CN2846439Y - 柱状阴极复合离子镀膜设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柱状阴极复合离子镀膜设备，要解决的技术问题是有效防止柱状电弧离子源与磁控溅射源之间的相互污染，并扩大镀膜室内的装炉量，本实用新型采用以下技术方案：一种柱状阴极复合离子镀膜设备，镀膜室体内设有柱状阴极和工件转架，所述镀膜室体侧面设有凸腔，凸腔内设置侧面柱状阴极，侧面柱状阴极朝向镀膜室体中央一侧设有活动挡板，本实用新型与现有技术相比，柱状阴极设置在镀膜室体侧面的凸腔内，侧面柱状阴极朝向镀膜室体中央一侧设有活动挡板，实现了各柱状阴极之间有效屏蔽，避免了各柱状阴极之间的相互污染，减小阴极所占的镀膜室体内的空间，扩大了装炉量，提高了生产率。

Description

柱状阴极复合离子镀膜设备

技术领域

本实用新型涉及一种具有复合功能的物理气相沉积装置。

背景技术

柱弧离子镀是电弧离子镀技术的一种，放电阴极为柱状，又称柱状电弧靶，柱靶磁控溅射是磁控溅射技术的一种，放电阴极为柱状，又称柱状磁控溅射靶。电弧离子镀技术中用到的柱状电弧靶和磁控溅射技术中用到的柱状磁控溅射靶统称为柱状阴极。通过对磁场的控制和旋转机构，使柱状阴极与控制磁场做相对运动，可解决平面阴极在使用过程中存在的一些缺陷。柱弧离子镀与传统的多弧离子镀相比具有如下优点：靶材利用率高；镀膜均匀性好；直接水冷，冷却效果好，便于增加放电功率；一个柱状电弧靶的放电功率抵得上多个多弧靶的放电功率，可有效降低电弧源控制的复杂程度；靶材放电面积大，冷却充分，工作过程中靶材表面局部受热程度小，在合适的控制磁场及镀膜工艺条件下，靶材表面蒸发的液滴偏小偏少，镀层质量高。柱靶磁控溅射与传统的平面靶磁控溅射相比具有如下优点：靶材利用率高；镀膜均匀性好；直接水冷，冷却效果好，便于增加溅射功率，提高沉积速度；应用于反应溅射镀膜时，可有效减轻靶中毒程度及异常放电现象。磁控溅射与电弧离子镀相比，存在着离化率低、膜基结合强度差的缺点。电弧离子镀与磁控溅射相比，镀层中存在大量液滴，致密性不好。在科研和生产领域，将两种技术结合起来，进行复合镀膜的尝试一直在不断进行，但至今没有找到有效的方法来防止阴极之间的互相污染，并且在节省镀膜室空间、扩大装炉量的问题上人们也一直在进行探索。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种柱状阴极复合离子镀膜设备，要解决的技术问题是有效防止柱状电弧离子源与磁控溅射源之间的相互污染，并扩大镀膜室内的装炉量。

本实用新型采用以下技术方案：一种柱状阴极复合离子镀膜设备，镀膜室体内设有柱状阴极和工件转架，所述镀膜室体侧面设有凸腔，凸腔内设置侧面柱状阴极，侧面柱状阴极朝向镀膜室体中央一侧设有活动挡板。

本实用新型的镀膜室体中央设有中央柱状阴极，工件转架设置在中央柱状阴极外围圆周上。

本实用新型的工件转架沿中央柱状阴极外围圆周公转，并绕自身轴线自转。

本实用新型凸腔的截面形状是弧形或矩形。

本实用新型的凸腔固定联接在镀膜室体上或可拆卸连接在镀膜室体上。

本实用新型的侧面柱状阴极是柱状磁控溅射靶或柱状电弧靶。

本实用新型的中央柱状阴极是柱状磁控溅射靶或柱状电弧靶。

本实用新型侧面柱状阴极的靶管连接有旋转机构，靶管内的柱形磁靴沿圆周方向在朝向镀膜室体中央一侧装有磁铁。

本实用新型中央柱状阴极的靶管连接有旋转机构，靶管内的柱形磁靴沿圆周方向装有磁铁。

本实用新型的中央柱状阴极的靶管内的柱形磁靴沿圆周方向装有磁铁，柱形磁靴与其安装的磁铁连接有旋转机构。

本实用新型与现有技术相比，柱状阴极设置在镀膜室体侧面的凸腔内，侧面柱状阴极朝向镀膜室体中央一侧设有活动挡板，实现了各柱状阴极之间有效屏蔽，避免了各柱状阴极之间的相互污染，减小阴极所占的镀膜室体内的空间，扩大了装炉量，提高了生产率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构平面示意图。

