一種組合式磁控濺射靶材的製作方法
2023-12-02 19:02:36
專利名稱：一種組合式磁控濺射靶材的製作方法
技術領域：
本實用新型公開ー種提高利用率的可拆卸的組合式靶材結構，廣泛應用於薄膜太陽能電池低溫沉積導電膜層，屬於太陽能磁控濺射設備技術領域。
背景技術：
矽基薄膜太陽能電池應用物理氣相沉積PVD (PHYSICAL VAPOR DEPOSITION)技木，即磁控濺射鍍膜技術，在基片上沉積矽基薄膜太陽能電池的背電極金屬氧化物AZO導電薄膜層。常規的磁控濺射鍍膜技木，通過在靶材背面放置磁極提供磁場，通過對靶材施加負高壓，以靶材作為陰極，基片作為陽極，在靶材與基片之間形成電場。磁控濺射鍍膜是利用磁場與電場交互作用，使電子在靶面上螺旋狀運行，並不斷撞擊氬氣產生離子，所產生的離子在電場作用下撞向靶面濺射出靶材，沉積在基片上獲得所需的導電薄膜層。在使用矩形平面靶材做磁控濺射鍍膜時，由於磁場產生的磁力線在靶面分布不均，在磁力線集中的地方，等離子體最強，對應的靶面上由於濺射形成「V」型溝道，此處靶材消耗最快、整個靶不能再使用，成了易損件，出現的問題靶材利用率不高。尤其受陰極端頭效應影響，在陰極端頭表面離子體的均勻性受等離子體電子跑道轉彎處影響，在靶面對角線端部區域，等離子體強靶材消耗多，而在靶材直道區域，靶材消耗較少，這就形成了靶材端部區域和直道區域濺射溝道深度不均勻現象。特別對較昂貴的濺射金屬靶材，利用率直接影響到產品成本上升。因此，提高靶材利用率成為需要解決的課題，目前解決辦法主要有三種形式ー是採用旋轉靶技木，旋轉靶能在離子轟擊靶材時均勻消的消耗靶材。問題是旋轉靶材製造複雜，設備成本較高，並不是所有多材料都能製成旋轉靶，使應用受限；ニ是採用移動靶或移動磁場技術，如中國專利申請號201110033285. 3《ー種高利用率的平面磁控濺射靶》公開了通過移動機構帶動靶材移動，使濺射位置跟著變化，拉寬了靶濺射區域，但無法解決靶端頭效應，靶材濺射溝道深度不均勻的問題；三是將靶材表面製成異形，在濺射損耗大的區域位置製成凸臺，如中國專利申請號201020552221. 7《一種長壽命濺射靶材》公開的是一個整體結構的靶材，不能拆卸，，使用時需要不同的模具製造，仍然給靶材和靶的利用率留出待改進的空間。
實用新型內容本實用新型針對現有技術存在的問題，提供ー種適用性強，利用率高，可以拆卸和組合的靶材結構，以實現靶材利用的最大化，結構簡單、成本低、適用性好。本實用新型的原理是對靶材濺射消耗的軌道位置和對不同的濺射深度區域一一分區，採用不同厚度的靶材，然後將其組合形成一個完整的靶材，且更換時只需更換消耗盡的靶材即可，實現靶材的最大利用率。本實用新型根據以上原理提出的技術解決方案是，可拆卸組合式靶材結構，包括兩頭端部靶材和中間直道靶材、金屬板襯墊和背板，其特徵在於靶的兩頭端部還包括濺射軌道溝槽最深的區域，中間直道靶材區域還有濺射軌道溝槽部分，靶的兩頭端部靶材和中間直道靶材相互銜接的面是個斜面，靶的兩頭端部靶材斜面壓在中間直道靶材的斜面，通過螺栓固定在背板上。[0006]所述的靶的兩頭端部，其靶材厚度大於或等於中間直道區域其靶材厚度。中間直道區域，其靶材至少是ー塊可以拆卸的靶材或由多塊拼接而成。靶的兩頭端區域，其靶材厚度大於中間直道區域的靶材厚度。直道靶材的其直道靶材的背部墊裝金屬板襯墊，使其直道靶材的表面與兩頭端部靶材的表面平齊。或由中間區域的直道靶材所對應中的間區域的背板與中間直道靶材的接觸面增高，使中間直道靶材表面與兩頭端部靶材的表面平齊。靶材的背板上還設有冷卻裝置。本實用新型靶材結構可以任意拆卸和組合，其靶材結構適合磁控濺射平面固定靶或平面移動靶。實施本實用新型所產生的有益效果由於對靶材進行了分區組合，因此只需更換消耗掉的靶材。杜絕了僅因靶材部分消耗殆盡就做整體靶材報廢的浪費處理。節約並提高了靶材的利用率，同時對中間區域採用條塊拼接還可進一步提高靶材的利用率，結構簡単，安裝更換方便。
