CN105483623A - 一种电子束物理气相沉积装置及工件涂层制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子束物理气相沉积装置及工件涂层制备方法，涉及电子束物理气相沉积技术领域。在该装置中：第一高压电源与第一电子枪连接，第二高压电源与第二电子枪连接；第一电子枪和第二电子枪的电子束发射端分别与主真空室的上端连接；在主真空室内设置有与第二电子枪相对应的第一靶材、第二靶材和第三靶材；在主真空室与辅助真空室之间设置有阀门；在阀门开启时，主真空室与辅助真空室联通；在辅助真空室内设置有用于将待处理工件传送到主真空室内的工件旋转工作台；在待处理工件被传送入主真空室内时，待处理工件对应于第一电子枪；控制系统电路分别连接第一电子枪、第二电子枪、主真空室、阀门、辅助真空室和工件旋转工作台。

Description

一种电子束物理气相沉积装置及工件涂层制备方法

技术领域

本发明涉及电子束物理气相沉积技术领域，尤其涉及一种电子束物理气相沉积装置及工件涂层制备方法。

背景技术

电子束物理气相沉积(ElectronBean-PhysicalVaporDeposition，简称EB-PVD)设备可以应用于发动机叶片热障涂层的制备，以及发动机叶片的修复和表面处理，还可以应用于微电子与光学涂层的制备、多层或叠层材料等新材料制备、零件修复、难加工材料的近净成形等制造领域。由于其在高质量热障涂层制备上具有的独特优势，目前已经在各国广泛应用。

为了满足高性能发动机研制和生产的需要，采用相转变温度更高或无相变、热稳定性更好的新型热障涂层材料是发动机叶片热障涂层的必然发展趋势。目前已经开始使用和在研的新型热障涂层均为多元复杂体系材料，由于成分复杂，各组分的饱和蒸气压差别较大，容易导致电子束蒸发的蒸气的成分与设计成分偏差较大、沉积涂层成分偏析严重、涂层性能和寿命下降等问题。

为了提高发动机叶片涂层的性能，现有技术对在多源状态下如何获得厚度、组分比较均匀的涂层进行了论述，其中多源是指多个电子束蒸发源，每一个电子束蒸发源包括一把电子枪和坩埚及其配套装置，要实现多组分高性能薄膜沉积，只能是多个电子束源同时工作，实时检测每个蒸发源的蒸发速率，并将其作为闭环反馈控制量实时调整相应电子束源的输出功率，这就要求实现多源蒸发至少需要三套电子束蒸发源，如果包括加热电子束源，至少需要四套电子束源。四套或更多电子束源如果采用现有的乌克兰多电子枪共用一个电源的模式，闭环反馈调整每个蒸发源的蒸发速率的方法几乎无法实现；如果采用一枪一电源模式，虽然可以实现多源蒸发物理气相沉积的效果，但是整个系统控制将会十分复杂，且多个电源将使设备成本大幅提高。

发明内容

本发明的实施例提供一种电子束物理气相沉积装置及工件涂层制备方法，以解决当前多套电子束源共用一个电源的模式，闭环反馈调整每个蒸发源的蒸发速率难以实现的问题；同时能够简化系统，降低设备成本。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电子束物理气相沉积装置，包括：第一高压电源、第二高压电源、第一电子枪、第二电子枪、主真空室、辅助真空室以及控制系统电路；

所述第一高压电源与所述第一电子枪连接，所述第二高压电源与所述第二电子枪连接；

所述第一电子枪的电子束发射端和第二电子枪的电子束发射端分别与所述主真空室的上端连接；

在所述主真空室内设置有与第二电子枪相对应的第一靶材、第二靶材和第三靶材；

在所述主真空室与所述辅助真空室之间设置有阀门；在所述阀门开启时，所述主真空室与所述辅助真空室联通；

在所述辅助真空室内设置有用于将待处理工件传送到主真空室内的工件旋转工作台；在所述待处理工件被传送入主真空室内时，所述待处理工件对应于所述第一电子枪；

所述控制系统电路分别连接所述第一电子枪、第二电子枪、主真空室、阀门、辅助真空室和所述工件旋转工作台。

具体的，所述第一电子枪包括第一枪体、第一灯丝、第一阳极、第一聚焦线圈、第一偏转线圈、第二偏转线圈；

所述第一灯丝设置于所述第一枪体的上部；所述第一灯丝的两端通过第一电缆与所述第一高压电源连接；所述第一灯丝、第一阳极、第一聚焦线圈、第一偏转线圈、第二偏转线圈从上至下依次沿所述第一枪体的中轴线安装；所述第一阳极接地；所述第一偏转线圈和第二偏转线圈均包括磁芯方向相互垂直的X向线圈和Y向线圈；所述第一枪体的下端通过过渡法兰与所述主真空室相连；

