根据本公开实施例的单个阴极部件的结构侧视图；及
[0020]图4是示意性图示根据本公开实施例的重叠溅射区域的俯视图。
【具体实施方式】
[0021]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
[0022]所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
[0023]本公开揭露一种由多根直立式靶材同时溅射的阴极结构，能加快镀膜速率和提高靶材利用率。本公开的阴极结构可应用于真空镀膜的生产设备中。
[0024]图2是示意性图示根据本公开实施例的溅射镀膜机的镀膜方式的俯视图。如图2所示，本实施例提供一种溅射阴极装置，用于向镀膜基板26的表面进行溅射。溅射阴极装置包括分离的多个阴极部件210，每个阴极部件210均包括阴极管211及设置在该阴极管211外周上的至少一个平面靶材212，多个阴极部件210被布置成每个阴极部件210的其中一个平面靶材212朝向镀膜基板26的表面，从而对该表面进行溅射。本公开使用具有多个阴极部件的分割式阴极结构，每个阴极部件上可以安装有至少一个靶材，能够借助多个平面靶材同时对镀膜基板实施溅射，加快了镀膜速率和提高了靶材利用率。
[0025]如图3所示，本实施例中，每个阴极部件210还包括支撑座34和机架35，阴极管211安装于支撑座34上，机架35与支撑座34连接，并能够带动支撑座34旋转，进而使阴极管211旋转。阴极管211的旋转过程中，其上的平面靶材212选择性的朝向镀膜基板26的表面。当阴极管211的三个侧面上安装相同材质的靶材时，一面靶材用完后可以换面使用，减少设备维护保养(PM)的次数；当阴极管211的三个侧面上安装不同材质的靶材时，可根据溅射需要选择相应的平面靶材，因此无需更换整个阴极部件。
[0026]优选的，在阴极管211的内部还可绝缘支承有中心支承管(未图示)，中心支承管的底部设置有磁芯元件。中心支承管的内腔与安装在机架35上的进水管相通，在内腔中流动着冷却水，以避免长期工作后平面靶材212的工作温度过高。
[0027]另外,支承座34可通过绝缘件及轴承绝缘地活动支承在机架35上。支承座34上设置有电刷(未图示)，电源通过电刷和支承座34传导连接到阴极管211上；工作时，高负电压通过电刷经由支承座34传递至阴极管211上。
[0028]如图2所示，本实施例中，阴极部件210的数量为3个，包括第一阴极部件214、第二阴极部件215及第三阴极部件216。应当理解，溅射阴极装置中包括的阴极部件不限于三个，而是可以为两个、四个或更多个，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，在此不再赘述。
[0029]其中，第一阴极部件214及第三阴极部件216位于第二阴极部件215的两侧，第一阴极部件214与镀膜基板26的表面之间具有第一距离D1，第二阴极部件215与镀膜基板26的表面之间具有第二距离D2，第三阴极部件216与镀膜基板26的表面之间具有第三距离D3，其中，第一距离Dl等于第三距离D3，且小于第二距离D2。即，第一阴极部件214及第三阴极部件216相比于中间的第二阴极部件215更加靠近镀膜基板26。上述的距离是指各阴极部件的几何中心与镀膜基板26的表面之间的垂直距离。
[0030]如图2所示，第二阴极部件215的朝向镀膜基板26的表面的平面靶材是选择性地与该表面平行，第一阴极部件214的朝向镀膜基板26的表面的平面靶材以及第三阴极部件216的朝向镀膜基板26的表面的平面靶材均以一预定角度来朝向该镀膜基板26的表面，且第一、第二及第三阴极部件214、215、216相对于镀膜基板26的表面对称设置。本实施例中，预定角度可为10度?30度，优选为19度。应当理解，各个阴极部件相对于镀膜基板的距离和角度不限于此。
[0031]如图4所示，第一、第二及第三阴极部件214、215、216在镀膜基板26的表面上分别形成第一、第二及第三溅射区域Al、A2、A3，且第一溅射区域Al与第二溅射区域A2部分重叠，第二溅射区域A2与第三溅射区域A3部分重叠，且上述重叠部分d的面积相等。另夕卜，每一阴极管外周均匀设置多个平面靶材。每个平面靶材212可被固定在靶材背板(未示出)上，靶材背板可拆卸地安装在阴极管211的一个侧面上，靶材背板的尺寸可以与侧面的尺寸基本一致。
[0032]其中，每一阴极管211垂直于其长度方向的截面为多边形，且在与所述多边形的每条边对应的侧面上均布置有一个平面靶材。截面可为三角形、四边形或五边形。本实施例中，每一阴极管211的截面均为三角形，即，每一阴极管211上设有三个平面靶材212。
[0033]优选地，每个阴极部件210还包括屏蔽罩213，屏蔽罩213固定连接于机架35，其沿着阴极管211的长度方向设置并围绕所述阴极管211，且该屏蔽罩25具有开口，在机架35带动支撑座34和阴极管211旋转的过程中，使每一阴极部件210的平面靶材212选择性的朝向镀膜基板26的表面并从开口露出。而未露出的平面靶材212对着屏蔽罩213溅射可执行洗靶(Aging)，将靶材表面的氧化物等杂质溅射到屏蔽罩213上。屏蔽罩213的材质一般为SUS，通过喷砂和熔射处理达到一定粗糙度。设备停机不超过两小时可以进行洗靶来防止产品产生小丘，不用像现有技术一样先跑测试片，减少了用于测试片的基片消耗和节省了工艺时间。
