一种磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备及镀膜方法技术

本发明专利技术属于真空镀膜设备技术领域，具体涉及一种磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备及镀膜方法，包括一个或一个以上数目的磁场导向的真空弧磁过滤装置、弧源组件和真空镀膜腔室。本发明专利技术所使用的真空弧磁过滤装置采用直管状的过滤管道，其过滤的原理为采用挡板挡住大颗粒，而带电的离子则在第一线圈模组所形成的磁场作用下偏离过滤管道的中心线通过挡板与过滤管道内壁之间通道，其相比背景技术中所述的常规过滤装置所需的占用空间大大缩小，另外，在可调平行磁场或可调复合磁场或可调旋转磁场的作用下，可使离开过滤管道的离子束发生偏移，且偏移角度可调，因此，可大大增大一段时间内的沉积镀膜面积。内的沉积镀膜面积。内的沉积镀膜面积。

【技术实现步骤摘要】
一种磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备及镀膜方法


[0001]本专利技术属于真空镀膜设备
，具体涉及一种磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备及方法。

技术介绍

[0002]在真空阴极电弧等离子体沉积薄膜过程中，为了使薄膜表面均匀、光滑、清洁，提高薄膜的均匀性、致密性、结合力，必须消除等离子体中的大颗粒和杂质。现有技术中，常见的一种消除大颗粒和杂质的方式是在阴极靶材和样品之间设置过滤装置，即磁过滤阴极弧沉积技术，该技术是迄今为止去除效果最好、应用最广泛的抑制大颗粒的方法。过滤装置包括具有至少一段弯管或折弯处的过滤管道以及用于在过滤管道内腔形成磁场的线圈模组，带电粒子在磁场中受到洛伦兹力将沿管道中心线做螺旋运动，大颗粒一般不带电或带微量负电荷，但因其质量远高于离子和电子，所以基本不受电磁场影响，不带电的大颗粒保持直线运动，与过滤管道内壁发生碰撞，因此很难离开过滤管道。即使带少量负电的大颗粒也会因为拉莫尔半径过大，在螺旋运动时与过滤管道内壁发生碰撞。由于并非所有的大颗粒都能在与壁面的连续碰撞中失去动能，因此，会有一定数量的大颗粒通过管道出口，所以长而窄的过滤管道会有更高的大颗粒过滤效率。
[0003]虽然设置过滤装置可以提高薄膜的表面光洁度、清洁度、致密性和结合力，但是，如图1所示，带电粒子受限于过滤装置出口处的窗口面积，以及在过滤管道内作拉莫尔旋进运动使离子束束流聚束十分紧密，因此入真空室的离子束的截面面积较小，因此常用于小型样品零件的镀膜，而用于较大样品的镀膜，需要在镀膜过程中，移动样品，使样品的不同镀膜区域可以形成薄膜，但是这种情况所形成的薄膜厚度是很难保障均匀度的，且镀膜效率极低。
[0004]同时，长而窄的弯管过滤管道所需占用的空间较大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备。
[0006]本专利技术所采取的技术方案如下：一种磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备，包括一个或一个以上数目的磁场导向的真空弧磁过滤装置、弧源组件和真空镀膜腔室;真空弧磁过滤装置，包括过滤管道，所述过滤管道两端分别为用于安装弧源组件的入口端和用于与真空镀膜腔室相连接的供离子离开过滤管道的出口端;弧源组件设置于过滤管道的入口端；真空镀膜腔室设置有一个或一个以上数目的可与真空弧磁过滤装置出口端连接的法兰口；设置有一组及以上数目的可沉积金属或化合物的沉积源；设置有等离子清洗装置；设置有可加载生产物料的转动夹盘；设置有可加载偏压的偏压电源；所述过滤管道的中心线为直线，所述过滤管道内腔设有具有悬浮电位的挡板，所