以下結合附圖和實施例進ー步說明本實用新型的內容。圖I、是已有技術矩形平面靶材磁控濺射靶材溝道剖面消耗示意圖。圖2、是本實用新型實施例I靶材的剖面示意圖。圖3、是圖2中A向視圖。圖4、是本實用新型實施例2靶材的剖視示意圖。圖5、是圖4中B向視圖.見
圖1，其中I表明常規靶材表面消耗殆盡的示意圖，L1、L2分別表示靶材兩頭區域端部和直道區域濺射溝槽，Dl表示靶材端部區域濺射溝槽消耗深度較深，D2表示直道區域濺射溝槽消耗深度較淺且均勻。圖2 — 5靶材兩端部靶材I 0 I，中間區域為直道靶材102，背板2，靶材金屬板襯墊3，固定靶材I與技術背板的襯底3的螺栓4。
具體實施方式
實施例I本實施例用於固定平面靶在固定磁場濺射薄膜太陽能電池的背電極AZO膜。首先對原有採用整塊靶材的耗盡靶材I進行測量，圖I所示為一般使用情況下矩形平面靶材磁控濺射靶材溝道剖面消耗示意圖，其中端部區域濺射溝槽消耗深度較深，記為D1，直道區域濺射溝槽消耗深度較淺且均勻，記為D2，兩個端部消耗較深處區域長度分別記為LI，直道區域長度記為L2，直道區域靶材濺射溝道寬度記為W，濺射溝道內邊緣間距記為W1，濺射溝道外邊緣與靶邊緣的間距記為W2，取ー塊尺寸為1600L*400W*10H (mm)的矩形AZO靶材做參考，經過連續多次靶周期的測量，其中Dl=6 9mm，D2= 5. 5 6. 5mm,Ll=120mm ；ff=110 mm, Wl=50mm, W2=80mm,原有祀材結構,端頭效應造成了祀材兩個端部區域內濺射溝槽多消耗了 3. 5mm的深度，且靶材直道區域存在很大面積未參與濺射。經過測量後，採用本實施例，將組合式靶材作成如下結構[0020](I)直道靶材102厚度IOmm不變，上表面長度1300mm，兩個端部靶材101厚度13. 5mm,上表面長度150臟，端部靶材101與直道靶材102製作成15度角拼接，通過螺栓4固定在背板2上。(2)直道靶材102分為5 ±夾，成條形平行相間排列，靶材寬度從左到右依次為45mm、120mm、70mm、120mm、45mm，其中120mm為濺射溝道寬度，為直道靶材102有效利用部分，在使用耗盡後可做更換，而兩側45mm及中間70mm寬度的三塊直道靶材102實際不參與消耗，因
此可重複使用。(3)靶材的背板上設有冷卻裝置，該冷卻裝置主要由循環冷卻水管構成，因此背板又稱為水冷背板。靶材I與水冷背板2接合時，直道靶材102與水冷背板2中間填加高度為3. 5mm對應形狀的金屬板襯墊3，直道靶材102在金屬板襯墊3上固定，拼接好的直道靶材102表面為ー平面，為保證靶材水冷效果，金屬板襯墊3的材料要求表面平整光滑，使金屬板襯墊3與水冷背板2接觸良好，並要求導熱性能良好，能及時並充分利用水冷帶走靶材I的熱量。由本實施例獲得組合式靶材後，當靶材I耗盡後測量，直道靶材102消耗由原來的5. 5 6. 5mm可提高利用到7. 5 8. 5mm，且在更換靶材時，只需更換端部靶材101和直道靶材102的濺射區域，使用本方法可以將矩形平面靶材的利用率提高15% 20%。實施例2見圖4，本實施例用於使用移動磁場技術濺射薄膜太陽能電池的背電極Ag膜。如實施例I，首先對原有採用整靶的耗盡靶材I進行測量，取ー塊尺寸為1600L*400W*10H(mm)的矩形Ag靶材做參考，經過連續多次靶周期的測量，其中Dl=6 9mm，D2= 5. 5 6. 5mm,Ll=120mm,原有革巴材結構,端頭效應造成革巴材兩個端部120mm區域內派射溝槽多消耗了 3. 5mm的深度，由於採用了移動磁場技術，使得直道區域內的靶材消耗増大，消除了直道區域靶材中間的未濺射區域。經過測量後，採用本實施例，將組合式靶材作成如下結構直道靶材102厚度不變(10mm)，上表面長度1300mm，兩頭端部靶材101厚度
