一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统及镀膜方法技术方案

本实现新型提供了一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统及方法，该系统包括真空腔室，该真空腔室内设置有柱弧机构、圆弧机构、工件载体以及加热件，利用柱弧靶材与第一引弧针触碰通过第一弧电源产生大量的电子对真空腔室内的Ar气进行电离产生大量的Ar正离子对工件载体上的工件进行全面均匀的刻蚀，解决工件无法全面均匀刻蚀的技术问题，该方法对工件进行真空刻蚀时，柱弧机构作为引弧阴极，对真空腔室内的气体进行起弧辉光，圆弧机构作为辅助阳极对电子进行加速使产生更多的Ar正离子对工件进行均匀刻蚀，而在对工件进行真空镀膜时，柱弧机构与圆弧机构均作为镀膜靶材对工件进行多弧离子镀膜，解决工件均匀刻蚀与均匀镀膜的技术问题。

An ion source multi arc column arc composite PVD coating system and coating method

This paper presents a new type of ion source multi-arc-arc composite PVD coating system and method. The system includes a vacuum chamber, which is equipped with a cylinder-arc mechanism, an arc mechanism, a workpiece carrier and a heating element. The vacuum chamber generates a large number of electrons through the first arc power supply by touching the cylindrical arc target with the first arc-triggering needle. Indoor AR gas ionization produces a large number of Ar positive ions to etch the workpiece on the workpiece carrier in an all-round and uniform way, which solves the technical problem that the workpiece can not be etched in an all-round and uniform way. In this method, when the workpiece is etched in vacuum, the cylindrical arc mechanism acts as the arc cathode to arc glow the gas in the vacuum chamber, and the circular arc mechanism acts as the arc The acceleration of electrons as an auxiliary anode can produce more Ar positive ions to uniformly etch the workpiece. When vacuum coating is carried out on the workpiece, the cylindrical arc mechanism and the circular arc mechanism are used as the target material for multi-arc ion coating on the workpiece to solve the technical problems of uniform etching and uniform coating on the workpiece.

【技术实现步骤摘要】
一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统及镀膜方法
本专利技术涉及真空镀膜
，具体为一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统及镀膜方法。
技术介绍
