CN207760414U - 一种设置固体弧光等离子体清洗源的镀膜机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种设置固体弧光等离子体清洗源的镀膜机。本实用新型在平面磁控溅射镀膜机、在安装旋靶管型柱状磁控溅射靶磁控溅射镀膜机和在阴极电弧离子镀膜机的镀膜室中设置固体弧光等离子体清洗源。固体弧光等离子体清洗源的阴极和阳极分设在工件的两侧。在清洗过程中，两极间产生的弧光放电等离子体中的电子流在向阳极运动的过程中把氩气电离，用得到的高密度的氩离子流轰击清洗工件，增强工件的轰击清洗效果，提高膜基结合力；在镀膜过程中，固体弧光等离子体清洗源的阴极参与镀纳米多层膜；在磁控溅射镀膜机中发挥辅助沉积作用。

Description

一种设置固体弧光等离子体清洗源的镀膜机

技术领域

本实用新型涉及一种镀膜机，具体涉及一种设置固体弧光等离子体清洗源的镀膜机，属于真空镀膜设备领域。

背景技术

在真空镀膜领域应用的磁控溅射镀膜和阴极电弧离子镀膜过程中，为了提高膜层与基体的结合力，采用了许多方法：由采用辉光放电氩离子轰击清洗工件，发展到采用弧光放电氩离子轰击清洗工件。辉光放电的电流密度低，氩离子密度小，工件偏压1000V左右、工件偏流1A-4A，轰击清洗效果不是很理想，膜基结合力不够高。弧光放电氩离子密度大，轰击清洗效果提高。和目前多用的利用阴极电弧源发射的金属离子流轰击清洗工件相比，工件偏压由500V-800V降低到200V以下，工件偏流10A以上。由于氩离子质量小，对工件的损伤小，也不会过热，工件表面不会积存大熔滴。

获得弧光放电氩离子流轰击清洗工件的措施有两种：1.气体弧光等离子体清洗源；2.固体弧光等离子体清洗源。共同特点是用弧光放电产生的高密度电子流把镀膜室内的氩气电离，利用高密度、低能量的氩离子流轰击清洗工件。

气体弧光等离子体清洗源是，利用空心阴极枪或热丝弧枪发射的弧光电子流把镀膜室内的氩气电离，利用高密度的氩离子流清洗工件。

固体弧光等离子体清洗源是利用阴极电弧源发射的弧光电子流把镀膜室内的氩气电离，用高密度的氩离子流清洗工件。但是，产生弧光放电的阴、阳两极都是安装在工件转架的一侧。固体弧光等离子体清洗源设在工件转架的一侧时，弧光等离子体中的氩离子流在向工件运动的过程中，会与电子产生附合而得不到及时、充分的利用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种设置固体弧光等离子体清洗源的镀膜机，在本实用新型镀膜机本体的镀膜室内设置镀膜源、工件转架和固体弧光等离子体清洗源。其特征是固体弧光等离子体清洗源产生弧光放电的阴极和阳极设置在工件转架的两侧。

本实用新型所提供的设置固体弧光等离子体清洗源的镀膜机本体根据镀膜源的不同，有三种类型：1.镀膜源为阴极电弧源的阴极电弧离子镀膜机，镀膜源是小平面圆形阴极电弧源、矩形平面大弧源、旋靶管型柱状阴极电弧源；2.镀膜源为旋靶管型柱状磁控溅射靶的磁控溅射镀膜机本体，其靶管内的磁控结构可以是平衡磁控结构，也可以是非平衡磁控结构； 3.镀膜源为平面磁控溅射靶的磁控溅射镀膜机本体，平面磁控溅射靶的磁控结构可以是平衡磁控结构，也可以是非平衡磁控结构。

本实用新型的特点是，在以上三种类型镀膜机本体中的固体弧光等离子体清洗源的阴极和阳极安装在工件转架的两侧。接通弧电源以后，两极间产生弧光放电，得到的弧光等离子体中的高密度电子流被阳极吸引，高密度的电子流穿过工件向阳极运动的过程中，把工件周围的氩气电离，用刚刚得到的氩离子流及时、充分地轰击清洗工件，增强工件的轰击清洗效果，有利于提高膜基结合力。

本实用新型是用阴极电弧源为固体弧光等离子体清洗源。虽然也是用阴极电弧源产生的弧光放电等离子体清洗工件，但不是用高偏压加速的弧光等离子体中的金属离子流轰击清洗工件，而是转化为用低偏压、高密度的氩离子流轰击工件。由于阴极电弧源弧光放电的等离子体密度大，氩离子流密度大，所加负偏压低，是高密度、低能量的氩离子流清洗工件，清洗效果优于其他方法。

