CN114032512B - 多弧源装置和真空镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多弧源装置和真空镀膜设备。该多弧源装置包括基座，具有容纳腔以及与容纳腔相连通的开口，开口用于设置靶材，容纳腔的内部沿中心至外沿包括内环区与外环区，内环区与外环区之间具有间隙；至少两个第一磁力发生组件间隔设置于内环区；至少两个第二磁力发生组件间隔设置于外环区，第二磁力发生组件产生的磁极与第一磁力发生组件产生的磁极相反。第一磁力发生组件与第二磁力发生组件之间产生闭合的磁场，相邻的第一磁力发生组件之间以及相邻的第二发生装置之间均产生开放的磁场，使得位于复合磁场的靶材在通电点燃后，镀膜微粒可以在较大范围的磁场作用下进行运动，提高镀膜微粒的运动范围，从而提高靶材的利用率。

Description

多弧源装置和真空镀膜设备

技术领域

本发明涉及真空镀膜机的技术领域，特别是涉及多弧源装置和真空镀膜设备。

背景技术

物理气相沉积技术(PVD)是指在真空条件下采用物理方法将材料源(固体或液体)表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。

传统技术中，通常采用真空镀膜设备对工件进行镀膜。

然而，目前的真空镀膜设备的靶材利用率较低。

发明内容

基于此，有必要针对真空镀膜设备的靶材利用率较低的问题，提供一种多弧源装置和真空镀膜设备。

一种多弧源装置，包括：

基座，具有容纳腔以及与所述容纳腔相连通的开口，所述开口用于设置靶材，所述容纳腔的内部沿中心至外沿包括内环区与外环区，所述内环区与所述外环区之间具有间隙；

至少两个第一磁力发生组件，间隔设置于所述内环区；

至少两个第二磁力发生组件，间隔设置于所述外环区，所述第二磁力发生组件产生的磁极与所述第一磁力发生组件产生的磁极相反；

隔膜板，位于所述开口处，所述隔膜板用于与所述靶材接触。

在其中一个实施例中，所述第一磁力发生组件的数量与所述第二磁力发生组件的数量相同，且一一对应。

在其中一个实施例中，所述第一磁力发生组件沿圆形阵列排布。

在其中一个实施例中，所述第一磁力发生组件沿线型阵列排布。

在其中一个实施例中，所述容纳腔内还设置有磁力调节装置，所述磁力调节装置用于产生附加磁场，所述附加磁场用于叠加于所述第一磁力发生组件与所述第二磁力发生组件所形成的磁场。

在其中一个实施例中，所述磁力调节装置可于所述容纳腔内活动，以靠近或远离所述开口。

在其中一个实施例中，所述磁力调节装置包括线圈，所述线圈活动设置于所述内环区与所述外环区之间的间隙内。

在其中一个实施例中，所述磁力调节装置包括驱动件，所述驱动件用于驱动所述线圈相对所述隔膜板滑移。

在其中一个实施例中，还包括PID控制装置，所述PID控制装置与所述磁力调节装置电连通，所述PID控制装置用于接收所述容纳腔的磁场情况并对所述磁力调节装置进行调整。

一种真空镀膜设备，包括上述的多弧源装置。

上述多弧源装置，通过基座安装靶材、第一磁力发生组件与第二磁力发生组件。第一磁力发生组件与第二磁力发生组件之间产生闭合的磁场，相邻的第一磁力发生组件之间产生开放的磁场，相邻的第二发生装置之间也可以产生开放的磁场，从而使得位于各第一磁力发生组件与各第二磁力发生组件之间所复合得到的复合磁场的靶材在通电点燃后，镀膜微粒可以在较大范围的磁场作用下进行运动，提高镀膜微粒的运动范围，从而提高靶材的利用率。

