[实用新型]一种用于连续磁控溅射镀膜的阴极装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁控溅射镀膜装置，特别是一种用于连续磁控溅射镀膜的阴极装置，属于磁控溅射技术领域。

背景技术

磁控溅射镀膜技术是对靶材施加负高压，以靶材作为阴极，基片作为阳极，在靶材与基片之间形成电场，并通过在靶材背面的磁极提供磁场，利用磁场与电场交互作用，约束电子在靶表面附近螺旋状运行，不断撞击氩气产生离子，所产生的氩离子在电场作用下撞向靶面溅射出靶材原子，沉积在基片上获得所需的薄膜层。

连续磁控溅射镀膜是采用磁控溅射阴极装置，在同一真空腔体内安装多个不同靶材，基片在移动过程中可连续地走过这些阴极装置，在基片表面形成复合膜层，因此连续磁控溅射镀膜设备具有结构简单、镀膜效率高等优点，但连续镀膜设备必须考虑相邻阴极装置的磁体极性的相互影响对膜层性能的影响，当相邻阴极装置的磁体极性相同时，如图3，磁力线在相邻区域内相互排斥，等离子体分别在各自靶位上形成闭合的等离子体区，在基片经过两组阴极相连接区域时，会在基片表面形成界限清晰的各自靶材的膜层，当相邻阴极装置的磁体极性相反时，如图4，磁力线在相邻区域内相互吸引，磁场范围合二为一，磁场范围得以扩展，于是形成一个敞开式、共同的等离子体区，在基片经过两组阴极连接区域时，会在基片表面形成两种靶材的混合膜层，根据对膜层组合的要求不同，有些要求膜层界限清晰，有些要求膜层存在过渡的混合膜层，因此要根据需要进行磁体的极性设定，使得相邻的阴极装置的磁体的极性相同或相反，目前磁体材料一般采用永磁铁，但其调整极性比较困难，不能通用，造成制造、使用和管理的困难。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本实用新型目的是解决连续磁控溅射镀膜装置中阴极装置的磁体极性的调整问题，使得相邻阴极装置的磁体极性和强度均可以随时根据需要随时进行调整。

为了实现以上任务，本实用新型采用的技术方案：设计一种用于连续磁控溅射镀膜的阴极装置，包括真空室及阴极靶，该阴极靶的靶托上装有靶材、水冷背板，其主要技术特征是阴极靶上装有多套磁体，每套磁体均由外环电磁体和中间电磁体构成，该电磁体与直流电源连接，通过直流电源的正反接入对电磁铁极性进行控制，并通过匹配外环和中间磁体电磁铁的励磁线圈的匝数，使外环和中间磁极端面的磁通量相等。

阴极靶的靶托上设有磁轭，该磁轭上装有外环电磁体和中间电磁体，外环电磁体和中间电磁体均缠绕有励磁线圈。

外环电磁体和中间电磁体的励磁线圈分别接入反向的直流电源。

外环电磁体和中间电磁体的励磁线圈串接在同一直流电源上。

外环电磁体和中间电磁体的励磁线圈的匝数相同，外环电磁体和中间电磁体端面的磁通量相等。

外环电磁体和中间电磁体的励磁线圈的匝数不同，外环电磁体和中间电磁体端面的磁通量相等。

阴极靶为平面靶或旋转靶。

本实用新型产生的积极效果：使用电磁铁代替永磁铁，并通过直流电源控制励磁线圈电流的方向，可以控制相邻阴极的磁极极性，配合膜层组合的需求以提高膜层质量，避免了永磁铁磁性随时间的衰退对膜层的影响；通过直流电源控制励磁线圈电流的大小，可以调节磁体表面磁场的强度和分布，拓宽工艺调节的手段。

附图说明

图1：本实用新型的剖面结构示意图。

图2：本实用新型的磁体结构示意图。

图3：本实用新型阴极装置中相邻磁极极性相同时的磁力线及等离子体分布示意图。

图4：本实用新型阴极装置中相邻磁极极性相反时的磁力线及等离子体分布示意图。

图5：本实用新型实施例一的结构示意图。

图6：图5的磁力线及等离子体分布示意图。

图1至图6中：1、真空腔体，2、维修门，3、磁轭，4、靶材，5、水冷背板，6、中间磁体，7、中间磁体励磁线圈，8、外环磁体，9、外环磁体励磁线圈，10、靶托，11、磁力线，12、等离子体，13、基片。

具体实施方式

本实用新型用于连续磁控溅射镀膜的阴极装置主要包括磁体、励磁线圈、靶材4、水冷背板5和靶托10，磁体包括磁轭3、中间磁体6和外环磁体8，缠绕在中间磁体6上的励磁线圈为中间磁体励磁线圈7，缠绕在外环磁体8上的励磁线圈为外环磁体励磁线圈9，中间磁体励磁线圈7和外环磁体励磁线圈9外接直流电源，中间磁体6和外环磁体8安装在磁轭3上，水冷背板5位于靶材4的背面，一起固定在靶托10上，形成阴极装置，阴极装置安装在真空腔体1的维修门2上，便于安装和检修。

实施例一

本实施例基片13为非晶硅薄膜太阳能电池的背电极连续磁控溅射镀膜设备的阴极装置，配备三个平面阴极装置，靶材4’为AZO、靶材4＇＇为Ag和靶材4＇＇＇为Al的矩形靶材，阴极接DC磁控溅射电源，为方便设计和稳定性的考虑，实现理想稳定的增反效果，需清晰界定AZO膜层的光学、电学以及物理常数，如折射率n、电阻率ρ以及膜层厚度等，所以要求AZO膜层形成时膜层独立，尽量减少过渡层的出现，因此要求装有靶材4’AZO与装有靶材4＇＇Ag的相邻外环磁体8的磁极极性相同，而因金属背电极易于实现反射率要，对膜层性能要求较宽，为增强两种金属膜层结合力，可通过获得过渡层实现，即形成两种金属膜层混合的过渡层，因此要求装有靶材4＇＇Ag与装有靶材4＇＇＇Al的相邻外环磁体8的磁极极性相反，根据要求通过调整励磁线圈电源，使得磁力线11分布线和等离子体12分布如图3所示，当基片13经过AZO和Ag的相邻交叉区域磁力线11呈分离状况，形成各自独立的等离子体12区域，所镀膜层材料互不混合，获得彼此独立的AZO膜层和Ag膜层，当基片13经过Ag和Al的相邻交叉区域磁力线11呈融合状况，形成共同的等离子体12区域，所镀膜层材料发生混合，获得Ag和Al的混合膜层，满足要求。