[发明专利]一种真空镀膜生产线用阴极装置

说明书

技术领域

本发明涉及真空镀膜生产线技术领域，具体来说，是涉及一种真空镀膜生产线用阴极装置。

背景技术

真空镀膜是一种在真空中制备膜层产生薄膜材料的技术，具体是在真空室内材料的原子从加热源离析出来打到被镀物体的表面上，包括镀制晶态的金属、半导体、绝缘体等单质或化合物膜。虽然化学汽相沉积也采用减压、低压或等离子体等真空手段，但一般真空镀膜是指用物理的方法沉积薄膜。真空镀膜有三种形式，即蒸发镀膜、溅射镀膜和离子镀。

溅射镀膜是真空镀膜中最主要的方法，该技术是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上。在磁控溅射镀膜工艺中，对磁控溅射镀膜设备的质量要求很高，而在磁控溅射镀膜设备中，磁控溅射阴极尤为重要。目前普遍采用平面磁控溅射阴极（后简称“平面阴极”）或旋转磁控溅射阴极（后简称“旋转阴极”）。平面阴极因其轰击轨道和靶材均是固定设置的这一结构上设计的缺点，靶材沉积利用率非常低（小于20%）；尤其在使用一段时间后，靶材表面会形成“跑道状”溅射凹坑，不仅会破坏镀膜层的均匀性，严重影响后期镀膜的稳定性和均匀性；而且需要经常更换靶材，给连续生产带来了极大的不便且造成靶材不能充分利用的资源。而后研发的旋转阴极相较上述平面阴极而言，提高了靶材利用率，有效减少了打弧和靶面掉渣，工艺稳定性更佳，可消除平面阴极较易形成的再沉积区等多重优点；由于技术不成熟，会出现漏水、漏气和阴极短路的现象，严重影响镀膜的质量和设备的使用寿命。尤其是：1、旋转阴极的结构更为复杂，附加部件多，且需要驱动系统配合，设备的投资要明显高于平面阴极；2、由于带有移动部件，生产中真空密封会出现泄漏，尽管采用最为简单、最小程度的更换密封，相较平面阴极仍需要更高的维护成本；3、旋转阴极增加了生产线中的不稳定因素，给生产线的稳定性带来了一定的影响。

目前应用最为广泛的平面阴极为矩形平面磁控阴极，是磁控溅射平面类靶材的主流结构。它的优点是靶的材质受到的限制少，对金属板材一般可以采用直冷结构，对其它的贵金属、难以加工的金属和脆性材料(如硅、石墨、ITO烧结靶等)可以采用间冷结构。此阴极的溅射面积大，整体制作和维护成本均较低。但是，矩形平面靶的最大劣势是由于磁控溅射的独特物理过程造成的低靶材利用率。其靶面的典型刻蚀形状如图1和图2所示，上面较宽，下面宽度连续收缩，到最后成一条深而细的沟槽。但提升平面阴极的利用率成为了平面阴极应用和研发中最为重要的研究内容。现有平面阴极产品中有采用在磁路结构中增加了高磁导率的分流片，以此改变阴极的磁场分布，提高了靶材表面平行感应强度分布的均匀性，即提高了靶材刻蚀的宽度，因此一定程度上提高了靶材的利用率。但该阴极装置受本身尺寸精度和强磁场吸引力的影响，尤其在安装时，装配精度很难满足设计精度的要求。中国专利CN201778106U公开了一种真空镀膜设备中的矩形平面磁控阴极结构，该阴极结构在一定程度上解决了上述问题，但其靶材利用率仍不能达到质的飞跃。中国专利CN201770767U公开了一种真空镀膜的阴极装置，该专利主要解决的技术问题是简化了更换靶材的工序，节约了更换靶材所需的时间，并没有解决靶材利用率低的技术问题。中国专利CN201981253U公开了一种矩形平面磁控溅射阴极，针对设有阳极框的溅射阴极的缺点，取消了阳极框，简化了结构；此外改进了屏蔽罩结构，避免屏蔽罩接地这一问题；该平面阴极的改进亦为能提高靶材的利用率。

因此，如何充分利用平面阴极在真空镀膜领域中优势，尤其是其低成本、易维护，提高靶材利用率以及镀膜的稳定性均匀性，仍是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种大为提高平面阴极靶材利用率，且结构简单低成本的真空镀膜生产线用阴极装置。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种真空镀膜生产线用阴极装置，包括阴极组件和平移组件，阴极组件与平移组件固定连接且随平移组件的运动平动，其中阴极为平面磁控溅射阴极；阴极组件与平移组件通过一绝缘件连接。

优选地，阴极组件包括靶材、靶背板、磁铁和轭铁，靶背板四周围有绝缘垫，靶材固定连接靶背板，磁铁固定于轭铁上，且轭铁连接绝缘件；当靶背板溅射时进入电为阴极，此时生产线中的镀膜腔室的箱体为阳极，该绝缘垫同现有技术中用于实现靶背板与箱体绝缘，且整个阴极装置中仅靶背板带电。

更优选地，靶背板与磁铁相对面开有一凹槽，磁铁位于所述凹槽内但不接触所述靶背板。