在真空腔室内对工件进行真空镀膜之前，需要去除工件表面的杂气、水气以及氧化的杂质等，该过程称之为刻蚀，而常规的真空镀膜设备通常是利用加热元件对真空腔室进行加热，之后往真空腔室内输入2～6bar的Ar气，再通过对真空腔室加载600～1000V的偏置电压，使真空腔室内的Ar电离形成Ar正离子与电子，利用Ar正离子对工件的表面进行撞击，去除工件表面的杂质，但是上述方式，由于加载的偏置电压过高，容易造成真空腔室内产生打火的现象，伤害工件，且由于输入的Ar气量过大，而Ar离化率不高，无法去除工件表面的氧化杂质，更无法对工件中存在的沟壑进行刻蚀，只能对工件表面的杂气与水气进行清洗。还有一种方式是利用类似离子抢一类的离子源，对真空腔室内发射电子，电子在行进的过程中对真空腔室内的Ar气进行撞击，使Ar气产生Ar正离子形成等离子束，利用Ar正离子形成的等离子束对工件的表面进行轰击，但是该方式无法使Ar气大量离化，必须通过设置辅助阳极，利用辅助阳极对电子进行加速，增加Ar气的离化率，但是离子源的阴极采用钨管或者钽管作为阴极，一旦电流过大，就会烧断，产生的电子数量有限，无法产生大面积的离化Ar正离子，只能将Ar正离子集束对工件上的一点进行刻蚀，去除工件上的氧化物与其他杂质。在专利号为CN200910083508.1的专利技术专利中，公开了一种多功能离子束溅射沉积与刻蚀设备，包括：一真空腔室；一溅射沉积与刻蚀工件台，设置于该真空腔室的顶部正中位置，其下表面与水平面平行；一刻蚀离子源，设置于该真空腔室的底部正中位置，与溅射沉积与刻蚀工件台相对；二溅射靶台，设置于该真空腔室的下部，左右对称于该刻蚀离子源发射的离子束所在的方向；二溅射离子源，设置于该真空腔室的中部，左右对称于该刻蚀离子源发射的离子束所在的方向，发射的离子束与溅射靶台上装载的一个靶材表面成45℃角；一辅助清洗离子源，设置于该真空腔室的中部，发射的离子束与该溅射沉积与刻蚀工件台下表面成30℃角。该设备兼备各种功能，可用于介质和金属材料的溅射沉积刻蚀抛光减薄和热处理。上述专利就是利用离子源产生电子对Ar进行电离，将Ar正离子进行集束后对工件进行刻蚀，但是由于离子源产生电子量少，其只能进行点刻蚀，无法进行全面的均匀的刻蚀。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供了一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统，利用柱弧靶材与第一引弧针触碰通过第一弧电源产生大量的电子对真空腔室内的Ar气进行电离产生大量的Ar正离子对工件载体上的工件进行全面均匀的刻蚀，解决工件无法全面均匀刻蚀的技术问题，同时实现刻蚀的柱弧机构与圆弧机构又能进行真空镀膜，功能完善。为实现上述目的，一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统，包括机体，该机体1内设置有真空腔室，该真空腔室为密闭空间，且该真空腔室上开设有进气口与排气口，还包括：柱弧机构，所述柱弧机构设置于所述真空腔室横向上的任一一侧，其包括设置于所述真空腔室内的柱形靶材，设置于所述真空腔室外带动柱形靶材旋转的旋转件，设置于所述柱形靶材一侧可与该柱形靶材旋转触碰的第一引弧针，环形罩设于所述柱形靶材与第一引弧针外的防护罩，该防护罩开设有缺口，所述柱形靶材与所述第一引弧针之间设置有第一弧电源，该第一弧电源的负极与所述柱形靶材连接，其正极连接所述第一引弧针与所述真空腔室的外侧壁；圆弧机构，所述圆弧机构至少为一个，其设置于所述柱弧机构对侧的所述真空腔室的内壁上，其与所述柱形靶材之间设置有阳极电源，该阳极电源的负极与所述柱形靶材连接，其正极与所述圆弧机构连接；工件载体，所述工件载体设置于所述柱弧机构与所述圆弧机构之间，其旋转设置于所述真空腔室内，且其与所述真空腔室的外壁之间连接设置有偏置电源，该偏置电源的负极与所述工件载体连接，其正极与所述真空腔室的外壁连接；加热件，至少一个所述加热件设置于所述真空腔室内，其设置于所述真空腔室纵向上的的任一一侧的侧壁上；真空泵组，所述真空泵组与所述排气口连通设置，其对所述真空腔室进行抽真空处理，其包括依次连接组合的分子泵、罗兹泵与机械泵，所述分子泵连接所述排气口；供气机构，所述供气机构与所述进气口连通设置，其对所述真空腔室供气处理，其包括若干的储气瓶；以及冷却机构，所述冷却机构设置于所述机体的外侧，其对所述柱形靶材进行冷却处理，其包括冷却塔、冷水机以及与冷却管道。作为改进，所述柱弧机构还包括：循环冷却接头，所述循环冷却接头设置于所述柱形靶材的顶部，其上并排设置有进液口与出液口，该循环冷却接头的一端与所述柱形靶材内的冷却流道连通，其另一端与所述冷却管道连通；电阻件，所述电阻件设置于所述第一引弧针与第一弧电源连接的线路上；以及旋转动力件，所述旋转动力件与所述真空腔室的外壁固定连接，其驱动所述所述第一引弧针旋转与所述柱形靶材触碰。