进一步，所述本实用新型的镀膜机本体中，固体弧光等离子体清洗源的阴极和阳极位于工件转架两侧的具体位置有以下两种：

第一种位置是，在阴极电弧离子镀膜机的本体中，用镀膜室周边的阴极电弧源为阴极，在镀膜室中部设置水冷阳极。

第二种位置是，在磁控溅射镀膜机的本体中，在镀膜室中部设置柱状阴极电弧源为阴极，镀膜室周边设置水冷阳极。

进一步，在以上所提供三种类型镀膜机中，位于工件转架两侧的弧光等离子体清洗源，在工件清洗阶段和镀膜阶段中的工作过程如下：

第一种类型：在所述的阴极电弧离子镀膜机本体中，在镀膜室壁上安装的阴极电弧源做为清洗源的阴极，镀膜室中部设置水冷阳极。即产生固体弧光等离子体的阴、阳极设置于工件转架的两侧。

在清洗工件阶段：镀膜室周边的阴极电弧源接弧电源的负极，中部的水冷阳极接通弧电源正极。接通弧电源以后，镀膜室周边的阴极电弧源和水冷阳极之间产生弧光放电。得到的弧光等离子体中的电子流被阳极吸引，高密度的电子流穿过工件，向阳极运动的过程中，把工件周围的氩气电离，用刚刚得到的高密度的氩离子流轰击清洗工件，增强工件的轰击清洗效果，提高膜基结合力。由于氩离子密度大，工件不需要加很高的偏压，一般200V以下，工件偏流可以达10A以上。由于氩离子质量小，对工件的损伤小，也不会过热，工件表面不会积存大熔滴。

在镀膜阶段：镀膜室周边的阴极电弧源仍然接弧电源的负极，镀膜室改接弧电源的正极。接通弧电源以后，镀膜室周边的阴极电弧源进行常规的镀膜过程。在本实施例中，镀膜室壁上的阴极电弧源既是清洗源，又是镀膜源。在所提供的本实用新型镀膜机中，阴极电弧源均匀地安装在镀膜室壁周围，使得整个镀膜室内的等离子体均匀布局，可以对工件进行均匀的清洗和均匀的镀膜。而且不需要专门设置阴极电弧清洗源，只需在镀膜室中部设置水冷阳极。本实用新型中的阴极电弧源在清洗阶段和镀膜阶段始终参与工作，没有闲置不用的问题。

第二种类型：在镀膜源为旋靶管型柱状磁控溅射靶的磁控溅射镀膜机本体中，镀膜源是旋靶管型柱状磁控溅射靶，镀膜室中部设置柱状阴极电弧源为阴极，镀膜室周边安装水冷阳极。

所述的旋靶管型柱状磁控溅射靶的磁控溅射镀膜机，如中国专利ZL 2017 20302687.3所记载的一种磁控溅射镀膜机的结构。所述旋靶管型柱状磁控溅射靶只安装在工件转架的外周围或安装在工件转架的外周围和内周。

本实用新型的特点是，靶管内的磁控结构可以是平衡磁控结构，也可以是非平衡磁控结构。平衡磁控结构的磁场分布为“强S-强N-强S”或“强N-强S-强N”。非平衡磁控结构的磁场分布为“弱S-强N-弱S”、“弱N-强S-弱N”或“强S-弱N-强S”、“强N-弱S-强N”

所述相邻两个旋靶管型柱状磁控溅射靶的磁极性反向排列。当旋靶管型柱状磁控溅射靶只安装在工件转架的外周围时，镀膜室内只形成周向闭合磁场；当旋靶管型柱状磁控溅射靶既安装在工件转架的外周围，又安装在工件转架的内周时，镀膜室内形成多方位的闭合磁场。

进一步，在本实用新型的工件清洗阶段：镀膜室中部的阴极电弧源接弧电源的负极，镀膜室周边的水冷阳极接通弧电源正极。接通弧电源以后镀膜室中部的柱状阴极电弧源和镀膜室周边的水冷阳极之间产生弧光放电。得到的弧光等离子体中的电子流被阳极吸引，高密度的电子流穿过工件，向阳极运动的过程中，把镀膜室工件转架周围的氩气电离，用刚刚得到的高密度的氩离子流轰击清洗工件。