所述第一偏转线圈、第二偏转线圈设置于所述第一枪体内部；或者所述第一偏转线圈、第二偏转线圈外挂于所述第一枪体下端，且位于所述主真空室与第一枪体连接处的电子束流出束口的下端。

具体的，所述第二电子枪包括第二枪体、第二灯丝、第二阳极、第二聚焦线圈、第三偏转线圈、第四偏转线圈；

所述第二灯丝设置于所述第二枪体的上部；所述第二灯丝的两端通过第二电缆与所述第二高压电源连接；所述第二灯丝、第二阳极、第二聚焦线圈、第三偏转线圈、第四偏转线圈从上至下依次沿所述第二枪体的中轴线安装；所述第二阳极接地；所述第三偏转线圈和第四偏转线圈均包括磁芯方向相互垂直的X向线圈和Y向线圈；所述第二枪体的下端通过过渡法兰与所述主真空室相连；

所述第三偏转线圈、第四偏转线圈设置于所述第二枪体内部；或者所述第三偏转线圈、第四偏转线圈外挂于所述第二枪体下端，且位于所述主真空室与第二枪体连接处的电子束流出束口的下端。

具体的，所述控制系统电路包括第一偏转扫描电路、第二偏转扫描电路、第一聚焦电路、第三偏转扫描电路、第四偏转扫描电路、第二聚焦电路、主真空室真空控制电路、辅助真空室真空控制电路、阀门控制电路、工件旋转工作台运动伺服系统电路；

所述第一偏转扫描电路与所述第一偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别连接；

所述第二偏转扫描电路与所述第二偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别连接；

所述第一聚焦电路与所述第一聚焦线圈连接；

所述第三偏转扫描电路与所述第三偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别连接；

所述第四偏转扫描电路与所述第四偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别连接；

所述第二聚焦电路与所述第二聚焦线圈连接；

所述主真空室真空控制电路与所述主真空室连接；

所述辅助真空室真空控制电路与所述辅助真空室连接；

所述阀门控制电路与所述阀门连接；

工件旋转工作台运动伺服系统电路与所述工件旋转工作台连接。

此外，在所述主真空室内还设置有用于遮挡金属蒸气的蒸气遮挡板。

一种工件涂层制备方法，应用于上述的电子束物理气相沉积装置；所述方法包括：

控制第二高压电源供电，以控制第二电子枪输出第二电子束流；

向第三偏转线圈和第四偏转线圈输出扫描波形，以控制所述第二电子束流以一预设轨迹分别扫描主真空室内的第一靶材、第二靶材和第三靶材，产生金属蒸气；

控制金属蒸气挡板将所述金属蒸气挡于主真空室下部；

控制阀门开启，并控制工件旋转工作台将待处理工件从辅助真空室传送到所述主真空室内；

控制第一高压电源供电，以控制第一电子枪输出第一电子束流照射所述待处理工件；

控制所述金属蒸气挡板撤出，使得所述金属蒸气与所述待处理工件接触，以制备待处理工件的涂层。

具体的，在控制第二高压电源供电，以控制第二电子枪输出第二电子束流之前，包括：

控制主真空室达到预先设置的真空度。

具体的，所述控制第二高压电源供电，以控制第二电子枪输出第二电子束流，包括：

控制第二聚焦线圈的聚焦电流以及所述第二电子束流，以使得所述第二电子束流达到预先设置的第一束流强度。

具体的，所述向第三偏转线圈和第四偏转线圈输出扫描波形，以控制所述第二电子束流以一预设轨迹分别扫描主真空室内的第一靶材、第二靶材和第三靶材，产生金属蒸气，包括：

向第三偏转线圈的X向线圈输入预设频率的三阶波形，以使得所述第三偏转线圈的X向线圈在第一时间段内的电流为I_x1，在第二时间段内的电流为0，在第三时间段内的电流为-I_x1，使得第二电子束流以一预设轨迹在第一时间段内扫描所述第一靶材，在第二时间段内扫描所述第二靶材，在第三时间段内扫描所述第三靶材，并持续一预先设置的驻留时间，以加热各靶材，产生金属蒸气；

