CN213142170U - 磁控溅射和离子束集成式镀膜设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，包括真空室、工件台、偏压电源，所述真空室上设置有分布于工件台四周的磁控溅射靶及离子束源，所述离子束源均成对设置，每对离子束源分布于工件台相对的两侧。本方案将磁控溅射与离子束整合在一套设备中，相对布置的离子束源可以从工件的两侧提供离子源，从而可以有效避免离子束分布不均匀造成的不同距离的工件沉积质量不一的问题，保证了薄膜的一致性，改善沉积的稳定性。同时，使用离子束辅助磁控溅射，改变了非平衡磁控溅射工作压力范围，解决了溅射靶不能在较低的气压下稳定工作的弊端，使得其能在更高的真空度下稳定工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及薄膜加工设备领域，尤其是磁控溅射和离子束集成式镀膜设备。
背景技术
磁控溅射沉积技术用于表面工程领域内的材料改性和薄膜沉积，普通的磁控溅射装置采用阴极表面的磁场产生等离子体，其中离子在阴极电压的作用下轰击阴极材料形成溅射效应，所形成的沉积材料离子和原子扩散到被镀工件的表面沉积成薄膜形态，薄膜沉积的过程中等离子体密度影响沉积到工件表面的薄膜性能。
离子束辅助沉积是把离子束注入与气相沉积镀膜技术相结合的复合表面离子处理技术，也是离子束表面处理优化的新技术。
如申请号为02110192.2所示的结构，其将磁控溅射与离子束集成在一起以改善镀膜质量。
这种结构的问题在于：离子源置于容器的顶部，由于离子束在输送过程中随着距离越远，离子束的能量和离子浓度会出现损耗，导致离子源分布不均，因此远距离的工件上的薄膜的质量相较近距离的工件上的质量要差，导致镀膜质量的一致性相对较差。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种磁控溅射和离子束集成式镀膜设备。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，包括真空室、工件台、偏压电源，所述真空室上设置有分布于工件台四周的磁控溅射靶及离子束源，所述离子束源成对设置，每对离子束源分布于工件台相对的两侧。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述真空室的横截面形状为边数大于等于4的偶数的对称多边形。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述磁控溅射靶为1-6个。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述磁控溅射靶成对设置，且每对磁控溅射靶分布于工件台相对的两侧。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述磁控溅射靶为非平衡磁控溅射靶且它们形成闭合磁阱。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述磁控溅射靶连接的磁控溅射电源是直流溅射电源、中频溅射电源或双极性脉冲电源中的至少一种。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述磁控溅射靶外周设置有电磁线圈，所述电磁线圈连接电磁线圈电源。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，相邻磁控溅射靶的电磁线圈的磁场方向相反，相对的磁控溅射靶的电磁线圈的磁场方向相同。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述电磁线圈位于所述真空室外。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述离子束源为阳极层离子束源。
优选的，所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备中，所述离子束源形成的离子束可由上至下覆盖工件台的夹具，例如其可以是一个具有长离子束出口的离子束源或者，或工件台的每一侧的离子束源为多个，它们位置正对且具有高度差。
本实用新型技术方案的优点主要体现在：
本方案设计精巧，将磁控溅射与离子束整合在一套设备中，相对布置的离子束源可以从工件的两侧提供离子源，从而可以有效避免离子束分布不均匀造成的不同距离的工件沉积质量不一的问题，保证了薄膜的一致性，改善沉积的稳定性，同时，使用离子束辅助磁控溅射，改变了非平衡磁控溅射工作压力范围，解决了溅射靶不能在较低的气压下稳定工作的弊端，使得其能在更高的真空度下稳定工作。
本方案的真空室采用多边形结构，可以方便地对称设置溅射靶和离子束源，布置的灵活性好，稳定性佳。