图2是本实用新型实施例的柱状阴极截面(一)示意图。

图3是本实用新型实施例的柱状阴极截面(二)示意图。

图4是本实用新型实施例的结构纵向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型的柱状阴极复合离子镀膜设备包括镀膜室体2，与镀膜室体2连接的真空系统1和充气系统7，镀膜室体2内的工件转架5和加热管6、侧面柱状阴极3和活动挡板9、中央柱状阴极4以及电源及控制系统8。真空系统1通过法兰及与法兰连接的抽气管道与镀膜室体2相连，为镀膜室提供小于1×10^-2Pa的本底真空，并与充气系统7一起提供镀膜过程中所需的工作压力。镀膜室体2为立式圆柱形结构，侧面设有凸腔，凸腔的截面形状可以是弧形的，也可以是矩形的；凸腔可以是焊接在镀膜室体2上的，也可以是通过法兰连接在镀膜室体2上的。充气系统7通过流量计和电磁阀向镀膜室体2内提供所需的工作气体，工作气体可以是氩、氮、氧、乙炔或甲烷。侧面柱状阴极3和活动挡板9安装在镀膜室体2侧面的凸腔内，与镀膜室体2绝缘，数量为四个，也可根据镀膜工艺的需要设置为二至六个。为尽可能减少侧面柱状阴极3和活动挡板9占用镀膜室空间，以增大装炉量，侧面柱状阴极3和活动挡板9的最外缘不超过镀膜室体2的内壁位置，镀膜方向朝向镀膜室体2中央。中央柱状阴极4安装于镀膜室体2中央，与镀膜室体2绝缘，镀膜方向朝向镀膜室体2四周。工件转架5安装在侧面柱状阴极3与中央柱状阴极4之间、与中央柱状阴极4同轴的圆形轨道上，沿圆形轨道公转并绕自身的轴线自转，以保证镀膜的均匀性，工件转架5与镀膜室体2绝缘，最外缘与中央柱状阴极4之间的最小距离为7cm，数量为四个，也可根据镀膜工艺的需要设置为二至十六个，工件转架5接偏压电源，根据工艺需要可加0～2000V的偏压进行镀前辉光清洗工件以及镀膜过程中的偏压沉积。加热管6安装在镀膜室体2四周，与镀膜室体2绝缘，根据工艺需要可对镀膜室体2以及待镀工件进行加热。真空系统1的开关、镀膜室体2的真空测量、侧面柱状阴极3及中央柱状阴极4所用的电源、工件转架5所接的偏压电源、加热管6的加热、测温及温控、充气系统7的供气等都由电源及控制系统8提供电源与控制。

侧面柱状阴极和中央柱状阴极既可以是柱状电弧靶、也可以是柱状磁控溅射靶或其组合。柱状阴极的组合方式有如下五种：多个柱状磁控溅射靶复合；多个状柱电弧靶复合；单个柱状磁控溅射靶与多个状柱电弧靶复合；单个状柱电弧靶与多个柱状磁控溅射靶复合；多个柱状磁控溅射靶与多个状柱电弧靶复合。

侧面柱状阴极附近设置了活动挡板9，活动挡板9为可绕侧面柱状阴极靶3轴线旋转的薄金属板。控制活动挡板9开关的把手在镀膜室体2外，通过密封结构与活动挡板9相连，把手的动作可以手动完成，也可以通过电机带动来完成。活动档板9主要有如下用途：1、侧面柱状阴极3预放电时调整活动档板9，把对着工件放电的阴极区域完全遮挡起来，防止侧面柱状阴极3预放电时工件被镀上质量不高的膜层；2、正常工作时，同处一个镀膜室的多个柱状阴极不一定全部放电镀膜，此时为了保证非工作侧面柱状阴极3不被其它工作柱状阴极镀上膜而造成靶材表面污染，可用档板把非工作侧面柱状阴极3遮挡起来。

如图2所示，侧面柱状阴极3采用靶管31旋转、磁场系统静止的结构方式，靶管内的柱形磁靴32沿圆周方向在朝向镀膜室中央一侧180°角内镶嵌安装磁铁33，工作时，朝向镀膜室中央一侧的180°角内构成沿轴向封闭的放电区域，加大对靶材的刻蚀能量，背向镀膜室一侧的靶材因为无磁场控制，被刻蚀掉的靶材少，有效节省了靶材。