述挡板的中心位于所述过滤管道的中心线上，所述挡板与过滤管道内壁之间和/或挡板中间设有用于供离子通过的通道，所述过滤管道上设有用于导引离子运动方向使弧源组件产生的离子的运动路径的线圈模组，所述线圈模组包括用于导引离子运动方向使弧源组件产生的离子通过通道的第一线圈模组；所述过滤管道接近出口端处设置有磁场发生装置；所述磁场发生装置用于在过滤管道中形成沿X轴方向的可调平行磁场或沿X轴方向的可调平行磁场和沿Y轴方向的可调平行磁场组成的可调复合磁场或可调旋转磁场。
[0007]直线型过滤管道采用具有悬浮电位的挡板实现弧放电过程中的大颗粒的过滤，并通过过滤管道上加载的线圈模组可有效的实现放电过程中的电子偏转，从而实现整个等离子体光束的偏转；并可通过过滤管道出口端的磁场发生装置上的沿X轴方向的可调平行磁场或沿X轴方向的可调平行磁场和沿Y轴方向的可调平行磁场组成的复合磁场或可调旋转磁场实现电子的螺旋偏移以及离子束的偏移角度的精准控制；其中X轴方向的平衡磁场可驱动等离子体中的电子上下螺旋运动，实现等离子体的上下偏移，Y轴方向的平行磁场可驱动等离子体中的电子左右螺旋运动，实现等离子体的左右偏移，其复合磁场或旋转磁场更容易实现电子及整个等离子体的偏转角度的控制。
[0008]所述磁场发生装置包括铁芯磁轭，所述铁芯磁轭上设有相差一定均匀角度、相互通过连接部连接在一起的沿同一圆周均匀分布的若干个磁极，所述磁极数量为4n或6n，n≥1；每个所述磁极上均绕线形成独立控制的若干个线圈绕组；或，相邻磁极之间的连接部上均绕线形成独立控制的若干个线圈绕组；或，在相邻磁极之间的凹槽中分别嵌设一个线圈绕组。
[0009]若磁极数量为4n，则所述线圈绕组采用相位差90
°
的两相可调交流电激励；若磁极数量为6n，则所述线圈绕组采用相位差120
°
的三相可调交流电激励。
[0010]所述磁场发生装置包括铁芯磁轭，所述铁芯磁轭上设有一对用于形成在过滤管道出口端形成沿X轴方向的平行磁场的绕组线圈，所述铁芯磁轭开设有一对相对设置的凹槽使铁芯磁轭上形成两个用于绕线形成绕组线圈的线圈骨架。
[0011]所述铁芯磁轭包括四个沿同一圆周均匀分布的4个磁极以及连接在相邻磁极之间的连接杆，所述磁极或连接杆上分别绕线形成绕组线圈。
[0012]所述过滤管道包括内层壳体和设置在内层壳体外的冷却外壳体，所述冷却外壳体内设有冷却水腔室，所述线圈模组和磁场发生装置均固定在冷却外壳体的外壁。
[0013]所述冷却外壳体包括内外套接且两者之间相隔一定间距的第一冷却壳体和第二冷却壳体，所述第一冷却壳体和第二冷却壳体两端之间分别通过入口端法兰和出口端法兰连接封闭形成冷却水腔室。
[0014]所述第一冷却壳体和第二冷却壳体之间局部设有连接筋条。
[0015]所述挡板为以下a~f中的任一种结构：a.所述挡板为一平面板状 ，且所述挡板至少部分环周壁与过滤管道内壁之间设有一定距离形成用于供离子通过的通道；b. 所述挡板为一对称型折面板，且所述挡板至少部分环周壁与过滤管道内壁之间设有一定距离形成用于供离子通过的通道；
c. 所述挡板为一对称型曲面板，且所述挡板至少部分环周与过滤管道内壁之间设有一定距离形成用于供离子通过的通道；d. 所述挡板为双角度搭接百叶窗型组件，其包括若干与过滤管道的中心线之间倾斜角度为α的第一单元板和与过滤管道的中心线之间倾斜角度为β的第二单元板交替连接组成，且所述挡板至少部分环周与过滤管道内壁之间设有一定距离形成用于供离子通过的通道；e. 所述挡板为多层叶片互相错位遮挡组件，其包括若干单元板，且若干单元板沿过滤管道的中心线方向呈至少两层设置，一层中设有至少一个单元板，且一层单元板之间和/或与过滤管道内壁之间设有一定距离形成用于供离子通过的通道，以及每层所形成的通道于沿过滤管道的中心线方向被其它一层单元板或多层单元板组合形成遮挡；f. 所述挡板为单层叶片互相错位遮挡组件，其包括若干与过滤管道的中心线之间倾斜角度为α的单元板，若干单元板之间设有一定距离形成用于供离子通过的通道，以及相邻单元板于沿过滤管道的中心线方向形成相互遮挡。
[0016]所述第一线圈模组包含有若干个贴合过滤管道所绕制的单相线圈，且单相线圈内部磁场强度不低于高斯。