将所述第二电子束流从第一束流强度降低到预先设置的第二束流强度。

进一步的，所述向第三偏转线圈和第四偏转线圈输出扫描波形，以控制所述第二电子束流以一预设轨迹分别扫描主真空室内的第一靶材、第二靶材和第三靶材，产生金属蒸气，还包括：

若所述第二电子束流的扫描轨迹需要改变，则向第四偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别输入预设频率的电流波形。

具体的，所述控制第一高压电源供电，以控制第一电子枪输出第一电子束流照射所述待处理工件，包括：

控制第一高压电源供电，以控制第一电子枪输出第一电子束流照射所述待处理工件，以对待处理工件进行加热，直至待处理工件的温度达到预先设置的第一温度阈值；所述第一电子束流为预先设置的加热工艺束流强度。

具体的，所述控制所述金属蒸气挡板撤出，使得所述金属蒸气与所述待处理工件接触，以制备待处理工件的涂层，包括：

控制所述第二电子束流达到预先设置的蒸发工艺束流强度；

控制所述金属蒸气挡板撤出，使得所述金属蒸气与所述待处理工件接触；

制备待处理工件的涂层，并监测制备时间；

若所述制备时间达到预先设置的制备时间阈值，控制所述第二电子枪关闭，并输出预先设置的工件扫描波形到第一偏转线圈，直至所述第一电子束流加热所述待处理工件的时间达到预先设置的第一时间阈值；

以一预先设置的速率降低所述第一电子束流的强度，直至所述第一电子枪关闭。

进一步的，该工件涂层制备方法，还包括：

监测主真空室内的完成涂层制备的工件的温度，判断所述完成涂层制备的工件的温度是否降低到一第二温度阈值；

若所述完成涂层制备的工件的温度降低到一第二温度阈值，控制所述工件旋转工作台将所述完成涂层制备的工件传送回所述辅助真空室中；

关闭所述主真空室与辅助真空室之间的阀门；

监测辅助真空室内的完成涂层制备的工件的温度，判断所述完成涂层制备的工件的温度是否降低到一第三温度阈值；

若所述完成涂层制备的工件的温度降低到一第三温度阈值，开启辅助真空室，将所述完成涂层制备的工件从所述辅助真空室内取出。

本发明实施例提供的一种电子束物理气相沉积装置及工件涂层制备方法，该装置通过第一高压电源与所述第一电子枪连接，第二高压电源与第二电子枪连接，并通过控制系统电路控制第一电子枪和第二电子枪分别加热待处理工件和三个靶材，从而通过两个电子枪即可完成现有技术中的四个或多个电子枪的工作，更无须应用多个高压电源。可见本发明能够解决当前多套电子束源共用一个电源的模式，闭环反馈调整每个蒸发源的蒸发速率难以实现的问题；同时可以简化系统，降低设备成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电子束物理气相沉积装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中的电子枪与工件和靶材的对应关系示意图；

图3(a)为本发明实施例中的第一电子枪的结构示意图一；

图3(b)为本发明实施例中的第一电子枪的结构示意图二；

图4(a)为本发明实施例中的第二电子枪的结构示意图一；

图4(b)为本发明实施例中的第二电子枪的结构示意图二；

图5为本发明实施例中的各偏转线圈中的X向线圈与Y向线圈的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种工件涂层制备方法的流程图一；

图7为本发明实施例提供的一种工件涂层制备方法的流程图二；

图8为本发明实施例中的第三偏转线圈的X向线圈的电流波形示意图；

图9为本发明实施例中的第四偏转线圈的X向线圈与Y向线圈的电流波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种电子束物理气相沉积装置，如图1和图2所示，该电子束物理气相沉积装置10，包括：第一高压电源101、第二高压电源102、第一电子枪103、第二电子枪104、主真空室105、辅助真空室106以及控制系统电路107。