本方案采用闭合场磁控溅射，并在磁控溅射靶上设置电磁线圈，可以增加磁场的闭合度，避免电子逃逸至真空室的腔体壁上，使真空室内等离子密度增加，偏压电流增加，有利于提高沉积速率，且获得的镀膜的材料晶粒更小、密度和硬度更高，成膜质量更佳。
本方案的电磁线圈设置在真空室外，有利于真空室内或得更佳的真空度及使用更高的温度，拓宽工作范围。
附图说明
图 1 是本实用新型的第一实施例的剖视图；
图 2 是本实用新型的第二实施例的示意图；
图 3是本实用新型的第三实施例的示意图。
具体实施方式
本实用新型的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本实用新型技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。
在方案的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。并且，在方案的描述中，以操作人员为参照，靠近操作者的方向为近端，远离操作者的方向为远端。
下面结合附图对本实用新型揭示的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备进行阐述，如附图1所示，其包括真空室1，所述真空室1可以是已知的各种镀膜设备的腔体的结构，例如其可以是圆柱体，优选的，所述真空室1的横截面（以垂直于其轴线的平面剖切形成的截面）为对称的多边形，例如边数大于等于4的偶数的对称多边形，具体的，其可以是四方形、六边形、八边形等，本实施例中，所述真空室1的横截面形状以四方形为例进行说明。
所述真空室1连接抽真空设备（图中未示出）以使真空室内达到镀膜所需的真空环境，所述抽真空设备为已知结构，此处不作赘述。
所述真空室1还连接供气设备（图中未示出），用于向真空室内提供反应气，其具体结构为已知技术，此处不作赘述。所供应气体可以是氩气、氮气、碳氢气体等。
所述真空室1内还设置有加热结构（图中未示出），用于进行加热，其具体结构为已知技术，此处不作赘述。
如附图1所示，所述真空室1还设置有工件台2，所述工件台2位于所述真空室1的中心位置，其包括放置及固定工件的夹具，同时，其还可以具有驱动夹具自转的结构，所述真空室1和工件台2分别连接偏压电源3。
如附图1所示，所述真空室1上设置有分布于工件台2四周的磁控溅射靶4及离子束源5，所述磁控溅射靶4及离子束源5均成对设置，每对所述磁控溅射靶4及每对离子束源5分布于工件台2相对的两侧，所述离子束源5相对设置可以有效地保证离子束分布的均匀性，避免离子束远距离输送后离子浓度降低造成局部沉积不均匀的问题。同时，改变了非平衡磁控溅射工作压力范围窄的缺点，使得整个设备的工作压力更加宽，工作稳定，解决了溅射靶不能在较低的气压下稳定工作的弊端。
所述磁控溅射靶4的数量可以根据需要设置，优选的方式中其数量在1-6个。本实施例中，如附图1所示，所述磁控溅射靶4为一对，它们分布于工件台2的上下两侧，它们均连接磁控溅射电源9，所述磁控溅射电源9是直流溅射电源、中频溅射电源或双极性脉冲电源中的一种。当所述磁控溅射电源采用直流溅射电源时，以所述磁控溅射靶为阴极，真空室1为阳极；当使用双极性脉冲电源，一对磁控溅射靶4互为阴阳极。
两个所述磁控溅射靶4可以是已知的各种溅射靶材并且它们可以形成闭合或非闭合磁场，优选它们为非平衡磁控溅射靶，并且，它们形成闭合磁阱8。
同时，为了增强磁场的闭合性，如附图1所示，在每个所述磁控溅射靶4的外周设置有电磁线圈6，所述电磁线圈6连接电磁线圈电源7，所述电磁线圈6的增加，有效地增强了溅射靶之间磁场的闭合程度，减少了电子逃逸到真空室腔1的体壁上，增加工件区域等离子体浓度，使得偏压电流增加，提升成膜速率，且获得的镀膜的材料晶粒更小、密度和硬度更高。
并且所述电磁线圈6可以设置在所述真空室1内，优选所述电磁线圈6位于所述真空室1外，可以避免电磁线圈的材料放气对真空获得及温度的干扰，有利于获得较高的极限真空及较高的加热温度。
所述离子束源5位于所述真空室1的左右两侧，当然，它们也可以分布在真空室1的上下两侧，而使所述磁控溅射靶4位于真空室1的左右两侧。所述离子束源5可以是已知的各种离子源，优选为阳极层离子束源，例如可以是产生纯离子的霍夫曼等。并且，所述离子束源5形成的离子束可覆盖工件台上的工件夹具，例如其具有一高度与所述工件夹具高度相当的离子束出口，或者，所述工件台2的每一侧的离子束源5为多个，它们位置正对且具有高度差，从而可以有效地覆盖一侧的全部工件。
实施例2
本实施例与实施例1的整体结构相近，如附图2所示，区别在于：本实施例中，所述真空室为六边形，所述磁控溅射靶4分布于所述真空室的右上、右下、左上、左下的四边上，同时，相邻两个所述磁控溅射靶4上的电磁线圈磁场方向相反，相对的所述磁控溅射靶4上的电磁线圈磁场方向相同。所述离子束源5分布与所述真空室1的上、下两侧。
