CN1718847A - 一种对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，包括真空室，真空室设有抽真空口，真空室内设有磁控靶和工件架，磁控靶呈对靶设置，每对磁控靶由一个中频电源供电，工件架位于对靶之间。本发明由于采用上述结构，每对磁控靶由一个中频电源供电，使得对靶之间等离子体分布均匀、致密，从而提高镀膜效率、镀膜能力和离子镀效果，降低镀膜成本，提高涂层均匀性，同时，由一个电源控制一对靶，使得镀膜过程更易于控制。

Description

一种对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置
技术领域
本发明涉及一种对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，属于薄膜材料技术领域，该装置具有镀膜效率高、成本低、均匀性好、易于控制等特点。
背景技术
目前国外孪生靶都使用平衡磁场，虽然提高了溅射效率和很好的解决了靶中毒和打火现象，但对于形状复杂的工件，由于其等离子体被约束在靶面附近，不能达到很好的离子镀效果。现有孪生磁控溅射装置靶的布局一般为180度或120度布置，对靶间距较远，不利于复杂工件的镀膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，该装置具有较好的镀膜能力和离子镀效果。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，包括真空室，真空室设有抽真空口，真空室内设有磁控靶和工件架，磁控靶呈对靶设置，每对磁控靶由一个中频电源供电，工件架位于对靶之间。
上述每对磁控靶磁场布置方向相反，形成闭合场；同时每个单独的靶磁场布局方式都为非平衡磁场。
上述真空室内设有四对磁控靶，其中金属靶一对，剩余的三对是石墨靶。
上述真空室内设有加热装置。
上述对靶之间的空间为离子镀沉积区，全部对靶之间的离子镀沉积区构成环形区域；设有驱动支座转动并使工件架沿环形区域运动的驱动机构及驱动工件架绕工件架轴转动的驱动机构。
本发明由于采用上述结构，每对磁控靶由一个中频电源供电，使得对靶之间等离子体分布均匀、致密，从而提高镀膜效率、镀膜能力和离子镀效果，降低镀膜成本，提高涂层均匀性，同时，由一个电源控制一对靶，使得镀膜过程更易于控制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A视图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：
如图1、图2所示，本发明包括真空室1，真空室1设有抽真空口12，真空室1内设有磁控靶8和工件架2，磁控靶8呈对靶设置，每对磁控靶由一个中频电源供电，工件架2位于对靶之间。在真空室1中，一共有8个磁控靶，里面4个靶，外面4个靶，正对的两个靶磁场布置方向相反，形成闭合场；同时每个单独的靶磁场布局方式都为非平衡磁场。其中4对靶均由中频电源供给，形成孪生对靶。通过这样的布局方式，内外靶的磁场把等离子体紧紧的约束在对靶之间，等离子体密度大大提高，当对各种复杂工件进行镀膜时，工件浸没在等离子体当中，离子轰击的效果非常显著，涂层的均匀性得到了良好的保证。
四对磁控靶中金属靶一对，剩余的三对是石墨靶。其中金属靶主要是在镀膜的过程中进行掺杂，以便降低涂层的内应力和提高其附着力。此外通过控制掺杂量的多少还可以改变涂层的硬度和耐磨性能。由于掺杂量一般在原子百分含量10％以下，所以采用一对金属靶和三对石墨靶。其位置布局没有特殊要求，可以放置在任何一个对靶的靶位上。
本发明对靶之间的空间为离子镀沉积区11，全部对靶之间的离子镀沉积区构成环形区域；工件架2由直流电机带动在对靶之间旋转，转速可以调节。直流电机驱动大齿轮轴3进而带动大齿轮4转动，固联在大齿轮轴3上的工件架2沿大齿轮轴3在离子镀沉积区11内公转。工件架2由工件架轴5、设于工件架轴5上的小齿轮9、设于小齿轮9上的工件挂具转轴6以及固联在工件挂具转轴6上的工件挂具7组成。与大齿轮4啮合的小齿轮9由大齿轮4带动进而使工件架2自转；设有拨差机构10，在小齿轮9转动过程中，拨差10碰撞工件挂具转轴6，带动工件挂具7自转。通过调整转速调节金属纳米晶粒的大小和涂层的结构。为了提高涂层的均匀性，工件可以采取自转、公转和三重转三种方式。真空室壁上安装加热装置13，可以方便的调节真空室中的温度。抽真空系统可由扩散泵和机械泵组成，也可以采用分子泵，极限真空可以达到8×10-4Pa。
系统启动时，先启动机械泵抽低真空，然后启动扩散泵抽高真空，当真空度达到5×10-3Pa时，启动加热装置，进行加热除气，去掉真空室壁、工件架以及工件上所吸附的空气，工件架转动，保持100℃左右的温度，等真空度达到5×10-3Pa时，停止加热，充入工作气体，开始进入镀膜过程，等镀膜过程结束后，自然冷却，等温度降到50℃以下时，取出工件，整个工作流程结束。
同时为了进一步提高涂层和工件的附着力，本装置的磁控靶还可以转换成阴极电弧靶，利用电弧离子镀产生的高度离化的金属离子，轰击工件表面，提高附着力。
本发明与目前国内外通用的镀膜设备不同，充分利用了对靶技术、孪生技术、非平衡磁控溅射技术、多弧-磁控两用技术以及闭合磁场技术，很好地改进了涂层厚度的均匀性，改善了涂层质量，提高了涂层附着力。可以很方便地开展各种各样涂层的研究和生产工作。本发明可采用计算机自动控制和半自动控制生产过程，其综合性能大大提高。因此，本发明不仅使应用领域更为广泛，具有更高的生产效率，而且保证了大范围内设备涂层均匀性，镀膜质量更高，附着力更强。
总之，本发明提供的设备充分体现了各种先进镀膜技术的优点，克服了现有许多制备系统的缺点，具有镀膜效率高、镀膜成本低、操作方便等特点。可以很方便的进行工业化大生产，具有极大的应用价值。

Claims (5)

1.一种对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，包括真空室，真空室设有抽真空口，真空室内设有磁控靶和工件架及支撑工件架的支座，其特征在于：磁控靶呈对靶设置，每对磁控靶由一个中频电源供电，工件架位于对靶之间。
2.根据权利要求1所述的对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，其特征在于：每对磁控靶磁场布置方向相反，形成闭合场；同时每个单独的靶磁场布局方式都为非平衡磁场。
3.根据权利要求1或2所述的对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，其特征在于：真空室内设有四对磁控靶，其中金属靶一对，剩余的三对是石墨靶。
4.根据权利要求1或2所述的对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，其特征在于：真空室内设有加热装置。
5.根据权利要求1或2所述的对靶孪生磁控溅射离子镀沉积装置，其特征在于：对靶之间的空间为离子镀沉积区，全部对靶之间的离子镀沉积区构成环形区域；设有驱动支座转动并使工件架沿环形区域运动的驱动机构及驱动工件架绕工件架轴转动的驱动机构。
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