作为改进，所述防护罩与所述真空腔室转动连接，其内壁上设有棘轮，该棘轮与所述第一引弧针上连接的棘爪拨动配合。作为改进，所述棘爪与所述棘轮每配合拨动一次，所述防护罩旋转180°。作为改进，所述圆弧机构包括：圆形靶材，所述圆形靶材固定设置于所述真空腔室的内壁上，其与所述阳极电源连接；第二引弧针，所述第二引弧针伸缩设置于所述圆形靶材的一侧，且其与所述圆形靶材可触碰设置；第二弧电源，所述第二弧电源设置于所述圆形靶材与所述真空腔室之间，其负极与所述圆形靶材相连，且其正极与所述真空腔室的外侧壁相连。作为改进，所述圆形靶材与所述阳极电源连接的线路上设置有第一电源开关，且所述圆形靶材与所述第二弧电源连接的线路上设置有第二电源开关。作为改进，所述加热件为对称设置，其对称设置于所述工件载体的两侧。作为改进，所述供气机构还包括：波纹软管，若干的所述波纹软管与所述储气瓶一一对应设置，其两端分别连接所述进气口与所述储气瓶；压力表，若干的所述压力表设置于对应的所述波纹软管上，其对侧设置有减压阀；球阀，所述球阀设置于对应的所述波纹软管上，其控制所述波纹软管的通断。本专利技术的镀膜系统有益效果在于：(1)本专利技术通过利用柱弧靶材与第一引弧针触碰通过第一弧电源施加大电流产生大量的电子对真空腔室内的Ar气进行电离产生大量的Ar正离子对工件载体上的工件进行全面均匀的刻蚀，实现工件全面均匀刻蚀的技术问题，同时实现刻蚀的柱弧机构与圆弧机构又能进行真空镀膜，功能完善；(2)本专利技术可以利用低电压就能实现真空腔室内Ar气体的电离，电离出Ar正离子对工件进行碰撞刻蚀，避免了施加高压电源对Ar气进行电离，进而避免高压电源的电压过高带来的工件打火，对工件造成伤害；(3)本专利技术通过还可以有效的避免偏置电源过高带来的对尖锐工件尖端处产生的尖端效应，即高压电弧会像闪电与避雷针一样，向尖端处聚集，导致工件尖端处聚集过多的电弧，损毁工件；(4)本专利技术不仅能通过Ar正离子撞击工件表面去除工件表面的杂气、水气与氧化物质，并且由于其电离出的电子量多，可以减少通入的Ar气的量，就能获得大量的Ar正离子，因此，减少了Ar气体原子对Ar正离子的阻挡，可以对工件沟壑内的杂质进行撞击去除；(5)本专利技术中的柱弧机构在进行刻蚀时作为电子发生器，圆弧机构作为电子加速器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统，包括机体(1)，该机体(1)内设置有真空腔室(11)，该真空腔室(11)为密闭空间，且该真空腔室(11)上开设有进气口(12)与排气口(13)，其特征在于，还包括：柱弧机构(2)，所述柱弧机构(2)设置于所述真空腔室(11)横向上的任一一侧，其包括设置于所述真空腔室(11)内的柱形靶材(20)，设置于所述真空腔室(11)外带动柱形靶材(20)旋转的旋转件(21)，设置于所述柱形靶材(20)一侧可与该柱形靶材(20)旋转触碰的第一引弧针(23)，环形罩设于所述柱形靶材(20)与第一引弧针(23)外的防护罩(24)，该防护罩(24)开设有缺口(241)，所述柱形靶材(20)与所述第一引弧针(23)之间设置有第一弧电源(25)，该第一弧电源(25)的负极与所述柱形靶材连接，其正极连接所述第一引弧针(23)与所述真空腔室(11)的外侧壁；圆弧机构(3)，所述圆弧机构(3)至少为一个，其设置于所述柱弧机构(2)对侧的所述真空腔室(11)的内壁上，其与所述柱形靶材(20)之间设置有阳极电源(30)，该阳极电源(30)的负极与所述柱形靶材(20)连接，其正极与所述圆弧机构(3)连接；工件载体(4)，所述工件载体(4)设置于所述柱弧机构(2)与所述圆弧机构(3)之间，其旋转设置于所述真空腔室(11)内，且其与所述真空腔室(11)的外壁之间连接设置有偏置电源(40)，该偏置电源(40)的负极与所述工件载体(4)连接，其正极与所述真空腔室(11)的外壁连接；加热件(5)，至少一个所述加热件(5)设置于所述真空腔室(11)内，其设置于所述真空腔室(11)纵向上的的任一一侧的侧壁上；真空泵组(6)，所述真空泵组(6)与所述排气口(13)连通设置，其对所述真空腔室(11)进行抽真空处理，其包括依次连接组合的分子泵(61)、罗兹泵(62)与机械泵(63)，所述分子泵(61)连接所述排气口(13)；供气机构(7)，所述供气机构(7)与所述进气口(12)连通设置，其对所述真空腔室(11)供气处理，其包括若干的储气瓶(71)；以及冷却机构(8)，所述冷却机构(8)设置于所述机体(1)的外侧，其对所述柱形靶材(20)进行冷却处理，其包括冷却塔(81)、冷水机(82)以及与冷却管道(83)。...