第一高压电源101与第一电子枪103连接，第二高压电源102与第二电子枪104连接。

第一电子枪103的电子束发射端和第二电子枪104的电子束发射端分别与主真空室105的上端连接。

在主真空室105内设置有与第二电子枪104相对应的第一靶材108、第二靶材109和第三靶材110。

此处的第一靶材108、第二靶材109和第三靶材110的材质可以为同种材料或者异种材料。

在主真空室105与辅助真空室106之间设置有阀门111；在阀门111开启时，主真空室105与辅助真空室106联通。

在辅助真空室106内设置有用于将待处理工件112传送到主真空室105内的工件旋转工作台113；在待处理工件112被传送入主真空室105内时，待处理工件112对应于第一电子枪103。

控制系统电路107分别连接第一电子枪103、第二电子枪104、主真空室105、阀门111、辅助真空室106和工件旋转工作台113。

具体的，如图3(a)和图3(b)所示，第一电子枪103包括第一枪体114、第一灯丝115、第一阳极116、第一聚焦线圈117、第一偏转线圈118、第二偏转线圈119。

第一灯丝115设置于第一枪体114的上部。第一灯丝115的两端通过第一电缆120与第一高压电源101连接；第一灯丝115、第一阳极116、第一聚焦线圈117、第一偏转线圈118、第二偏转线圈119从上至下依次沿第一枪体114的中轴线安装。第一阳极116接地。第一偏转线圈118和第二偏转线圈119均包括磁芯方向相互垂直的X向线圈和Y向线圈(此处可以如图5所示)；第一枪体114的下端通过过渡法兰与主真空室105相连。

如图3(a)所示，第一偏转线圈118、第二偏转线圈119设置于第一枪体114内部。或者，如图3(b)所示，第一偏转线圈118、第二偏转线圈119外挂于第一枪体114下端，且位于主真空室105与第一枪体114连接处的电子束流出束口1141的下端。

具体的，如图4(a)和4(b)所示，第二电子枪104包括第二枪体121、第二灯丝122、第二阳极123、第二聚焦线圈124、第三偏转线圈125、第四偏转线圈126。

第二灯丝123设置于第二枪体121的上部；第二灯丝122的两端通过第二电缆127与第二高压电源102连接。第二灯丝122、第二阳极123、第二聚焦线圈124、第三偏转线圈125、第四偏转线圈126从上至下依次沿第二枪体121的中轴线安装。第二阳极123接地；第三偏转线圈125和第四偏转线圈126均包括磁芯方向相互垂直的X向线圈和Y向线圈(此处可以如图5所示)。第二枪体121的下端通过过渡法兰与主真空室105相连。

如图4(a)所示，第三偏转线圈125、第四偏转线圈126设置于第二枪体121内部。或者，如图4(b)所示，第三偏转线圈125、第四偏转线圈126外挂于第二枪体121下端，且位于主真空室105与第二枪体121连接处的电子束流出束口1211的下端。

具体的，如图1所示，控制系统电路107包括第一偏转扫描电路128、第二偏转扫描电路129、第一聚焦电路130、第三偏转扫描电路131、第四偏转扫描电路132、第二聚焦电路133、主真空室真空控制电路134、辅助真空室真空控制电路135、阀门控制电路136、工件旋转工作台运动伺服系统电路137。

第一偏转扫描电路128与第一偏转线圈118的X向线圈和Y向线圈分别连接(图中未示出)。

第二偏转扫描电路129与第二偏转线圈119的X向线圈和Y向线圈分别连接(图中未示出)。

如图3(a)和图3(b)所示，第一聚焦电路130与第一聚焦线圈117连接。

第三偏转扫描电路131与第三偏转线圈125的X向线圈和Y向线圈分别连接(图中未示出)。

第四偏转扫描电路132与第四偏转线圈126的X向线圈和Y向线圈分别连接(图中未示出)。

如图4(a)和图4(b)所示，第二聚焦电路133与第二聚焦线圈124连接。

另外，如图1所示，主真空室真空控制电路134与主真空室105连接。辅助真空室真空控制电路135与辅助真空室106连接。阀门控制电路136与阀门111连接。工件旋转工作台运动伺服系统电路137与工件旋转工作台113连接。

