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中国 发明授权 有效

磁控溅射装置阳极部件 【EN】Magnetic control sputtering device anode component

申请(专利)号:CN201510373209.7国省代码:广东 44
申请(专利权)人:【中文】信利(惠州)智能显示有限公司【EN】Xinli (Huizhou) intelligent display Co., Ltd.
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摘要:
【中文】本发明公开了一种磁控溅射装置阳极部件,包括:阳极模块、电源连接模块、第一至第四绝缘模块、水冷模块,以及第一至第二遮挡模块;所述阳极模块为矩形结构,中心设有开口;所述电源连接模块为框形结构,连接所述阳极模块的边缘;所述第一绝缘模块设置在所述阳极模块的开口处,且连接所述第一遮挡模块;所述第二绝缘模块设置在所述阳极模块和所述第一绝缘模块的下方;所述水冷模块设置在所述第二绝缘模块的下方;所述第二绝缘模块和所述水冷模块中心也设有开口,开口紧邻所述第一遮挡模块,且所述第一遮挡模块嵌入在所述水冷模块的豁口中;所述第三绝缘模块设置在所述水冷模块的下方靠近开口的一侧;所述第四绝缘模块嵌入所述第二遮挡模块中,且连接所述第三绝缘模块。本方案采用模块化的设计来降低维护成本,并且可以提高靶材利用率和成膜均匀性。 【EN】Paragraph:The invention discloses a kind of magnetic control sputtering device anode component, including:Anode module, power supply link block, first to fourth insulation module, water cooling module, and the first to the second block module;The anode module is rectangular configuration, and center is provided with opening;The power supply link block is frame-shaped construction, connects the edge of the anode module;First insulation module is arranged at the opening of the anode module, and module is blocked in connection described first;Second insulation module is arranged on the lower section of the anode module and first insulation module;The water cooling module is arranged on the lower section of second insulation module;Second insulation module and the water cooling module centers also are provided with opening, and opening blocks module close to described first, and described first blocks Module-embedding in the gap of the water cooling module;3rd insulation module is arranged on the lower section of the water cooling module close to the side of opening;The 4th insulation module insertion described second is blocked in module, and connects the 3rd insulation module.This programme reduces maintenance cost using modular design, and can improve target utilization and into film uniformity.Image:201510373209.GIF

主权项:
【中文】一种磁控溅射装置阳极部件,其特征在于,所述部件包括:阳极模块、电源连接模块、第一至第四绝缘模块、水冷模块,以及第一至第二遮挡模块;所述阳极模块为矩形结构,中心设有开口;所述电源连接模块为框形结构,连接所述阳极模块的边缘;所述第一绝缘模块设置在所述阳极模块的开口处,且连接所述第一遮挡模块;所述第二绝缘模块设置在所述阳极模块和所述第一绝缘模块的下方;所述水冷模块设置在所述第二绝缘模块的下方;所述第二绝缘模块和所述水冷模块中心也设有开口,开口紧邻所述第一遮挡模块,且所述第一遮挡模块嵌入在所述水冷模块的豁口中;所述第三绝缘模块设置在所述水冷模块的下方靠近开口的一侧;所述第四绝缘模块嵌入所述第二遮挡模块中,且连接所述第三绝缘模块;所述第二遮挡模块位于所述第三绝缘模块下方;所述阳极模块、所述第一遮挡模块和所述第二遮挡模块所连接的电源电压依次增高。 【EN】1. a kind of magnetic control sputtering device anode component, it is characterised in that the part includes:Anode module, power supply link block, First to fourth insulation module, water cooling module, and the first to the second block module; The anode module is rectangular configuration, and center is provided with opening;The power supply link block is frame-shaped construction, connects the sun The edge of pole module;First insulation module is arranged at the opening of the anode module, and mould is blocked in connection described first Block;Second insulation module is arranged on the lower section of the anode module and first insulation module;The water cooling module is set Put in the lower section of second insulation module;Second insulation module and the water cooling module centers also are provided with opening, opening Module is blocked close to described first, and described first blocks Module-embedding in the gap of the water cooling module;Described 3rd is exhausted Edge module is arranged on the lower section of the water cooling module close to the side of opening;The 4th insulation module insertion described second is blocked In module, and connect the 3rd insulation module;Described second blocks module below the 3rd insulation module; The anode module, described first block module and described second and block the supply voltage that module connected and increase successively.


