CN204644461U - 一种全封闭多功能复合渗注镀膜机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全封闭多功能复合渗注镀膜机，包括真空室、真空获得***、圆柱靶、离子源、工件偏压、行星式公自转架、遮挡机构、气体输入机构、加热机构和专用电源等。三个及以上的圆柱靶以可镀工件区的中心为圆心均匀分布成单圆环、中心单圆环或双圆环；圆柱靶内磁轭上至少均布有三列磁铁，每个磁轭上磁铁的N级和S级间隔放置，相邻柱靶内磁轭上的近邻磁极相反。配置上离子源、工件偏压、行星式公自转架、遮挡机构后能形成几乎覆盖整个真空室的均匀等离子体区，从而使得所制备的薄膜或涂层的组织、结构、形貌、性能等得到明显改善。并能实现连续的等离子体渗入、注入以及多元多层复合镀膜或涂层工艺，降低成本。

Description

一种全封闭多功能复合渗注镀膜机

技术领域

本实用新型涉及一种多功能材料表面处理装置，主要应用在真空镀膜及表面工程技术领域。

背景技术

物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)是在现代物理、化学、材料学、电子学等多学科基础上建立起来的一门先进的表面工程技术。磁控溅射和离子镀是目前PVD技术中工程应用最广泛的两种。

随着当今科学技术的飞速发展，在真空镀膜和涂层技术领域已经明确提出制备高质量、综合使用性能优异的多元、多层纳米复合功能薄膜或涂层。

中国发明专利ZL200410077215.X提出了一种利用金属离子源和输入相关工作和反应气体来实现复合渗注镀薄膜的方法；中国发明专利ZL200410060530.1提到的闭环磁场，中国发明专利CN101367286A提到的封闭磁场，中国发明专利CN103981496A提到的封闭场，其实质是在真空室圆周壁上装配永磁体来形成闭合磁场或由均布在真空室圆周的磁控平面靶自带的磁场形成。

迄今为止，获得高质量、优异性能的多元多层纳米复合功能薄膜或涂层的成熟技术不多，而连续工序下完成在工件表面的渗注镀复合工艺更是鲜见。没有开发出达到上述目标的制备***是这一需求快速发展的主要障碍之一。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种低成本、高效率、均匀制备高质量多元多层 复合薄膜或涂层的有效途径。

为达上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种全封闭多功能复合渗注镀膜机，包括真空室、真空获得***、圆柱靶、离子源、工件偏压、行星式公自转架、遮挡机构、气体输入机构、加热机构和专用电源等。同一真空室中的圆柱靶一般有三个及以上；圆柱靶以可镀工件区的中心为圆心均匀分布；圆柱靶内磁轭上至少均布有三列磁铁，每个磁轭上磁铁的N级和S级间隔放置；相邻柱靶内磁轭上的相邻磁极磁性相反。在同一真空室上合理配置柱靶、离子源、工件偏压、行星式公自转架，形成几乎覆盖整个真空室的均匀等离子体,并实现连续地等离子体渗入、注入以及多元多层镀膜或涂层。

作为上述配置的优化方案，圆柱靶可以是靶管旋转柱靶或磁场旋转柱靶；

作为上述配置的优化方案，将柱靶设置成以可镀工件区的中心为圆心的单圆环分布；

作为上述配置的优化方案，将柱靶设置成以可镀工件区的中心为圆心，在中心安装一个柱靶和圆周均布数个柱靶的中心单圆环分布；

作为上述配置的优化方案，将柱靶设置成以可镀工件区的中心为圆心，以不同半径形成的双圆环分布，待镀工件被装在双圆环之间；

作为上述配置的优化方案，同一真空室上配置的单个离子源必须至少具备离化和注入功能；

作为上述配置的优化方案，同一真空室上可分别配置的离化离子源和注入离子源；

作为上述配置的优化方案，将挡板设计加工成适当的形状并安装在恰当的位置上，配以恰当工件转速，实现纳米多层超晶格薄膜或涂层的沉积。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

本实用新型覆盖整个真空室的均匀等离子体使得制备更高更多优异性能的薄膜或涂层变得容易可行；

其次，多源头，多功能区位的合理布局，使得沉积多元素及多层复合功能薄膜或涂层变得较容易，同时大大提高沉积效率；

再者，能在同一装置中实现连续的等离子体渗入、注入以及多元多层镀膜或涂层工艺，大大减少了以前要在几台设备中完成的一系列工艺环节，排除了部分影响工艺质量的不确定因素。在实现特殊工艺的前提下，还能降低运行成本。