[0017]所述线圈模组包括用于导引离子运动方向使弧源组件产生的离子向远离过滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备，包括一个或一个以上数目的磁场导向的真空弧磁过滤装置、弧源组件（2）和真空镀膜腔室（3），真空弧磁过滤装置，包括过滤管道（1），所述过滤管道（1）两端分别为用于安装弧源组件（2）的入口端和用于与真空镀膜腔室（3）相连接的供离子离开过滤管道（1）的出口端;弧源组件（2）设置于过滤管道（1）的入口端；真空镀膜腔室（3）设置有一个或一个以上数目的可与真空弧磁过滤装置出口端连接的法兰口；设置有一组及以上数目的可沉积金属或化合物的沉积源；设置有等离子清洗装置；设置有可加载生产物料的转动夹盘；设置有可加载偏压的偏压电源；其特征在于：所述过滤管道（1）的中心线为直线，所述过滤管道（1）内腔设有用于挡下大颗粒的具有悬浮电位的挡板（4），所述挡板（4）的中心位于所述过滤管道（1）的中心线上，所述挡板（4）与过滤管道（1）内壁之间和/或挡板（4）中间设有用于供离子通过的通道（6），所述过滤管道（1）上设有用于导引离子运动方向的线圈模组，所述线圈模组包括用于导引离子运动方向使弧源组件（2）产生的离子通过通道（6）的第一线圈模组（7）；所述过滤管道（1）接近出口端处设置有磁场发生装置（5）； 所述磁场发生装置（5）用于在过滤管道（1）中形成沿X轴方向的可调平行磁场或沿X轴方向的可调平行磁场和沿Y轴方向的可调平行磁场组成的复合磁场或可调旋转磁场。2.根据权利要求1所述的磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备，其特征在于：所述磁场发生装置（5）包括铁芯磁轭（501），所述铁芯磁轭（501）上设有相差一定均匀角度、相互通过连接部连接在一起的沿同一圆周均匀分布的若干个磁极（504），所述磁极数量为4n或6n，n≥1；每个所述磁极（504）上均绕线形成独立控制的若干个线圈绕组；或，相邻磁极（504）之间的连接部上均绕线形成独立控制的若干个线圈绕组；或，在相邻磁极（504）之间的凹槽（502）中分别嵌设一个线圈绕组；若磁极数量为4n，则所述线圈绕组采用相位差90
°
的两相可调交流电激励；若磁极数量为6n，则所述线圈绕组采用相位差120
°
的三相可调交流电激励。3.根据权利要求1所述的磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备，其特征在于：所述磁场发生装置（5）包括铁芯磁轭（501），所述铁芯磁轭（501）上设有一对用于形成在过滤管道（1）出口端形成沿X轴方向的平行磁场的绕组线圈，所述铁芯磁轭（501）开设有一对相对设置的凹槽（502）使铁芯磁轭（501）上形成两个用于绕线形成绕组线圈的线圈骨架（503）。4.根据权利要求1所述的磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备，其特征在于：所述铁芯磁轭（501）包括四个沿同一圆周均匀分布的4个磁极（504）以及连接在相邻磁极（504）之间的连接杆（505），所述磁极（504）或连接杆（505）上分别绕线形成绕组线圈。5.根据权利要求1所述的磁场导向过滤的真空沉积镀膜设备，其特征在于：所述过滤管道（1）包括内层壳体（101）和设置在内层壳体（101）外的冷却外壳体，所述冷却外壳体内设有冷却水腔室（102），所述线圈模组和磁场发生装置（5）均固定在冷却外壳体的外壁；所述冷却外壳体包括内外套接且两者之间相隔一定间距的第一冷却壳体（103）和第二冷却壳体（104），所述第一冷却壳体（103）和第二冷却壳体（104）两端之间分别通...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文昌，刘俊红，徐峰，李多生，刘伟，
申请(专利权)人：苏州艾钛科纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：