进一步，在本实用新型的镀膜阶段：把镀膜室中部的柱状阴极电弧源接弧电源的负极，镀膜室接正极。在开启旋靶管型柱状磁控溅射靶进行镀膜的同时，也开启中间的柱状阴极电弧源一起镀膜。当旋靶管型柱状磁控溅射靶的靶材的成分和中间柱状阴极电弧源成分相同时，柱状阴极电弧源镀出的膜层可以增加膜层厚度；当两种靶材的成分不相同时，可以镀出纳米多层膜。中部的柱状阴极电弧源所镀出的膜层是纳米多层膜的一个间隔层。

所述中部的柱状阴极电弧源在参与磁控溅射镀膜过程中，从柱状阴极电弧源发射的弧光等离子体中的电子流，又可以把溅射下来的膜层原子电离，提高膜层原子的离化率。镀膜室内的金属离子体密度增大，对磁控溅射镀膜起着有效的辅助沉积作用，更有利于获得优异的磁控溅射膜层组织。

第三种类型：在镀膜源为平面磁控溅射靶的磁控溅射镀膜机本体中。镀膜源是安装在镀膜室周围的平面磁控溅射靶。镀膜室中部设置柱状阴极电弧源为阴极，镀膜室周边安装水冷阳极。

所述的平面磁控溅射靶的磁控结构可以是平面平衡磁控结构，也可以是平面非平衡磁控结构。相邻两个平面非平衡磁控溅射靶的磁极性反向排列，镀膜室内形成周向闭合磁场。

进一步，在本实用新型的工件清洗阶段：镀膜室中部的阴极电弧源接弧电源的负极，镀膜室周边的水冷阳极接通弧电源正极。接通弧电源以后，镀膜室中部的柱状阴极电弧源和镀膜室周边的水冷阳极之间产生弧光放电。得到的弧光等离子体中的电子流被阳极吸引，高密度的电子流穿过工件，向阳极运动的过程中，把镀膜室工件周围的氩气电离，用刚刚得到的高密度的氩离子流轰击清洗工件。

进一步，在本实用新型的镀膜阶段：把镀膜室中部的柱状阴极电弧源接弧电源的负极，镀膜室接正极。在开启周边的平面磁控溅射靶进行镀膜的同时，开启中部的柱状阴极电弧源一起镀膜。当平面磁控溅射靶的靶材成分和中部柱状弧源成分相同时，柱状弧源镀出的膜层可以增加膜层厚度。当两种靶材的成分不相同时，可以镀出纳米多层膜。中部的柱状阴极电弧源所镀出的膜层是纳米多层膜的一个间隔层。

在辉光放电的磁控溅射镀膜过程中有镀膜室中部的柱状阴极电弧源在参与镀膜的过程中，又可提供大量的等离子体，提高了镀膜空间的等离子体密度，可以提高磁控溅射膜层原子的离化率，有利于获得化合物膜，起到辅助沉积作用。所述的固体弧光等离子体清洗源在磁控溅射镀膜过程中既是清洗源，又是镀膜源、离化源。

以上所述镀膜机都是把固体弧光等离子体清洗源的阴极和阳极设置在工件的两侧，目的是使弧光等离子体穿过工件，更有效地、及时地利用刚刚产生的氩离子流清洗工件。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中镀膜机的第一种结构的主视图。

图2为图1中沿A-A线的剖视图。

图3为本实用新型实施例2中镀膜机的第二种结构的主视图。

图4为图3中沿A-A线的剖视图。

图5为本实用新型实施例3中的镀膜机的第三种结构的主视图。

图6为图5中沿A-A线的剖视图。

图中各标记如下：

1镀膜室、2工件转架、3柱状阴极电弧源、4、水冷阳极，5弧电源、6小平面圆形阴极电弧源、7矩形平面大弧源、8旋靶管型柱状阴极电弧源、9旋靶管型柱状磁控溅射靶、10 平面磁控溅射靶，11工件偏压电源，12磁控溅射电源。

具体实施方式

本实用新型的目的是在三种不同镀膜源的镀膜机本体中，把产生固体弧光等离子体的阴极和水冷阳极设置在工件转架的两侧。根据镀膜源的不同，分述以下3种结构模式。

实施例-1.