附图说明

图1为本发明的一实施例所示的多弧源装置的结构示意图；

图2为本发明的一实施例所示的多弧源装置的容纳腔的结构示意图；

图3为本发明的一实施例所示的多弧源装置的磁场示意图；

图4为本发明的一实施例所示的多弧源装置的磁场示意图(磁力调节装置产生第一方向的磁场)；

图5为本发明的一实施例所示的多弧源装置的磁场示意图(磁力调节装置产生第二方向的磁场)。

附图标记：100、基座；110、容纳腔；111、环形内沿；112、开口；120、内环区；130、外环区；140、冷却层；150、冷却板；160、冷却管；170、安装座；180、冷却空间；200、第一磁力发生组件；300、第二磁力发生组件；400、隔膜板；500、磁力调节装置；510、线圈；520、驱动件；600、靶材。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本发明的一实施例提供了一种真空镀膜设备，其包括如图1-图5所示的多弧源装置。多弧源装置可以引燃靶材600获得镀膜微粒，镀膜微粒可以运动至工件表面，以对工件表面进行镀膜。

参阅图1-图2，本发明的一实施例提供的一种多弧源装置，其包括基座100、第一磁力发生组件200、第二磁力发生组件300与隔膜板400。

其中，如图1所示，基座100具有容纳腔110以及与容纳腔110相连通的开口112，基座100可以为双层基座。双层基座中部具有冷却空间180，冷却空间180可以通入冷却介质。冷却介质可以选用冷却水。双层基座的内层形成前述容纳腔110的内壁。

开口112处可以安装靶材600。靶材600在放电时产生带有大量镀膜微粒的离子束，离子束朝向工件运动，以对工件表面镀膜。靶材600与容纳腔110内部可以通过隔膜板400隔离，隔膜板400可以与靶材600接触。

在图示实施例中，开口112具有朝向开口112的中心延伸的环形内沿111，环形内沿111可以与靶材600的侧壁抵接。环形内沿111靠近容纳腔110内部的侧壁，可以与前述隔膜板400连接，以增大隔膜板400与容纳腔110侧壁的连接处的连接面积，提高隔膜板400的连接强度。隔膜板400与环形内沿111的连接方式可以选用焊接，也可以选用其他的连接方式。

在另一些实施例中，隔膜板400的侧壁也可以直接与容纳腔110的侧壁固定密封连接。

通过隔膜板400可以将靶材600与容纳腔110的内部空间分隔开，以防止由于靶材600在产生镀膜粒子过程中，对容纳腔110内的各部件造成影响。

容纳腔110的内部空间具有供冷却介质流动的冷却层140。冷却介质可以选择冷却液，比如冷凝水。冷却层140的一个侧壁即为前述隔膜板400，冷却层140可以对靶材600进行降温。也就是说，隔膜板400的至少另一个作用是，可以将冷却介质与靶材600隔离。

在一些实施例中，隔膜板400的厚度可以选用0.15mm-0.30mm，比如可以选用0.15mm、0.20mm、0.25mm或0.30mm。采用上述厚度的隔膜板400，由于其厚度较薄，因此隔膜板400的热阻较低，可以配合冷却介质有效提高靶材600放电时的冷却效率，提高功率密度，进而提高生产效率。

基座100还设置有冷却板150与冷却管160。冷却板150可以与隔膜板400平行间隔设置。冷却板150为冷却层140的另一个侧壁。冷却板150与容纳腔110的内壁固定密封连接，连接方式可以选用焊接等连接方式，也可以选取其他的连接方式。冷却板150具有两个开口，两个开口可以分别连接两个不同的冷却管160。其中一个冷却管160用于输入冷却介质，另一个冷却管160用于输出已经被加热的冷却介质。冷却管160与冷却板150的设置可以使得冷却层140可以较好地对靶材600进行降温。

在一些实施例中，如图2所示，容纳腔110内部可以沿中心至外沿分为内环区120与外环区130，内环区120与外环区130具有间隙。也就是说，容纳腔110的中心至容纳腔110侧壁的方向，具有间隔设置的内环区120与外环区130。内环区120与外环区130的中心重合，也就是内环区120与外环区130的中轴线的位置重合。