此外，如图5所示，X向线圈51绕于第一磁芯52和第二磁芯53上；Y向线圈54绕于第三磁芯55和第四磁芯56上；第一磁芯52和第二磁芯53位于第一枪体和第二枪体的中轴线57两侧，且第一磁芯52和第二磁芯53的中轴线重合；第三磁芯55和第四磁芯56位于第一枪体和第二枪体的中轴线57两侧，且第三磁芯55和第四磁芯56的中轴线重合。第一磁芯52和第二磁芯53的中轴线与第三磁芯55和第四磁芯56的中轴线垂直，且位于同一平面。

此外，如图1所示，在主真空室105内还设置有用于遮挡金属蒸气的蒸气遮挡板138。

本发明实施例提供的一种电子束物理气相沉积装置，通过第一高压电源与第一电子枪连接，第二高压电源与第二电子枪连接，并通过控制系统电路控制第一电子枪和第二电子枪分别加热待处理工件和三个靶材，从而通过两个电子枪即可完成现有技术中的四个电子枪的工作，更无须应用四个高压电源。可见本发明能够解决当前四套电子束源共用一个电源的模式，闭环反馈调整每个蒸发源的蒸发速率难以实现的问题；同时可以简化系统，降低设备成本。

对应于上述的电子束物理气相沉积装置的具体实施例，本发明还提供一种工件涂层制备方法，应用于上述的电子束物理气相沉积装置；如图6所示，该方法包括：

步骤601、控制第二高压电源供电，以控制第二电子枪输出第二电子束流。

步骤602、向第三偏转线圈和第四偏转线圈输出扫描波形，以控制第二电子束流以一预设轨迹分别扫描主真空室内的第一靶材、第二靶材和第三靶材，产生金属蒸气。

步骤603、控制金属蒸气挡板将金属蒸气挡于主真空室下部。

步骤604、控制阀门开启，并控制工件旋转工作台将待处理工件从辅助真空室传送到主真空室内。

步骤605、控制第一高压电源供电，以控制第一电子枪输出第一电子束流照射待处理工件。

步骤606、控制金属蒸气挡板撤出，使得金属蒸气与待处理工件接触，以制备待处理工件的涂层。

本发明实施例提供的一种工件涂层制备方法，通过第一高压电源与第一电子枪连接，第二高压电源与第二电子枪连接，并通过控制系统电路控制第一电子枪和第二电子枪分别加热待处理工件和三个靶材，从而通过两个电子枪即可完成现有技术中的四个电子枪的工作，更无须应用四个高压电源。可见本发明能够解决当前四套电子束源共用一个电源的模式，闭环反馈调整每个蒸发源的蒸发速率难以实现的问题；同时可以简化系统，降低设备成本。

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，如图7所示，本发明实施例提供的一种工件涂层制备方法，包括：

步骤701、控制主真空室达到预先设置的真空度。

步骤702、控制第二聚焦线圈的聚焦电流以及第二电子束流，以使得第二电子束流达到预先设置的第一束流强度。

步骤703、向第三偏转线圈的X向线圈输入预设频率的三阶波形，以使得第三偏转线圈的X向线圈在第一时间段内的电流为I_x1，在第二时间段内的电流为0，在第三时间段内的电流为-I_x1，使得第二电子束流以一预设轨迹在第一时间段内扫描第一靶材，在第二时间段内扫描第二靶材，在第三时间段内扫描第三靶材，并持续一预先设置的驻留时间，以加热各靶材，产生金属蒸气。

例如，如图8所示，在0至t₁时间段，第三偏转线圈的X向线圈的电流为I_x1，在t₁至t₂’时间段内的电流为0，在t₂’至t₃’时间段内的电流为-I_x1。

步骤704、将第二电子束流从第一束流强度降低到预先设置的第二束流强度。

其中，该第二束流强度可以小于等于100mA。

步骤705、若第二电子束流的扫描轨迹需要改变，则向第四偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别输入预设频率的电流波形。

