本實用新型屬于鍍膜領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)防靶中毒的等離子體增強(qiáng)磁控濺射設(shè)備。

背景技術(shù)：

磁控濺射技術(shù)是物理氣相沉積技術(shù)的一種，利用反應(yīng)磁控濺射技術(shù)可以制備各種陶瓷涂層。盡管通過改變驅(qū)動電源方式、優(yōu)化磁場設(shè)計、監(jiān)控等離子體發(fā)射光譜(PEM)等方式可以控制反應(yīng)磁控濺射在中毒點附近鍍膜或軟化中毒點轉(zhuǎn)折曲線，但鍍膜過程中仍存在反應(yīng)氣體控制條件苛刻、鍍膜速率下降等問題。主要表現(xiàn)在：

1、改直流濺射為脈沖直流濺射：在脈沖“開”“關(guān)”轉(zhuǎn)換過程中，脈沖“開”為靶電源較高負(fù)電位，濺材被濺射；脈沖“關(guān)”，靶材為較低正電位，此時中和靶面聚集陽離子(包括惰性及反應(yīng)氣體陽離子)，從而防止靶中毒。但此種方式在脈沖“關(guān)”狀態(tài)，降低了靶濺射速率，從而降低了薄膜沉積速度。

2、改磁場結(jié)構(gòu)設(shè)計：磁控濺射從平衡磁場(靶面下永磁鐵N,S極強(qiáng)度相同)發(fā)展成非平衡(靶面下的外圈N極磁場強(qiáng)度增強(qiáng))，直至封閉非平衡(相鄰兩靶的外圈磁場強(qiáng)度增強(qiáng)，磁極相反，使兩靶外圈N,S極磁力線封閉),參見國際專利合作條約組織下的國際專利，專利申請?zhí)枺篧O2013GB50405。利用磁場對電子的束縛作用，使等離子體在真空鍍膜室中分散，形成較均勻分布。即反應(yīng)氣體不僅在靶表面被離化，也在真空鍍膜室其他部分被電離，從而減緩靶面反應(yīng)氣體聚集而中毒。但由于永磁鐵磁場強(qiáng)度有限，工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備達(dá)到磁場閉合較難，且閉合磁場也只起到限制等離子體遠(yuǎn)離器壁的作用，因此此種方式減緩靶中毒的作用有限。

3、等離子體發(fā)射光譜監(jiān)控(PEM)可以直接監(jiān)控真空鍍膜室中某個位置的金屬離子和反應(yīng)氣體離子的信號，以確定最佳反應(yīng)氣體流量，使得反應(yīng)磁控濺射過程中不發(fā)生靶中毒，提高鍍膜穩(wěn)定性。但這種方式只對等離子監(jiān)控，不參與改善等離子體離化的過程。

熱絲增強(qiáng)等離子體磁控濺射利用金屬鎢、鉭等高熔點金屬絲，對其施加電流、電位，使熱絲中的熱電子發(fā)射到真空鍍膜室內(nèi)。電子與惰性及反應(yīng)氣體碰撞，使之發(fā)生離化。一般來說，磁控靶前由于磁場約束會產(chǎn)生的等離子體聚集現(xiàn)象，這種等離子體只分布在平衡磁控濺射距靶面6～8cm左右的位置，因此真空鍍膜室內(nèi)大部分空間無等離子體的離子，等離子體分布及不均勻。而熱絲增強(qiáng)作用，使離化氣體均勻分布于真空鍍膜室各部分，增加了真空鍍膜室內(nèi)等離子體密度的同時，解決了等離子體分布不均勻性問題。

見圖1、圖2，被鍍工件10置于真空鍍膜室2中，通過控制系統(tǒng)開啟真空泵3，將真空鍍膜室2內(nèi)的氣壓抽至10-3Pa以下(由真空控制系統(tǒng)測量)，開啟氣路系統(tǒng)，向真空鍍膜室2充入氬氣，使其穩(wěn)定在0.1～2Pa，然后磁控靶5上通過濺射電源6施加直流電壓(200～600V)，濺射清洗靶表面。在真空狀態(tài)下，首先升溫到大于300℃以上，在工件架1上加脈沖偏壓(100～400V)(通過偏壓電源7)，開啟熱絲電源8，使熱絲線9電流大于20A，電壓大于80V，清洗工件。最后通入Ar+N₂，鍍膜。

真空鍍膜室2中，Ar與熱絲電子碰撞，發(fā)生輝光放電，在施加于工件架1上的脈沖偏壓作用下，Ar離子轟擊工件，達(dá)到清洗工件目的。磁控靶5陰極放電子，電子受磁場約束，與靶面附近Ar原子碰撞，使之發(fā)生電離。Ar離子受陰極靶吸引，撞擊靶面，使靶面金屬粒子被濺射，以一定速度飛離靶體。此時如果靶表面有一定污染物或雜質(zhì)，則會同時被濺射掉，因此達(dá)到清洗靶面的目的。Ar+N₂混合氣體通入后，Ar+N₂同時受靶面附近磁場約束的電子作用而離化。被離化的氣體陽離子再次被陰極靶所吸引而濺射靶體的金屬粒子飛離靶面。同時熱絲電子也使Ar+N₂混合氣體離化，分布于真空鍍膜室2中，與靶金屬粒子在工件表面反應(yīng)形成氮化物陶瓷薄膜。