其中，内环区120与外环区130可以均为圆环状、椭圆环状或矩形环状等。内环区120的沿容纳腔110中心至侧壁的方向上的厚度，也可以小于等于外环区130的厚度。内环区120与外环区130之间的间隙的宽度可以大于外环区130的厚度，以便于容纳腔110内的其余的部件的安装。

如图1与图2所示，至少两个第一磁力发生组件200间隔设置于内环区120。至少两个第二磁力发生组件300间隔设置于外环区130。第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300均设置在冷却层140背离靶材600的一侧，以使得第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300在靶材600通电后仍可以在较为适宜的环境中工作。

由于靶材600所形成的镀膜微粒中包括带有正电荷的微粒、带有负电荷的微粒以及中性微粒，上述带电荷微粒可以在各第一磁力发生组件200与各第二磁力发生组件300所形成的复合磁场的作用下进行运动轨迹的偏移，以使得靶材600所形成的镀膜微粒的运动范围发生变化。

第二磁力发生组件300产生的磁极与第一磁力发生组件200产生的磁极相反。也就是说，若第一磁力发生组件200均产生N磁极，则第二磁力发生组件300均产生S磁极。反之，若第一磁力发生组件200均产生S磁极，则第二磁力发生组件300均产生N磁极。

如图3所示，上述设置可以使得相邻的第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300之间产生闭合的磁场，相邻的第一磁力发生组件200之间产生开放的磁场，相邻的第二发生装置之间也可以产生开放的磁场(图中未示出)，从而使得各第一磁力发生组件200与各第二磁力发生组件300之间所复合得到的磁场，其磁场中的开放磁场较多，同时也具有较多的闭合磁场，使得靶材600所处空间的磁场的范围尽可能的大，使得靶材600所获得的镀膜微粒可以在磁场的作用下尽可能地朝向工件的各表面进行运动，从而有效提高靶材600利用率。

在一些实施例中，如图1-图5所示，第一磁力发生组件200的数量与第二磁力发生组件300可以相同，第一磁力发生组件200的数量也可以小于第二磁力发生组件300的数量。也就是说，第一磁力发生组件200之间的间隙可以小于第二磁力发生组件300的间隙，使得第一磁力发生组件200的数量与第二磁力发生组件300的数量相同，且一一对应。第一磁力发生组件200之间的间隙也可以等于第二磁力发生组件300的间隙，使得第一磁力发生组件200可以与多个第二磁力发生组件300对应。

在一些实施例中，如图2所示，第一磁力发生组件200在内环区120内可以沿圆形阵列排布。

比如，在其中一些实施例中，内环区120为正圆环形，第一磁力发生组件200的数量为三个，并以容纳腔110的中心为圆形，均匀间隔设置在内环区120内。

又比如，在其中一些实施例中，内环区120为正圆环形，第一磁力发生组件200的数量为六个，并以容纳腔110的中心为圆形，均匀间隔设置在内环区120内。

在一些实施例中，第一磁力发生组件200在内环区120内可以沿线型阵列排布。第一磁力发生组件200可以分为两组，两组第一磁力发生组件200的数量相同。在任意一组第一磁力发生组件200中，第一磁力发生组件200呈“一”字型设置，即第一磁力发生组件200沿直线间隔设置。相邻的两组第一磁力发生组件200之间具有间隔。

在上述实施例中，内环区120可以为矩形内环区120或椭圆形内环区120。两组第一磁力发生组件200分别位于矩形内环区120两个相对的长边方向，或者是位于椭圆形内环区120的两个沿短轴方向所相对的两个弧段。

比如，在其中一些实施例中，内环区120为矩形内环区，两组第一磁力发生组件200分别位于矩形的内环区120的两个相对的长边方向。每一组第一磁力发生组件200可以包括至少一个第一磁力发生组件200。

外环区130的形状可以与内环区120相同，也可以与内环区120不同，可以根据实际情况进行调整。在图示实施例中，外环区130的形状与内环区120的形状相同。

在一些实施例中，如图2所示，第二磁力发生组件300可以沿外环区130的形状间隔均匀设置。比如，在其中一些实施例中，第二磁力发生组件300在外环区130内可以沿圆形阵列排布。在其中另一些实施例中，第二磁力发生组件300在外环区130内可以沿椭圆形阵列排布。在其中又一些实施例中，第二磁力发生组件300在外环区130内可以沿矩形阵列排布。