例如，如图9所示，向第四偏转线圈的X向线圈输入的电流波形可以是阶梯状波形，在0至t₁时间段内，从I_x1一直变化到-I_x1,此种变化在这段时间内可以变化多次。向第四偏转线圈的Y向线圈输入的电流波形可以为阶梯状波形，在0至t₁时间段内，从I_Y1一直变化到-I_Y1。

此处，在每个时间段内，即在每个靶材上的驻留时间内，第二电子束可以按照预定轨迹进行大面积扫描，加热每个靶材。如果需要改变第二电子束的扫描轨迹，可以调整第二电子枪中的第四偏转线圈流过的电流波形进行调节。如果第三偏转线圈的扫描频率是1kHz，则第四偏转线圈的X向线圈扫描频率18kHz，其第四偏转线圈的Y向线圈扫描频率为3kHz。为实现多靶材均匀加热、金属元素名义化学成分可控沉积，则需要进一步提高扫描频率，当第三偏转线圈的扫描频率提高到10kHz，则第四偏转线圈的X向线圈扫描频率180kHz的高频，其Y线圈扫描频率亦达到30kHz。第二调整电子枪第三偏转线圈不同电流幅值的驻留时间，以及第四偏转线圈中的电流波形，可以控制第二电子束的扫描轨迹、输入能量，从而控制靶材蒸发速率，实现涂层按照名义化学成分可控沉积。

步骤706、控制金属蒸气挡板将金属蒸气挡于主真空室下部。

步骤707、控制阀门开启，并控制工件旋转工作台将待处理工件从辅助真空室传送到主真空室内。

步骤708、控制第一高压电源供电，以控制第一电子枪输出第一电子束流照射待处理工件，以对待处理工件进行加热，直至待处理工件的温度达到预先设置的第一温度阈值。

其中，第一电子束流为预先设置的加热工艺束流强度。

步骤709、控制第二电子束流达到预先设置的蒸发工艺束流强度。

步骤710、控制金属蒸气挡板撤出，使得金属蒸气与待处理工件接触。

步骤711、制备待处理工件的涂层，并监测制备时间。

步骤712、若制备时间达到预先设置的制备时间阈值，控制第二电子枪关闭，并输出预先设置的工件扫描波形到第一偏转线圈，直至第一电子束流加热待处理工件的时间达到预先设置的第一时间阈值。

此处，第一时间阈值可以为5分钟。值得说明的是，若需要进一步提高加热待处理工件的频率，则可以启用第二偏转线圈，当然第二偏转线圈也可以不工作。

步骤713、以一预先设置的速率降低第一电子束流的强度，直至第一电子枪关闭。

步骤714、监测主真空室内的完成涂层制备的工件的温度，判断完成涂层制备的工件的温度是否降低到一第二温度阈值。

此处，第二温度阈值可以为200℃。

步骤715、若完成涂层制备的工件的温度降低到一第二温度阈值，控制工件旋转工作台将完成涂层制备的工件传送回辅助真空室中。

步骤716、关闭主真空室与辅助真空室之间的阀门。

步骤717、监测辅助真空室内的完成涂层制备的工件的温度，判断完成涂层制备的工件的温度是否降低到一第三温度阈值。

步骤718、若完成涂层制备的工件的温度降低到一第三温度阈值，开启辅助真空室，将完成涂层制备的工件从辅助真空室内取出。

本发明实施例提供的一种工件涂层制备方法，通过第一高压电源与第一电子枪连接，第二高压电源与第二电子枪连接，并通过控制系统电路控制第一电子枪和第二电子枪分别加热待处理工件和三个靶材，从而通过两个电子枪即可完成现有技术中的四个电子枪的工作，更无须应用四个高压电源。可见本发明能够解决当前四套电子束源共用一个电源的模式，闭环反馈调整每个蒸发源的蒸发速率难以实现的问题；同时可以简化系统，降低设备成本。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种电子束物理气相沉积装置，其特征在于，包括：第一高压电源、第二高压电源、第一电子枪、第二电子枪、主真空室、辅助真空室以及控制系统电路；