本实用新型提供一种阴极电弧离子镀膜机，在镀膜室周边设置各种形式的阴极电弧镀膜源，镀膜室内设置工件转架，在镀膜室中间设置水冷阳极。

图1所示为本实用新型镀膜机的主视图，图2为沿A-A线的剖视图，可以看出，本实施例镀膜机的结构是，各种形式的阴极电弧镀膜源安装在镀膜室1的壁上，即在工件2的外周围设置阴极电弧镀膜源，具体为小平面圆形阴极电弧源6、矩形平面大弧源7，旋靶管型柱状阴极电弧源8。在镀膜室的中间另设水冷阳极4。各种形式的阴极电弧镀膜源可以单独使用，也可以联合使用。每个阴极电弧源都配置相应的弧电源5。

在本实施例的工件清洗阶段：不同形式的阴极电弧镀膜源6、7、8分别接弧电源5的负极，相对应的水冷阳极4接弧电源5的正极。接通弧电源以后，镀膜室壁上的阴极电弧源和水冷阳极之间产生弧光放电。高密度的弧光等离子体中的电子流穿过工件向阳极加速运动的过程中，会把工件周围的氩气电离，用刚刚得到高密度的氩离子流轰击清洗工件，氩离子流得到及时、充分的利用。由于氩离子是由弧光电子流碰撞产生的，氩离子流的密度大，工件不需要加很高电压，一般低于200V，就有很好的清洗效果。

本实用新型镀膜机虽然采用阴极电弧源本身作为清洗源，对工件的轰击清洗，但对工件产生轰击清洗作用的不是金属离子，而是气体离子。是高密度、低能量的氩离子流轰击清洗工件。

在本实施例的镀膜阶段：镀膜室周边的阴极电弧源6、7、8仍然接弧电源5的负极，镀膜室壁接弧电源5的正极。接通弧电源以后，阴极电弧源6、7、8进行常规的镀膜过程。在本实施例中，镀膜室壁上的阴极电弧源既是清洗源，又是镀膜源。

所述本实用新型的阴极电弧源可以均匀地安装在镀膜室壁周围，使得整个镀膜室壁内的等离子体均匀分布，可以对工件进行均匀的清洗和均匀的镀膜。而且不需要专门设置阴极电弧清洗源，只需在镀膜室中部设置水冷阳极。本实用新型中的阴极电弧源在清洗和镀膜阶段始终参与工作，没有闲置的问题。

实施例-2

本实用新型提供一种磁控溅射镀膜机，是在镀膜室内设置旋靶管型柱状磁控溅射靶的磁控溅射镀膜机。镀膜室内安装工件转架、在镀膜室中部设置柱状阴极电弧源，镀膜室周边设置水冷阳极。

图3所示的是本实用新型镀膜机中工件的外周围和内周设置两层旋靶管型柱状非平衡磁控溅射靶镀膜机的主视图，沿A-A线的剖视图如图4所示。可以看出，在镀膜室1内，工件2的外周围和内周都设置了旋靶管型柱状非平衡磁控溅射靶9。可以镀膜室内形成多方位的闭合磁场。镀膜室1的中部还设有柱状阴极电弧3，镀膜室周边设置水冷阳极4。

在本实用新型的工件清洗阶段：柱状阴极电弧源3接弧电源5的负极，水冷阳极4接弧电源5的正极。启动弧电源以后，阴阳极之间产生的弧光，高密度的弧光等离子体中的电子流穿过工件，在向阳极加速运动的过程中，把工件周围的氩气电离，获得的高密度的氩离子流马上轰击清洗工件。

在本实用新型的镀膜阶段：镀膜室1内部设置柱状阴极电弧源3，仍然接弧电源5的负极，镀膜室接弧电源5的正极。在开启两层旋靶管型柱状非平衡磁控溅射靶9进行常规镀膜的同时，也开启弧电源，镀膜室内部的柱状阴极电弧源3也向工件镀膜。当柱状阴极弧源3的靶材成分和柱状磁控溅射靶9靶材的成分相同时，柱状阴极弧源3镀出的膜层可以增加膜层厚度，当二者的成分不相同时，可以获得纳米多层膜。柱状阴极弧源所镀的膜层是纳米多层膜中的一个间隔层。

在本实用新型中，在镀膜的过程中，镀膜室中部的柱状阴极电弧源产生的高密度的等离子体使磁控溅射所镀的膜层原子电离，提高膜层的金属离化率，起到辅助沉积作用。所以设置在镀膜室中部的阴极电弧源既是清洗源、镀膜源，又是离化原。

实施例3.