这里需要注意的是，第一磁力发生组件200的排布与第二磁力发生组件300的排布可以相同，比如均为圆形阵列排布。也可以不相同，比如第一磁力发生组件200为线型排布，第二磁力发生组件300为椭圆形阵列排布等，可以从上述任意排列中进行选取。

第一磁力发生组件200可以选用永磁体或电磁铁，第二磁力发生组件300也可以选用永磁体或电磁铁。在图示实施例中，第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300均选用永磁体，以使得第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300所产生的复合磁场分布较为稳定。

如图1所示，第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300均可以与冷却板150连接。连接方式可以为磁吸、焊接或者其他的机械连接方式。

在一些实施例中，第一磁力发生组件200均位于两个冷却管160之间。第二磁力发生组件300可以与冷却板150连接的同时，另一侧壁与容纳腔110的内壁连接。

在一些实施例中，如图1所示，基座100还可以设置有安装座170。安装座170位于容纳腔110内。安装座170的端面开设有连接槽，连接槽用于与第一磁力发生组件200或第二磁力发生组件300连接。安装座170的该端面与冷却板150抵接，或安装座170即为冷却板150，以减少另外设置一个冷却板的安装空间，亦或者安装座170与冷却板150一体成型设置。安装座170的侧壁可以与容纳腔110的内壁连接。

安装座170的设置可以在一定程度上增大第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300和容纳腔110内壁的连接面积，降低第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300的安装难度。此外，安装座170的设置可以将第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300的位置进行预设。相比于将第一磁力发生组件200、第二磁力发生组件300和冷却板150挨个连接的方式来说，安装精度更高，安装难度降低，安装错误率降低，可以在安装的过程中即使判断第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300的磁极方向是否有误。

在一些实施例中，如图1所示，多弧源装置还包括磁力调节装置500。磁力调节装置500用于产生附加磁场，该附加磁场的磁场大小可调。附加磁场可以对第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300所形成的磁场进行叠加复合，使得对靶材600产生影响的总磁场发生变化(磁场变化如图4与图5所示)，进而影响靶材600所获得的镀膜微粒的运动路径。

在一些实施例中，磁力调节装置500可以选用线圈510。通过对线圈510进行电流强度、电流方向的调整，可以使得线圈510所产生的附加磁场进行变化，进而使得对靶材600影响的总磁场进行变化，可以通过控制线圈510内的电流情况进行镀膜微粒运动路径以及运动范围的调整。

在一些实施例中，线圈510可以位于内环区120与外环区130之间的间隙内。在其中一些实施例中，线圈510可以套设于两个冷却管160的外侧。上述设置方式可以使得线圈510所产生的磁场较大程度上对第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300所复合的磁场进行影响。而且在叠加完成后，总磁场可以形成轴对称或中心对称，便于调整镀膜微粒运动路径以及运动范围。

在一些实施例中，如图1所示，磁力调节装置500可以固定设置在容纳腔110内。也就是说，线圈510的侧壁可以与容纳腔110的内壁焊接、插接或卡接等连接方式。

在另一些实施例中，磁力调节装置500可以活动设置在容纳腔110内。磁力调节装置500可相对于隔膜板400处滑移，以靠近或远离靶材600，进而通过改变磁力调节装置500所产生的磁场相对于靶材600的位置，来调整影响镀膜微粒的总磁场。

比如，在一些实施例中，如图1所示，磁力调节装置500还包括驱动件520。驱动件520可以驱动线圈510移动，以使线圈510相对靶材600滑移。在图示实施例中，驱动件520可以选用气缸，也可以选取其他的驱动件。气缸的活塞端与线圈510连接。气缸可以带动线圈510靠近或远离靶材600，以对总磁场进行调节。