本实用新型中，工件区的中心紧密均匀分布柱靶后，就会形成覆盖整个工件区的磁场及等离子体区；在该装置配以行星式公自转工件架后，所有工件就全部浸没在等离子体区中，这样就会使得所制备的薄膜或涂层的组织结构和形貌等性能得到明显提升。

本实用新型可以通过设计安装遮挡机构，可以实现分时分区镀制多元多层薄膜或涂层的特殊工艺。

附图说明

图1a为本实用新型的基本结构示意图；

图1b为图1a所示结构的磁场分布简图；

图1c为图1a所示结构的磁场分布图；

图2a为本实用新型的扩展结构示例图；

图2b为图2a在未设置平面靶接口时的磁场分布图；

图2c为图2a在设置平面靶接口时的磁场分布图。

其中，1、真空室；2、磁轭；3、磁铁；4、工件区；5、磁场区；6、磁场区；7、等离子体区；8、遮挡板；9、平面靶接口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

图1所示为本实用新型的一个基本实施例，图1a为该装置基本组合结构。真空室1的结构及形状由具体工艺确定，可能为圆筒型、多边型或其它。四个靶管旋转圆柱靶(本实用新型中用磁轭2及安装在其上的磁铁3代替表示)以可镀工件区4的中心为圆心均匀分布。如图1b所示，安装在磁轭2上的磁铁3的N和S极呈间隔排布，两个近邻的磁轭2上的紧邻磁铁3的N和S极也呈间隔排布，这样就会在单个柱靶前的工件区构成5和6两种磁场分布区域；镀膜时外加适当工件偏压的辅助，则会在柱靶前的整个工件区形成均匀的等离子体场。如图1c所示，围绕工件区4中心紧密均匀分布四个柱靶后，就会形成覆盖整个工件区4的磁场及等离子体区。该装置配以行星式公自转工件架后，所有工件就全部浸没在等离子体区中，这样就会使得所制备的薄膜或涂层的组织结构和形貌等性能得到明显提升。

为了达到在同一真空室中镀制多组元及多层复合功能薄膜或涂层的目标，作为本实用新型的扩展，真空室中均匀分布柱靶的数量及其排布结构视具体工艺设计确定。图2所示结构就是其中一个有代表性的示例。如图2a所示，在真空室的中心位安装一个磁场旋转圆柱靶或围绕中心紧密均布多个(图中举例为四个)磁场旋转圆柱靶，就会在柱靶周围形成一个圆形等离子体区7，多个中心柱靶均布就会形成一个覆盖包括工件区4在内的真空室中部圆形区域；同时在真空室周边，围绕同一中心位均布多个靶管旋转圆柱靶(图2a中示例有12个)，工件区4为夹在中部柱靶和圆周柱靶间的一个圆环形区域。这样全封闭的磁场和外加工件偏压等综合作用，就会在整个圆环形工件区4处形成均匀的等离子体区。如图2b所示，根据具体工艺需要，当在适当位置设计安装适当结构的遮挡 机构8(图示为两正交挡板将沉积区均布成四个区域)后，就可以实现分时分区镀制多元多层薄膜或涂层的特殊工艺。

这种多源头，多功能区位，磁场及等离子体全封闭的布局，使得沉积多元素及多层复合功能薄膜或涂层变得较容易，同时也大大提高沉积效率。如图2c所示，若在真空室壁1的圆周上适当位置开数个平面靶接口9，再在适当的开口位置安装上离子源，并配以相应的渗注镀电源及其控制***，就能在同一装置中实现等离子体渗入、注入以及多元多层真空镀膜或涂层的一系列工艺。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (4)

1.一种全封闭多功能复合渗注镀膜机，其特征在于：包括真空室、真空获得***、圆柱靶、离子源、工件偏压、行星式公自转架、遮挡机构、气体输入机构、加热机构和各功能区电源。

2. 如权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：圆柱靶是靶管旋转柱靶或磁场旋转柱靶；靶管旋转圆柱靶有三个及以上。

3. 如权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：圆柱靶以可镀工件区的中心为圆心形成单圆环、中心单圆环或双圆环均匀分布。

4. 如权利要求1所述的镀膜机，其特征在于：圆柱靶内磁轭上至少均布有三列磁铁，每个磁轭上磁铁的N级和S级间隔放置；相邻柱靶内磁轭上的近邻磁极磁性相反。