说明书

磁控溅射装置阳极部件

技术领域

本发明涉及直流磁控溅射设备技术领域,特别是涉及一种磁控溅射装置阳极部

件。

背景技术

溅射法镀膜是利用气体辉光放电过程中产生的正离子与靶材表面原子之间的能

量和动量交换,将靶材原子转移到待镀膜的基板上。磁控溅射法是在溅射法的基础上,利用

磁场延长电子的运动路径,提高电子碰撞气体原子的几率,进而提高溅射率。磁控溅射有射

频磁控溅射和直流磁控溅射之分,直流磁控溅射设备不需要昂贵的电场装置,适合溅射金

属导体或半导体材料的应用场景,已经在工业上大量使用。直流磁控溅射设备的电场装置

相对简单,例如就可以利用平行板之间的电场就可以对电子进行加速,从而使气体产生辉

光放电。平行板为阳极和阴极。

传统技术中的直流磁控溅射装置阳极部件为一体化的结构,在阳极板的中心设有

开口,用以通过溅射的靶材原子,开口的边缘有一个一体连接阳极板的遮挡板,遮挡板连接

阳极电源。这种一体化的结构维护成本高,只能一体化地安装在磁控溅射装置中,或者一体

化地从装置中拆卸下来,其次这种一体化的结构形成的电场分布会造成靶材利用率不高、

成膜均匀性不高的问题。

发明内容

基于此,有必要提供一种磁控溅射装置阳极部件,采用模块化的设计来降低维护

成本,并且可以提高靶材利用率和成膜均匀性。

一种磁控溅射装置阳极部件,包括:阳极模块、电源连接模块、第一至第四绝缘模

块、水冷模块,以及第一至第二遮挡模块;

所述阳极模块为矩形结构,中心设有开口;所述电源连接模块为框形结构,连接所

述阳极模块的边缘;所述第一绝缘模块设置在所述阳极模块的开口处,且连接所述第一遮

挡模块;所述第二绝缘模块设置在所述阳极模块和所述第一绝缘模块的下方;所述水冷模

块设置在所述第二绝缘模块的下方;所述第二绝缘模块和所述水冷模块中心也设有开口,

开口紧邻所述第一遮挡模块,且所述第一遮挡模块嵌入在所述水冷模块的豁口中;所述第

三绝缘模块设置在所述水冷模块的下方靠近开口的一侧;所述第四绝缘模块嵌入所述第二

遮挡模块中,且连接所述第三绝缘模块;所述第二遮挡模块位于所述第三绝缘模块下方。

在一个实施例中,所述阳极模块的上表面采用波纹型设计。

在一个实施例中,所述阳极模块、所述第一遮挡模块和所述第二遮挡模块所连接

的电源电压依次增高。

在一个实施例中,所述阳极模块与所述第一遮挡模块之间的第一及第二绝缘模块

所形成的等效电阻不小于40KΩ;所述第一遮挡模块与所述第二遮挡模块之间的第三及第

四绝缘模块所形成的等效电阻不小于40KΩ。

在一个实施例中,所述第一遮挡模块和所述第二遮挡模块之间还连接有电压表。

在一个实施例中,所述阳极模块和所述第二绝缘模块通过特制螺母、螺丝相连接;

所述特制螺母中空,内部、外部均有螺纹,调节所述螺丝的拧入深度可调节所述阳极模块与

所述第二绝缘模块的间距。

在一个实施例中,所述电源连接模块为四角均设有不同位置的螺丝孔的结构,在

不同的位置的螺丝孔通过螺母及螺丝连接所述阳极模块,可以调节所述阳极模块和所述电

源连接模块之间的间距。

在一个实施例中,所述水冷模块和所述第三绝缘模块之间设有固定件;所述固定

件的上部外表面设有螺纹,固定在所述水冷模块内;所述固定件的下部嵌入在所述第三绝

缘模块内,下部的内表面设有螺纹,通过调节螺丝的拧入深度可调节所述水冷模块与所述

第三绝缘模块之间的间距。

上述磁控溅射装置阳极部件,包括阳极模块、电源连接模块、第一至第四绝缘模

块、水冷模块,以及第一至第二遮挡模块,采用模块化的设计降低维护成本,并且相对于传

统技术中的一体化设计,通过设置两个遮挡模块,并且阳极模块、第一遮挡模块、第二遮挡

模块之间设有绝缘模块,这样改变电场形态,最终达到提高靶材利用率和成膜均匀性的效

果。

附图说明

图1A为一个实施例中的磁控溅射装置阳极部件的侧面剖视图;