在上述具有磁力调节装置500的技术方案中，可以通过调节线圈510中的电流方向、电流强度以及线圈510与靶材600之间的距离，对磁力调节装置500所产生的附加磁场进行大小或位置上的改变，结合第一磁力发生组件200与第二磁力发生组件300所获得的复合磁场，使得靶材600所处位置的总磁场进行变化，进而使得镀膜微粒的运动轨迹以及运动范围发生变化，从而提高镀膜过程中的靶材600利用率。

在一些实施例中，还包括PID控制(Proportional-Integral-Derivativecontrol，比例积分微分控制)装置(图中未示出)。PID控制装置可以与磁力调节装置500电连通，PID控制装置可以接收总磁场的情况并对磁力调节装置500进行调整，以改变附加磁场的位置或磁场大小，以调整总磁场的大小。

在一些实施例中，PID控制装置包括磁力传感器以及控制中心。其中，磁力传感器可以设置于容纳腔110内部，比如可以设置于容纳腔110的内壁上，也可以安装在安装座170上。磁力传感器用于检测磁场的强度，并将磁场数据传输至控制中心。

控制中心用于接收磁场数据，并对磁场数据进行处理。控制中心可以根据磁场数据情况发出电流调节指令至磁力条件装置，以增大或减小线圈510内的电流，以及是否改变电流方向；和/或驱动指令至驱动件520，以驱动磁力调节装置500靠近或远离隔膜板400，也就是靠近或远离靶材600。通过控制中心可以调节附加磁场的分布与大小，从而调整影响镀膜微粒运动轨迹与运动范围的总磁场。

采用PID控制装置可以使得真空镀膜设备的自动化程度加强，通过磁力传感器所获得磁场数据，可以及时对磁力调节装置500所产生的附加磁场进行调整，以使得镀膜微粒的运动轨迹与运动范围达到较佳，使得靶材600的利用率提高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多弧源装置，其特征在于，包括：

基座，具有容纳腔以及与所述容纳腔相连通的开口，所述开口用于设置靶材，所述容纳腔的内部沿中心至外沿包括内环区与外环区，所述内环区与所述外环区之间具有间隙；所述内环区与所述外环区同心设置；

至少两个第一磁力发生组件，间隔设置于所述内环区；

至少两个第二磁力发生组件，间隔设置于所述外环区，所述第二磁力发生组件产生的磁极与所述第一磁力发生组件产生的磁极相反；

隔膜板，位于所述开口处，所述隔膜板用于与所述靶材接触；

所述第一磁力发生组件的数量与所述第二磁力发生组件的数量相同，且一一对应。

2.根据权利要求1所述的多弧源装置，其特征在于，所述第一磁力发生组件之间的间隙小于所述第二磁力发生组件之间的间隙。

3.根据权利要求1所述的多弧源装置，其特征在于，所述第一磁力发生组件沿圆形阵列排布。

4.根据权利要求1所述的多弧源装置，其特征在于，所述第一磁力发生组件沿线型阵列排布。

5.根据权利要求1所述的多弧源装置，其特征在于，所述容纳腔内还设置有磁力调节装置，所述磁力调节装置用于产生附加磁场，所述附加磁场用于叠加于所述第一磁力发生组件与所述第二磁力发生组件所形成的磁场。

6.根据权利要求5所述的多弧源装置，其特征在于，所述磁力调节装置可于所述容纳腔内活动，以靠近或远离所述开口。

7.根据权利要求5所述的多弧源装置，其特征在于，所述磁力调节装置包括线圈，所述线圈活动设置于所述内环区与所述外环区之间的间隙内。

8.根据权利要求7所述的多弧源装置，其特征在于，所述磁力调节装置包括驱动件，所述驱动件用于驱动所述线圈相对所述隔膜板滑移。

9.根据权利要求5所述的多弧源装置，其特征在于，还包括PID控制装置，所述PID控制装置与所述磁力调节装置电连通，所述PID控制装置用于接收所述容纳腔的磁场情况并对所述磁力调节装置进行调整。

10.一种真空镀膜设备，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的多弧源装置。

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