[0034]下面结合图2说明根据本公开实施例的溅射镀膜机的镀膜方式。将镀膜基板26送入真空镀膜室内，真空镀膜室内通入一定量的高纯工艺气体一如氧气、氮气或氩气，在电磁场及游离电子的作用下工艺气体形成带正电的等离子体，等离子体被载有高负电压的阴极管211吸引，在磁场的控制下按照一定的轨迹轰击祀材212,碰撞出来的祀材原子按照一定方向沉积在基板26上形成一定厚度的膜层。本实施例中，安装在三个阴极部件210上的三个靶材212同时进行溅射，比单个靶材溅射的成膜速率更高。而且,三个靶材同时溅射时会存在重叠区域，以便在基板26上获得大致均匀的膜层。
[0035]溅射靶材的端部与中部的电场和磁场不相同，因此端部与中部的沉积质量存在差异；一般地，端部形成的膜厚小于中部形成的膜厚。为了得到均匀的膜质，通常情况下靶材的尺寸大于基板的尺寸，如图1所示。本实施例中采用尺寸较小的三个靶材同时溅射，两侧的靶材相对于基板平面倾斜放置，这样相邻靶材的端部的溅射区域在基板26上重叠而形成重叠溅射区域d ;通过调整靶材212之间的夹角和不同靶材212的溅射功率，重叠溅射区域d的膜质可以与其它区域的膜质基本一样，获得大致均匀的膜层。例如，使两侧靶材的溅射功率大于中间靶材的溅射功率。
[0036]本实施例中，三个靶材中的每个都有与单一靶材一样的溅射刻蚀曲线；相较于一整面的靶材来说，多个靶材的使用率更高。由于与基板中间位置对应的靶材的使用较少，因此该靶材的使用率明显会更高。
[0037]—个侧面的溅射操作完成后，由另外设置的驱动装置驱动支承座34旋转(如图2中箭头所示)，从而带动阴极管211和靶材212旋转，使用阴极管211的另一个侧面(例如侧面B)上的靶材212来进行溅射。
[0038]当阴极管211的三个侧面上安装不同材质的靶材时，镀完第一层后旋转阴极管来使用另一面镀第二层，可以实现连续镀多层膜，如Mo/Al/Mo、Ti/Al/Ti等。
[0039]综上所述，本公开使用具有多个阴极部件的分割式阴极结构，每个阴极部件上可以安装有至少一个靶材，能够借助多个平面靶材同时对镀膜基板实施溅射，加快了镀膜速率和提高了靶材利用率，且多个平面靶材分离的设置，可独立控制，因此易于调整镀膜品质。另外，对着屏蔽罩溅射可执行洗靶，将靶材表面的氧化物等溅射到屏蔽罩上，减少了用于测试片的基片消耗和节省了工艺时间。
[0040]以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施方式。应该理解，本公开不限于所公开的实施方式，相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。
【权利要求】
1.一种溅射阴极装置，用于向镀膜基板的表面进行溅射，其特征在于，其包括分离的多个阴极部件，每个阴极部件均包括阴极管及设置在该阴极管外周的至少一个平面靶材，所述多个阴极部件被布置成每个阴极部件的其中一个平面靶材朝向镀膜基板的表面，从而对该表面进行溅射。
2.如权利要求1所述的溅射阴极装置，其特征在于，每个阴极部件还包括支撑座和机架，阴极管安装于支撑座上，机架与支撑座连接，并能够带动支撑座和阴极管旋转，使得每个阴极部件的平面靶材选择性的朝向镀膜基板的表面。
3.如权利要求2所述的溅射阴极装置，其特征在于，阴极部件的数量为3个，包括第一阴极部件、第二阴极部件及第三阴极部件，第一阴极部件及第三阴极部件位于第二阴极部件的两侧，第一阴极部件与镀膜基板的表面之间具有第一距离，第二阴极部件与镀膜基板的表面之间具有第二距离，第三阴极部件与镀膜基板的表面之间具有第三距离，其中，第一距离等于第三距离，且小于第二距离。
4.如权利要求3所述的溅射阴极装置，其特征在于，第二阴极部件的朝向镀膜基板的表面的平面靶材是选择性地与该表面平行，第一阴极部件的朝向镀膜基板的表面的平面靶材以及第三阴极部件的朝向镀膜基板的表面的平面靶材均以一预定角度来朝向该镀膜基板的表面，且第一、第二及第三阴极部件相对于镀膜基板的表面对称设置。
5.如权利要求4所述的溅射阴极装置，其特征在于，第一、第二及第三阴极部件在镀膜基板的表面上分别形成第一、第二及第三溅射区域，且第一溅射区域与第二溅射区域部分重叠，第二溅射区域与第三溅射区域部分重叠，且上述重叠部分面积相等。
6.如权利要求5所述的溅射阴极装置，其特征在于，每一阴极管外周均匀设置多个平面靶材。
7.如权利要求6所述的溅射阴极装置，其特征在于，每一阴极管垂直于其长度方向的截面为多边形，且在与所述多边形的每条边对应的侧面上均布置有一个平面靶材。
8.如权利要求7所述的溅射阴极装置，其特征在于，所述截面为三角形、四边形或五边形。
9.如权利要求2-8中任一项所述的溅射阴极装置，其特征在于，每个阴极部件还包括屏蔽罩，屏蔽罩固定连接于机架，其沿着阴极管的长度方向设置并围绕所述阴极管，且该屏蔽罩具有开口，在机架带动支撑座和阴极管旋转的过程中，使每一阴极部件的平面靶材选择性的朝向镀膜基板的表面并从开口露出。
【文档编号】C23C14/35GK204080100SQ201420436010
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】卞楷周 申请人:上海和辉光电有限公司