所述第一高压电源与所述第一电子枪连接，所述第二高压电源与所述第二电子枪连接；

所述第一电子枪的电子束发射端和第二电子枪的电子束发射端分别与所述主真空室的上端连接；

在所述主真空室内设置有与第二电子枪相对应的第一靶材、第二靶材和第三靶材；

在所述主真空室与所述辅助真空室之间设置有阀门；在所述阀门开启时，所述主真空室与所述辅助真空室联通；

在所述辅助真空室内设置有用于将待处理工件传送到主真空室内的工件旋转工作台；在所述待处理工件被传送入主真空室内时，所述待处理工件对应于所述第一电子枪；

所述控制系统电路分别连接所述第一电子枪、第二电子枪、主真空室、阀门、辅助真空室和所述工件旋转工作台。

2.根据权利要求1所述的电子束物理气相沉积装置，其特征在于，所述第一电子枪包括第一枪体、第一灯丝、第一阳极、第一聚焦线圈、第一偏转线圈、第二偏转线圈；

所述第一灯丝设置于所述第一枪体的上部；所述第一灯丝的两端通过第一电缆与所述第一高压电源连接；所述第一灯丝、第一阳极、第一聚焦线圈、第一偏转线圈、第二偏转线圈从上至下依次沿所述第一枪体的中轴线安装；所述第一阳极接地；所述第一偏转线圈和第二偏转线圈均包括磁芯方向相互垂直的X向线圈和Y向线圈；所述第一枪体的下端通过过渡法兰与所述主真空室相连；

所述第一偏转线圈、第二偏转线圈设置于所述第一枪体内部；或者所述第一偏转线圈、第二偏转线圈外挂于所述第一枪体下端，且位于所述主真空室与第一枪体连接处的电子束流出束口的下端。

3.根据权利要求2所述的电子束物理气相沉积装置，其特征在于，所述第二电子枪包括第二枪体、第二灯丝、第二阳极、第二聚焦线圈、第三偏转线圈、第四偏转线圈；

所述第二灯丝设置于所述第二枪体的上部；所述第二灯丝的两端通过第二电缆与所述第二高压电源连接；所述第二灯丝、第二阳极、第二聚焦线圈、第三偏转线圈、第四偏转线圈从上至下依次沿所述第二枪体的中轴线安装；所述第二阳极接地；所述第三偏转线圈和第四偏转线圈均包括磁芯方向相互垂直的X向线圈和Y向线圈；所述第二枪体的下端通过过渡法兰与所述主真空室相连；

所述第三偏转线圈、第四偏转线圈设置于所述第二枪体内部；或者所述第三偏转线圈、第四偏转线圈外挂于所述第二枪体下端，且位于所述主真空室与第二枪体连接处的电子束流出束口的下端。

4.根据权利要求3所述的电子束物理气相沉积装置，其特征在于，所述控制系统电路包括第一偏转扫描电路、第二偏转扫描电路、第一聚焦电路、第三偏转扫描电路、第四偏转扫描电路、第二聚焦电路、主真空室真空控制电路、辅助真空室真空控制电路、阀门控制电路、工件旋转工作台运动伺服系统电路；