【技术特征摘要】
1.一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统，包括机体(1)，该机体(1)内设置有真空腔室(11)，该真空腔室(11)为密闭空间，且该真空腔室(11)上开设有进气口(12)与排气口(13)，其特征在于，还包括：柱弧机构(2)，所述柱弧机构(2)设置于所述真空腔室(11)横向上的任一一侧，其包括设置于所述真空腔室(11)内的柱形靶材(20)，设置于所述真空腔室(11)外带动柱形靶材(20)旋转的旋转件(21)，设置于所述柱形靶材(20)一侧可与该柱形靶材(20)旋转触碰的第一引弧针(23)，环形罩设于所述柱形靶材(20)与第一引弧针(23)外的防护罩(24)，该防护罩(24)开设有缺口(241)，所述柱形靶材(20)与所述第一引弧针(23)之间设置有第一弧电源(25)，该第一弧电源(25)的负极与所述柱形靶材连接，其正极连接所述第一引弧针(23)与所述真空腔室(11)的外侧壁；圆弧机构(3)，所述圆弧机构(3)至少为一个，其设置于所述柱弧机构(2)对侧的所述真空腔室(11)的内壁上，其与所述柱形靶材(20)之间设置有阳极电源(30)，该阳极电源(30)的负极与所述柱形靶材(20)连接，其正极与所述圆弧机构(3)连接；工件载体(4)，所述工件载体(4)设置于所述柱弧机构(2)与所述圆弧机构(3)之间，其旋转设置于所述真空腔室(11)内，且其与所述真空腔室(11)的外壁之间连接设置有偏置电源(40)，该偏置电源(40)的负极与所述工件载体(4)连接，其正极与所述真空腔室(11)的外壁连接；加热件(5)，至少一个所述加热件(5)设置于所述真空腔室(11)内，其设置于所述真空腔室(11)纵向上的的任一一侧的侧壁上；真空泵组(6)，所述真空泵组(6)与所述排气口(13)连通设置，其对所述真空腔室(11)进行抽真空处理，其包括依次连接组合的分子泵(61)、罗兹泵(62)与机械泵(63)，所述分子泵(61)连接所述排气口(13)；供气机构(7)，所述供气机构(7)与所述进气口(12)连通设置，其对所述真空腔室(11)供气处理，其包括若干的储气瓶(71)；以及冷却机构(8)，所述冷却机构(8)设置于所述机体(1)的外侧，其对所述柱形靶材(20)进行冷却处理，其包括冷却塔(81)、冷水机(82)以及与冷却管道(83)。2.根据权利要求1所述的一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统，其特征在于，所述柱弧机构(2)还包括：循环冷却接头(26)，所述循环冷却接头(26)设置于所述柱形靶材(20)的顶部，其上并排设置有进液口(261)与出液口(262)，该循环冷却接头(26)的一端与所述柱形靶材(20)内的冷却流道(211)连通，其另一端与所述冷却管道(83)连通；电阻件(27)，所述电阻件(27)设置于所述第一引弧针(23)与第一弧电源(25)连接的线路上；以及旋转动力件(28)，所述旋转动力件(28)与所述真空腔室(11)的外壁固定连接，其驱动所述所述第一引弧针(23)旋转与所述柱形靶材(20)触碰。3.根据权利要求1所述的一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统，其特征在于，所述防护罩(24)与所述真空腔室(11)转动连接，其内壁上设有棘轮(242)，该棘轮(242)与所述第一引弧针(23)上连接的棘爪(231)拨动配合。4.根据权利要求3所述的一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统，其特征在于，所述棘爪(231)与所述棘轮(242)每配合拨动一次，所述防护罩(24)旋转180°。5.根据权利要求1所述的一种离子源多弧柱弧复合PVD镀膜系统，其特征在于，所述圆弧机构(3)包括：圆形靶材(31)，所述圆形靶材(31)固定设置于所述真空腔室(11)的内壁上，其与所述阳极电源(30)连接；第二引弧针(32)，所述第二引弧针(32)伸缩设置于所述圆形靶材(31)的一侧，且其与所述圆形靶材(31)可触碰设置；第二弧电源(33)，所述第二弧电源(33)设置于所述圆形靶材(31)与所述真空腔室(11)之间，其负极与所述圆形靶材(31)相连，且其正极与所述真空腔室(11)的外侧壁相连。6.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王叔晖，沈平，孟庆学，
申请(专利权)人：法德浙江机械科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33