图1B为一个实施例中的磁控溅射装置阳极部件的俯视视图;

图2为一个实施例中阳极模块的表面波纹型设计的示意图;

图3A为平行板电场的示意图;

图3B为非平行板电场的示意图;

图3C为平行板、非平行板以及本发明实施例结构对应的等离子体分布对比示意

图;

图4A为一个实施例中特制螺母的结构示意图;

图4B为调节阳极模块与第二绝缘模块之间间距的示意图;

图5A为电源连接模块的示意图;

图5B为调节阳极模块与电源连接模块之间间距的示意图;

图6A为固定件的结构示意图;

图6B为调节水冷模块与第三绝缘模块之间间距的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对

本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并

不用于限定本发明。

参见图1A和图1B,一种磁控溅射装置阳极部件(简称阳极部件),包括:阳极模块

10、电源连接模块20、第一至第四绝缘模块(31~34)、水冷模块40,以及第一至第二遮挡模

块(51、52)。其中,阳极模块10为矩形结构,中心设有开口。电源连接模块20为框形结构,连

接阳极模块10的边缘。第一绝缘模块31设置在阳极模块10的开口处,且连接第一遮挡模块

51。第二绝缘模块32设置在阳极模块10和第一绝缘模块31的下方。水冷模块40设置在第二

绝缘模块32的下方。第二绝缘模块32和水冷模块40中心也设有开口,开口紧邻第一遮挡模

块51,且第一遮挡模块51嵌入在水冷模块40的豁口中。第三绝缘模块33设置在水冷模块40

的下方靠近开口的一侧。第四绝缘模块34嵌入第二遮挡模块52中,且连接第三绝缘模块33。

第二遮挡模块52位于第三绝缘模块33下方。需要指明的是,这里所说的“上方”和“下方”,在

磁控溅射装置处于工作状态时,“上方”更为靠近靶材,而“下方”离靶材相对更远。

具体的,在图1A和图1B实施例中,阳极模块10、电源连接模块20、第一遮挡模块51

和第二遮挡模块52可以选用铝等导电性好且廉价、易加工的导电材料。第一至第四绝缘模

块选用耐高温、强度高的材质。水冷模块40为中空结构,可以外接磁控溅射装置中配备的水

冷设备,当其中通过冷却水时,可以给阳极部件降温。

参见图2,在一个实施例中,可选的,阳极模块的上表面采用波纹型设计,增大表面

积,防止膜层脱落导致的短路。。

在一个实施例中,阳极模块10、第一遮挡模块51和52第二遮挡模块所连接的电源

电压依次增高。具体的,阳极模块10可以通过电源连接模块20连接至0V电压源。而第一遮挡

模块51连接至2V电压源,第二遮挡模块52连接至4V电压源。阳极模块10与第一遮挡模块51

之间的第一及第二绝缘模块所形成的等效电阻不小于40KΩ,第一遮挡模51与第二遮挡模

块52之间的第三及第四绝缘模块所形成的等效电阻不小于40KΩ,在第一遮挡模块51和第

二遮挡模块52之间还连接有电压表,用于检测第一和第二遮挡模块之间是否有短路,若有

短路发生,第一遮挡模块和第二遮挡模块相当于一个遮挡模块,成膜效果不及两个遮挡模

块。传统技术中一般是一体的结构,相当于只含有一个阳极模块和一个遮挡模块,且阳极模

块和遮挡模块是等电势的,而本实施例中是一阳极模块和两遮挡模块,并且电势均不相同,

本实施例成膜效果和传统技术的差别可以用图3A至图3C来说明,具体如下:

图3A为平行板电场分布,电场线由阳极指向阴极,且电场线形状在垂直于两平行

板中呈现高斯分布。

对于内部为充有稀有气体如氩气的平行板电极,其电场等于自由电荷产生的电场
与极化电荷产生的附加电场之和(矢量和):为自由电荷激发的,即真空下
平行板电场,为束缚电荷产生的,即电介质极化电场。

又根据电势差与电场间的关系:

U0=E0d,U=Ed,


得到,由于εr>1,说明电介质极化电场对于场强有削弱作用,则有:

E=E0-E′,

设极板上自由电荷面密度为±σ0,电介质表面上的极化电荷面密度为±σ′。

则有:


则场强为:


其中均匀充满电介质后的平行板电场内介电常数ε=εrε0,εr为电介质介电常数,

ε0为真空介电常数。

对于图3B,非平行板电场的极板长为L(L=R2-R1),厚度为/,两极板的延长线交于0

点,夹角为θ。

把极板分成许多理想小窄条dr,根据平行板电场强度与电势差间的关系,非平行

电极板的电场强度E近似为:


利用平行板电容器电容公式,则有:


由于整个极板被分成多个理想小窄条dr,则对dC积分即可得到非平行板电容器的

电容:


W为电容器储能,则有:


由W=(U1-U2)′×I×T,I为输出电流强度,T为电极通电时间。

则非平行电极电场强度为:


传统技术中的电场为一平行板电场与一遮挡板电场的叠加,而本发明实施例的电

场为一平行板电场与两个遮挡板电场的叠加。

如图3C,点实线区域81为只含有阳极模块的阳极部件对应的等离子体分布。虚线

区域82为含有阳极模块和第一遮挡模块的阳极部件(传统技术)所对应的等离子分布。实线

区域83为安装阳极模块、第一及第二遮挡模块的阳极部件对应的等离子体分布。图中90为

靶材。阳极靠近或者远离阴极,会减弱阳极模块与阴极模块间的电场强度。又由于带电粒子

在靶面上的受到的力与电场强度有关,电场强度减弱,带电粒子对于靶材的刻蚀也减少,减

少靶材主要刻蚀区域的刻蚀深度,增加靶材使用时间。由于,第一、第二遮挡模块电位依次

增高,等离子体会向成膜区域集中,靶材中间的刻蚀深度增加,有效提高靶材的利用率。并

且,第一及第二遮挡模块可以使成膜区域的等离子体向其靠近,使中间区域的等离子体分

布趋势趋于平缓,等离子体在此范围内打出的靶材原子数大体相等,故沉积在基板上的膜

层厚度也不会有较大起伏,成膜均匀性好。

参见图4A,在一个实施例中,阳极模块和第二绝缘模块通过特制螺母、螺丝相连

接。其中,特制螺母中空,内部、外部均有螺纹,调节螺丝的拧入深度可调节阳极模块与第二

绝缘模块的间距。具体的,特制螺母固定在阳极模块内部,由螺丝穿过其内部。间距调节的

示意图如图4B。进行此微调节,可以增加或减少阳极模块到靶材表面的距离。当向下调节

时,增加阳极模块到靶材表面的距离,降低电场强度,能够减少阳极模块对应的靶材位置的

刻蚀,增加靶材利用率;当向上调节时,减少阳极模块到靶材表面的距离,增强电场强度,能

够加快刻蚀并提高生产率。

参见图5A,在一个实施例中,电源连接模块为四角均设有不同位置的螺丝孔的结

构,在不同的位置的螺丝孔通过螺母及螺丝连接阳极模块,可以调节阳极模块和电源连接

模块之间的间距,示意图如图5B。进行此微调节,可以使此模块应用到不同金属的成膜。由

于金属原子的不用自由程,此调节可以防止靶材原子飞入到磁控溅射装置的腔室中。

图6A,一个实施例中,水冷模块和第三绝缘模块之间设有固定件。固定件分上部和

下部。固定件的上部外表面设有螺纹,通过该螺纹固定在水冷模块内。固定件的下部嵌入在

所述第三绝缘模块内,下部的内表面设有螺纹,通过调节螺丝的拧入深度可调节水冷模块

与第三绝缘模块之间的间距,调节示意图如图6B。进行此微调节,主要调节等离子体分布,

及增强对微粒、灰尘等的附着效果。

上述实施例中的磁控溅射装置阳极部件,包括阳极模块、电源连接模块、第一至第

四绝缘模块、水冷模块,以及第一至第二遮挡模块,采用模块化的设计降低维护成本,并且

相对于传统技术中的一体化设计,通过设置两个遮挡模块,并且阳极模块、第一遮挡模块、

第二遮挡模块之间设有绝缘模块,这样改变电场形态,最终达到提高靶材利用率和成膜均

匀性的效果。
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图1
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