如图3所示，中央柱状阴极4既可以采用靶管41旋转、磁场系统静止的工作方式，也可以采用靶管41静止、磁场系统旋转的工作方式，靶管41内的柱形磁靴42沿圆周方向360°角内镶嵌安装磁铁43，放电时构成一个(对于柱状电弧靶)或多个(对于柱状磁控溅射靶)封闭的沿轴向封闭的放电区域，可沿圆周方向在360°角内对工件进行离子镀膜。柱状阴极的两种结构与工作方式都形成了靶管与控制磁场的相对运动，适当调整磁场强度、磁铁布置方式以及靶管与控制磁场的相对运动速度，一方面可以保证靶材沿轴向和周向被均匀刻蚀、提高靶材利用率；另一方面对磁控溅射而言可以有效避免镀膜过程中靶表面中毒以及异常放电的发生，对柱弧离子镀而言减少液滴蒸发，提高镀膜工艺稳定性和镀层质量。

如图4所示，立式圆柱形镀膜室体2的左右两侧焊接有两个圆弧形凸腔。一柱状阴极3和活动挡板9安装在左侧凸腔内，接电源E₁；另一柱状阴极3和活动挡板9安装在右侧凸腔内，接电源E₃。中央柱状阴极4安装在镀膜室体2中心，接电源E₂。工件转架5安装在镀膜室体2侧面柱状阴极3和中央柱状阴极4之间，接偏压电源E₄，可进行公自转镀膜。

实施例一：制备TiN+Au膜。侧面柱状阴极3选柱状电弧靶，靶材为Ti；中央柱状阴极4选柱状磁控溅射靶，靶材为Au；工作气体为氩气，反应气体为氮气。镀膜室体2内达到镀膜所需真空度和温度后，先通氩气并调整偏压电源E₄对工件进行辉光清洗；然后关闭活动挡板9，调整电源E₁和电源E₃使侧面柱状阴极3进行预放电，放电参数稳定后，打开活动挡板9，调整氩气、氮气量和偏压电源E₄在工件上制备TiN膜；TiN膜达到所需厚度后，调整电源E₂在工件表面已沉积的TiN膜上接着制备Au膜。为了提高TiN膜和Au膜的结合力，可在TiN膜和Au膜共同沉积一段时间后再停止侧面柱状阴极3的放电并关断氮气以沉积纯Au膜。

实施例二：制备TiN+AlTiN膜。侧面柱状阴极3选柱状电弧靶，靶材为Ti；中央柱状阴极4选柱状电弧靶，靶材为Al；工作气体为氩气，反应气体为氮气。镀膜室体2内达到镀膜所需真空度和温度后，先通氩气并调整偏压电源E₄对工件进行辉光清洗；然后关闭活动挡板9，调整电源E₁和电源E₃使侧面柱状阴极3进行预放电，放电参数稳定后，打开活动挡板9，调整氩气、氮气量和偏压电源E₄在工件上制备TiN膜；TiN膜达到所需厚度后，调整电源E₂使中央柱状阴极4也放电，结合侧面柱状阴极3共同在工件上沉积AlTiN膜。通过调整三个柱状阴极的放电电流，可以获得不同Al含量和Ti含量的AlTiN膜。

Claims (10)

1.一种柱状阴极复合离子镀膜设备，镀膜室体内设有柱状阴极和工件转架，其特征在于：所述镀膜室体侧面设有凸腔，凸腔内设置侧面柱状阴极，侧面柱状阴极朝向镀膜室体中央一侧设有活动挡板。

2.根据权利要求1所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述镀膜室体中央设有中央柱状阴极，工件转架设置在中央柱状阴极外围圆周上。

3.根据权利要求2所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述工件转架沿中央柱状阴极外围圆周公转，并绕自身轴线自转。

4.根据权利要求3所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述凸腔的截面形状是弧形或矩形。

5.根据权利要求4所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述凸腔固定联接在镀膜室体上或可拆卸连接在镀膜室体上。

6.根据权利要求5所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述侧面柱状阴极是柱状磁控溅射靶或柱状电弧靶。

7.根据权利要求6所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述中央柱状阴极是柱状磁控溅射靶或柱状电弧靶。

8.根据权利要求7所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述侧面柱状阴极的靶管连接有旋转机构，靶管内的柱形磁靴沿圆周方向在朝向镀膜室体中央一侧装有磁铁。

9.根据权利要求8所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述中央柱状阴极的靶管连接有旋转机构，靶管内的柱形磁靴沿圆周方向装有磁铁。

10.根据权利要求8所述的柱状阴极复合离子镀膜设备，其特征在于：所述中央柱状阴极的靶管内的柱形磁靴沿圆周方向装有磁铁，柱形磁靴与其安装的磁铁连接有旋转机构。

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