13.5mm，上表面長度150臟，端部靶材101與直道靶材102製作成15度角拼接，通過螺栓4固定在背板2上；直道靶材102分為3塊，成條形平行相間排列，靶材寬度從左到右依次為45mm、310mm、45mm，其中310mm為濺射溝道寬度，為直道靶材102有效利用部分，在使用耗盡後可做更換，而兩側45_寬度的直道靶材不參與消耗，因此可重複使用。靶材與水冷背板2接合，將水冷背板2做異形處理，對應端部靶材101的背板2厚度不變，對應直道靶材102背板加厚3. 5mm，對應靶材邊緣接合處的斜角。使直道區域內3塊靶材在加厚背板2上固定。採用本實施例獲得改型平板組合式靶材後，當靶材耗盡後測量，直道靶材102消耗由原來的5. 5 6. 5mm提高到7. 8 8. 8mm,使用本方法可以將矩形平面祀材的利用率提
高5% 10% o
權利要求1.一種組合式磁控濺射靶材，由兩頭端部靶材和中間直道靶材、金屬板襯墊和背板構成，其特徵在於將靶材劃分多個濺射區域，在濺射區域的兩頭端部，其濺射軌道溝槽最深，中間直道靶材濺射軌道溝槽部分的靶材件是拼接靶材組合件，且兩頭端部靶材厚度大於或等於中間直道靶材厚度。
2.根據權利要求I所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所說的兩頭端部靶材和中間直道靶材相互銜接的面是個斜面。
3.根據權利要求2所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所說的兩頭端部靶材斜面壓在中間直道靶材的斜面，通過螺栓固定在背板上。
4.根據權利要求2所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所述靶材的背板上設有冷卻裝置。
5.根據權利要求I所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所說的中間直道靶材至少是一塊可以拆卸的靶材或由多塊靶材拼接而成。
6.根據權利要求5所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所說的直道靶材的背部墊裝金屬板襯墊，使其直道靶材的表面與兩頭端部靶材的表面平齊。
7.根據權利要求6所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所說的中間直道靶材所對應的中間區域的背板與中間直道靶材的接觸面增高。
8.根據權利要求7所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所說的中間直道靶材表面與兩頭端部靶材的表面平齊。
9.根據權利要求I所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所說濺射區域的直道靶材為3飛塊，成條形平行相間排列。
10.根據權利要求9所述的一種組合式磁控濺射靶材，其特徵在於所說濺射區域的直道靶材在耗盡後可拆卸。
專利摘要本實用新型公開一種提高利用率的可拆卸的組合式靶材，廣泛應用於薄膜太陽能電池低溫沉積導電膜層，屬於太陽能磁控濺射設備技術領域。其特徵在於將靶材劃分多個濺射區域，在濺射區域的兩頭端部，其濺射軌道溝槽最深，中間直道靶材濺射軌道溝槽部分的靶材件是拼接靶材組合件。本實用新型有效提高了靶材的利用率，結構簡單，安裝更換方便。
文檔編號C23C14/35GK202390523SQ201120528569
公開日2012年8月22日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者劉志斌, 宋光耀, 李毅, 翟宇寧, 龍鵬 申請人:深圳市創益科技發展有限公司