在此過程中，靶面前反應(yīng)的陽離子有在磁控靶靶面聚集的傾向，對氣體流量的控制成為防止靶中毒的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種預(yù)防靶中毒的等離子體增強(qiáng)磁控濺射設(shè)備，可以防止靶中毒，同時可對各種絕緣材料和導(dǎo)電材料的工件表面進(jìn)行鍍膜。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種預(yù)防靶中毒的等離子體增強(qiáng)磁控濺射設(shè)備，包括工件架、磁控靶、熱絲線、真空鍍膜室、反應(yīng)氣體氣路管、惰性氣體氣路管，工件設(shè)置在工件架內(nèi)，四個磁控靶均布在真空鍍膜室四周，熱絲線、反應(yīng)氣體氣路管、惰性氣體氣路管設(shè)置在真空鍍膜室內(nèi)，惰性氣體氣路管豎直分布在四個磁控靶兩側(cè)；反應(yīng)氣體氣路管為兩個環(huán)形氣路，分別設(shè)置在真空鍍膜室頂部和底部，反應(yīng)氣體氣路管、惰性氣體氣路管上均設(shè)有氣孔。

所述的反應(yīng)氣體氣路管、惰性氣體氣路管均為EP級內(nèi)拋光管1/4″。

所述的惰性氣體氣路管底部的氣孔分布較疏，頂部的氣孔分布較密。

所述的反應(yīng)氣體氣路管上遠(yuǎn)離真空泵的氣孔分布較密，靠近真空泵的氣孔分布較疏。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

本設(shè)備由兩路充氣系統(tǒng)構(gòu)成，將惰性氣體氣路與反應(yīng)氣體氣路分開；反應(yīng)氣體氣路不銹鋼管上距真空泵較遠(yuǎn)處氣孔較密、近處氣孔較疏，實現(xiàn)反應(yīng)氣流流向控制，即反應(yīng)氣流橫穿工件架后才能被真空泵抽離真空室，實現(xiàn)反應(yīng)氣流流向控制，以平衡磁控陰極靶放電電離惰性氣體，有效預(yù)防了靶面反應(yīng)氣體粒子的聚集，從而預(yù)防了由于靶面反應(yīng)氣體粒子聚集造成靶面中毒現(xiàn)象的發(fā)生，使得反應(yīng)磁控濺射的遲滯反應(yīng)中毒點軟化，可在過量反應(yīng)氣體條件下制備氮化物陶瓷薄膜。

附圖說明

圖1是原有磁控濺射設(shè)備俯視圖。

圖2是原有磁控濺射設(shè)備主視圖。

圖3是本實用新型的俯視圖。

圖4是本實用新型的主視圖。

圖中：1-工件架 2-真空鍍膜室 3-真空泵 4-氣路管 4-1-反映氣體氣路管 4-2-惰性氣體氣路管 5-磁控靶 6-濺射電源 7-偏壓電源 8-熱絲電源 9-熱絲線 10-工件。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)地描述，但是應(yīng)該指出本實用新型的實施不限于以下的實施方式。

見圖3、圖4，一種預(yù)防靶中毒的等離子體增強(qiáng)磁控濺射設(shè)備，包括工件架1、磁控靶5、熱絲線9、真空鍍膜室2、反應(yīng)氣體氣路管4-1、惰性氣體氣路管4-2，工件10設(shè)置在工件架1內(nèi)，四個磁控靶5均布在真空鍍膜室2四周，熱絲線9、反應(yīng)氣體氣路管4-1、惰性氣體氣路管4-2設(shè)置在真空鍍膜室2內(nèi)，惰性氣體氣路管4-2豎直分布在四個磁控靶5兩側(cè)；反應(yīng)氣體氣路管4-1為兩個環(huán)形氣路，分別設(shè)置在真空鍍膜室2頂部和底部，反應(yīng)氣體氣路管4-1、惰性氣體氣路管4-2上均設(shè)有氣孔。

其中，反應(yīng)氣體氣路管4-1、惰性氣體氣路管4-2均為EP級內(nèi)拋光管1/4″。惰性氣體氣路管4-2底部的氣孔分布較疏，頂部的氣孔分布較密。反應(yīng)氣體氣路管4-1上遠(yuǎn)離真空泵3的氣孔分布較密，靠近真空泵3的氣孔分布較疏。

氣路管4由反應(yīng)氣體氣路管4-1和惰性氣體氣路管4-2組成，氣路管4分別位于靶前及真空鍍膜室2頂部、底部。磁控靶5與濺射電源6相連，陰極靶放射電子首先與磁控靶5前兩側(cè)的惰性氣體碰撞、使之離化，惰性氣體離子受陰極吸引轟擊靶材表面金屬，被濺射出的金屬粒子以一定速度飛向工件10。熱絲與外接變壓器相連，通電后使之產(chǎn)生熱電子；同時施加在熱絲上的負(fù)偏壓使熱電子從熱絲中逸出，從熱絲中逸出的電子以一定速度與反應(yīng)氣路中釋放的氣體碰撞、使之離化并分布于工件10附近。工件10表面金屬粒子與反應(yīng)氣體離子相互作用，生成致密金屬氮化物陶瓷薄膜。

工件架1接有電機(jī)，可受控進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)，目的是使工件10上生長出均勻性薄膜。當(dāng)增加磁控靶5電流強(qiáng)度時，則靶面附近受磁場控制區(qū)域電子密度增加，惰性氣體離化率隨之升高，靶材被濺射速率增大。當(dāng)增加熱絲線9電流強(qiáng)度時，則熱絲線9中熱電子活動能力增大；在熱絲線9上施加一定負(fù)偏壓后，熱絲線9的放電電流強(qiáng)度增大，因此真空鍍膜室2內(nèi)反應(yīng)氣體的離化率提高。工件架1上的自漂移負(fù)電位或施加在其上的負(fù)電位會吸引反應(yīng)陽離子，從而使工件10上的偏流密度升高，有利于制備出結(jié)構(gòu)更致密的陶瓷薄膜。