实施例3
本实施例与实施例1、实施例2的整体结构相近，如附图3所示，区别在于：本实施例中，所述真空室1为八边形，所述磁控溅射靶4分布于所述真空室的上、下、右上、右下、左上、左下的六边上，同时，相邻两个所述磁控溅射靶4上的电磁线圈磁场方向相反，相对的所述磁控溅射靶4上的电磁线圈磁场方向相同。所述离子束源5分布与所述真空室1的左、右两侧。当然，在其他实施例中，所述真空室1的上、下两边或其他相对的两边的磁控溅射靶4，也可以设置为离子束源5。
本实用新型尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，包括真空室（1）、工件台（2）、偏压电源（3），其特征在于：所述真空室（1）上设置有分布于工件台（2）四周的磁控溅射靶（4）及离子束源（5），所述离子束源（5）成对设置，每对离子束源（5）分布于工件台（2）相对的两侧。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述真空室的横截面形状为边数大于等于4的偶数的对称多边形。
3.根据权利要求1所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述磁控溅射靶（4）为1-6个。
4.根据权利要求1所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述磁控溅射靶（4）成对设置，且每对磁控溅射靶（4）分布于工件台相对的两侧。
5.根据权利要求1所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述磁控溅射靶（4）为非平衡磁控溅射靶，且多个磁控溅射靶（4）形成闭合磁阱。
6.根据权利要求1所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述磁控溅射靶（4）连接的磁控溅射电源是直流溅射电源、中频溅射电源或双极性脉冲电源中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述磁控溅射靶（4）外周设置有电磁线圈（6），所述电磁线圈（6）连接电磁线圈电源（7）。
8.根据权利要求7所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述电磁线圈（6）位于所述真空室（1）外。
9.根据权利要求7所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述磁控溅射靶为多对，且相邻磁控溅射靶的电磁线圈的磁场方向相反，相对的磁控溅射靶的电磁线圈的磁场方向相同。
10.根据权利要求1-6任一所述的磁控溅射和离子束集成式镀膜设备，其特征在于：所述离子束源（5）形成的离子束可由上至下覆盖工件台的夹具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202020947870.0U CN213142170U (zh) | 2020-05-29 | 2020-05-29 | 磁控溅射和离子束集成式镀膜设备 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113564552A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种电磁分离式镀膜装置及方法 |
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2020
- 2020-05-29 CN CN202020947870.0U patent/CN213142170U/zh active Active
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| CN113564552A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-10-29 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种电磁分离式镀膜装置及方法 |
| US20230032184A1 (en) * | 2021-07-29 | 2023-02-02 | Lanzhou Institute Of Chemical Physics, Chinese Academy Of Sciences | Electromagnetic separation type coating device and method |
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