本实用新型提供一种磁控溅射镀膜机。在镀膜室周边安装平面磁控溅射靶、镀膜室内安装工件转架、在镀膜室中部设置柱状阴极电弧源，镀膜室周边设置水冷阳极。

图5所示的为本实施例安装平面磁控溅射靶镀膜机的主视图，图6为沿AA线的剖视图。可以看出，在镀膜室1壁上安装平面磁控溅射靶10。在镀膜室的中部设置柱状阴极电弧源3，镀膜室1周边设置水冷阳极4。

本实用新型的清洗工件阶段：镀膜室1的中部的柱状阴极电弧3接弧电源5的负极，水冷阳极4接弧电源5的正极。启动弧电源以后，阴阳极之间产生的弧光，等离子体中的电子流穿过工件向阳极加速运动的过程中，把工件周围的氩气电离，用高密度的氩离子流马上轰击清洗工件。其清洗过程和效果和实施例-2相同。

在本实用新型镀膜阶段：镀膜室内部的柱状阴极电弧源3仍然接弧电源5的负极，镀膜室改接弧电源5的正极。开启镀膜室周边的平面磁控溅射靶10进行常规镀膜的同时，也启动弧电源5，镀膜室内部的柱状阴极电弧源也开始向工件镀膜。其镀膜过程和作用也与实施例-2相同。

在柱弧源参与镀膜的过程中，柱弧源产生的高密度的等离子体中的电子流把磁控溅射所镀的膜层原子电离，提高膜层的金属离化率。对磁控溅射镀膜过程产生辅助沉积作用。

在本实用新型中，镀膜室中间设置的柱状阴极电弧源是轰击清洗源，镀膜源和辅助沉积源。

在安装以上三种镀膜源的镀膜机中，利用设置在工件两侧的阴极和阳极产生弧光放电后，发射的高密度的电子流把氩气电离，利用低能量、高密度的氩离子流清洗工件，既是优越的弧光等离子体清洗源，又是镀膜源和磁控溅射镀膜过程的辅助沉积源。

Claims (10)

1.一种设置固体弧光等离子体清洗源的镀膜机，镀膜机本体包括镀膜室、镀膜室内设置镀膜源、工件转架和固体弧光等离子体清洗源；其特征是固体弧光等离子体清洗源的阴极和阳极设置在工件转架的两侧。

2.根据权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：所述的镀膜机本体是阴极电弧离子镀膜机，所述镀膜源是镀膜室周边安装的小平面圆形阴极电弧源、矩形平面大弧源或旋靶管型柱状阴极电弧源。

3.根据权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：所述的镀膜机本体是磁控溅射镀膜机，所述镀膜源为在工件转架外周边设置一层旋靶管型柱状磁控溅射靶，相邻两个旋靶管型柱状磁控溅射靶内的磁控结构的磁极性反向排列，形成周向闭合磁场。

4.根据权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：所述的镀膜机本体是磁控溅射镀膜机，所述镀膜源为在工件转架外周边和内周设置两层旋靶管型柱状磁控溅射靶，相邻两个旋靶管型柱状磁控溅射靶内的磁控结构的磁极性反向排列，形成多方位闭合磁场。

5.根据权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：所述的镀膜机本体是磁控溅射镀膜机，所述镀膜源是在镀膜室周边安装的平面磁控溅射靶，相邻两个平面磁控溅射靶内磁控结构的磁极性反向排列，形成闭合磁场。

6.根据权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：所述的固体弧光等离子体清洗源的阴极和阳极设置在工件转架的两侧。

7.根据权利要求2或6所述的镀膜机，其特征在于：所述的镀膜机是阴极电弧离子镀膜机，所述镀膜室周边的阴极电弧源本身是固体弧光等离子体清洗源的阴极，镀膜室中部设置水冷阳极。

8.根据权利要求3或6所述的镀膜机，其特征在于：所述的镀膜机是单层旋靶管型柱状磁控溅射靶镀膜机，镀膜室中部设置的柱状阴极电弧源是固体弧光等离子体清洗源的阴极，镀膜室周边设置水冷阳极。

9.根据权利要求4或6所述的镀膜机，其特征在于：所述的镀膜机是双层旋靶管型柱状磁控溅射靶镀膜机，镀膜室中部设置的柱状阴极电弧源是固体弧光等离子体清洗源的阴极，镀膜室周边设置水冷阳极。

10.根据权利要求5或6所述的镀膜机，其特征在于：所述的镀膜机是平面靶磁控溅射镀膜机，镀膜室中部设置的柱状阴极电弧源是固体弧光等离子体清洗源的阴极，镀膜室周边设置水冷阳极。