所述第一偏转扫描电路与所述第一偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别连接；

所述第二偏转扫描电路与所述第二偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别连接；

所述第一聚焦电路与所述第一聚焦线圈连接；

所述第三偏转扫描电路与所述第三偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别连接；

所述第四偏转扫描电路与所述第四偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别连接；

所述第二聚焦电路与所述第二聚焦线圈连接；

所述主真空室真空控制电路与所述主真空室连接；

所述辅助真空室真空控制电路与所述辅助真空室连接；

所述阀门控制电路与所述阀门连接；

工件旋转工作台运动伺服系统电路与所述工件旋转工作台连接。

5.根据权利要求4所述的电子束物理气相沉积装置，其特征在于，在所述主真空室内还设置有用于遮挡金属蒸气的蒸气遮挡板。

6.一种工件涂层制备方法，其特征在于，应用于权利要求6所述的电子束物理气相沉积装置；所述方法包括：

控制第二高压电源供电，以控制第二电子枪输出第二电子束流；

向第三偏转线圈和第四偏转线圈输出扫描波形，以控制所述第二电子束流以一预设轨迹分别扫描主真空室内的第一靶材、第二靶材和第三靶材，产生金属蒸气；

控制金属蒸气挡板将所述金属蒸气挡于主真空室下部；

控制阀门开启，并控制工件旋转工作台将待处理工件从辅助真空室传送到所述主真空室内；

控制第一高压电源供电，以控制第一电子枪输出第一电子束流照射所述待处理工件；

控制所述金属蒸气挡板撤出，使得所述金属蒸气与所述待处理工件接触，以制备待处理工件的涂层。

7.根据权利要求6所述的工件涂层制备方法，其特征在于，在控制第二高压电源供电，以控制第二电子枪输出第二电子束流之前，包括：

控制主真空室达到预先设置的真空度。

8.根据权利要求7所述的工件涂层制备方法，其特征在于，所述控制第二高压电源供电，以控制第二电子枪输出第二电子束流，包括：

控制第二聚焦线圈的聚焦电流以及所述第二电子束流，以使得所述第二电子束流达到预先设置的第一束流强度。

9.根据权利要求8所述的工件涂层制备方法，其特征在于，所述向第三偏转线圈和第四偏转线圈输出扫描波形，以控制所述第二电子束流以一预设轨迹分别扫描主真空室内的第一靶材、第二靶材和第三靶材，产生金属蒸气，包括：

向第三偏转线圈的X向线圈输入预设频率的三阶波形，以使得所述第三偏转线圈的X向线圈在第一时间段内的电流为I_x1，在第二时间段内的电流为0，在第三时间段内的电流为-I_x1，使得第二电子束流以一预设轨迹在第一时间段内扫描所述第一靶材，在第二时间段内扫描所述第二靶材，在第三时间段内扫描所述第三靶材，并持续一预先设置的驻留时间，以加热各靶材，产生金属蒸气；

将所述第二电子束流从第一束流强度降低到预先设置的第二束流强度。

10.根据权利要求9所述的工件涂层制备方法，其特征在于，所述向第三偏转线圈和第四偏转线圈输出扫描波形，以控制所述第二电子束流以一预设轨迹分别扫描主真空室内的第一靶材、第二靶材和第三靶材，产生金属蒸气，还包括：

若所述第二电子束流的扫描轨迹需要改变，则向第四偏转线圈的X向线圈和Y向线圈分别输入预设频率的电流波形。

11.根据权利要求10所述的工件涂层制备方法，其特征在于，所述控制第一高压电源供电，以控制第一电子枪输出第一电子束流照射所述待处理工件，包括：

控制第一高压电源供电，以控制第一电子枪输出第一电子束流照射所述待处理工件，以对待处理工件进行加热，直至待处理工件的温度达到预先设置的第一温度阈值；所述第一电子束流为预先设置的加热工艺束流强度。

12.根据权利要求11所述的工件涂层制备方法，其特征在于，所述控制所述金属蒸气挡板撤出，使得所述金属蒸气与所述待处理工件接触，以制备待处理工件的涂层，包括：

控制所述第二电子束流达到预先设置的蒸发工艺束流强度；

控制所述金属蒸气挡板撤出，使得所述金属蒸气与所述待处理工件接触；

制备待处理工件的涂层，并监测制备时间；

若所述制备时间达到预先设置的制备时间阈值，控制所述第二电子枪关闭，并输出预先设置的工件扫描波形到第一偏转线圈，直至所述第一电子束流加热所述待处理工件的时间达到预先设置的第一时间阈值；

以一预先设置的速率降低所述第一电子束流的强度，直至所述第一电子枪关闭。

13.根据权利要求12所述的工件涂层制备方法，其特征在于，还包括：

监测主真空室内的完成涂层制备的工件的温度，判断所述完成涂层制备的工件的温度是否降低到一第二温度阈值；

若所述完成涂层制备的工件的温度降低到一第二温度阈值，控制所述工件旋转工作台将所述完成涂层制备的工件传送回所述辅助真空室中；

关闭所述主真空室与辅助真空室之间的阀门；

监测辅助真空室内的完成涂层制备的工件的温度，判断所述完成涂层制备的工件的温度是否降低到一第三温度阈值；

若所述完成涂层制备的工件的温度降低到一第三温度阈值，开启辅助真空室，将所述完成涂层制备的工件从所述辅助真空室内取出。