專利名稱：一種離子注入和等離子體沉積薄膜的設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種離子注入和等離子體沉積設備，尤其是涉及能夠對薄膜進行 連續(xù)離子注入和等離子體沉積的設備。
背景技術：
陰極真空弧等離子體沉積(FVAPD)技術是在電弧沉積基礎上發(fā)展起來的離子輔 助沉積技術，它是利用金屬蒸汽真空弧離子源(MEVVA源)產(chǎn)生的金屬等離子體進行金屬沉 積制膜的技術。這種金屬等離子體沉積制膜技術具有許多優(yōu)點，如膜的沉積速率快、膜的 附著力強、質地致密、光潔度高、可獲得厚膜等，因此倍受歡迎。但是在等離子體沉積制膜過 程中常常會引入大的顆粒(真空弧放電時產(chǎn)生的沒有充分等離子體化的大顆粒)沉積到膜 中，影響成膜的質量。通過磁過濾系統(tǒng)，將金屬等離子體中的大顆粒物質濾掉，從而克服了 沉積過程中大顆粒對膜質量的破壞。具有磁過濾系統(tǒng)的磁過濾陰極真空弧等離子體沉積設 備的示意圖參見附圖1，這種設備在外加電壓下還能夠進行離子注入。在圖1中，A為金屬 蒸汽真空弧離子源，B為磁過濾部分。1為陰極，2為絕緣體，3為觸發(fā)電極，4為陽極，5為聚 焦線圈，6為磁過濾偏轉線圈，7為過濾導管，8為真空室，9為抽真空口，10旋轉工作臺，11 為工件，12為工作氣體入口?，F(xiàn)有的金屬離子注入和等離子體沉積設備在工作時，先將工件置于真空室的工作 臺上，然后抽真空，再進行離子注入或者等離子體沉積。當工件上注入了相應劑量的金屬原 子并(或)覆蓋了所需厚度的金屬膜層后將工件從真空室中取出；之后才能對下一工件進 行離子注入或者等離子體沉積操作。如果待處理的工件需要對兩面都要處理的話，也必須 先處理一面，然后取出翻面后再進行處理?？梢姡F(xiàn)有的離子注入和等離子體沉積設備不能 對待加工工件進行連續(xù)的離子注入和等離子體沉積操作，也不能同時對工件的兩個面進行 處理。因此，生產(chǎn)效率低。
實用新型內(nèi)容本實用新型為了克服現(xiàn)有技術中離子注入和等離子體沉積設備不能對待加工工 件進行連續(xù)的離子注入和等離子體沉積以及同時對兩個面進行處理的缺陷，提供了一種能 夠對薄膜進行連續(xù)地、并能夠選擇性地對薄膜的單面或者同時對薄膜的兩面都進行離子注 入和等離子體沉積的離子注入和等離子體沉積設備。本實用新型提供了一種離子注入和等離子體沉積設備，該設備包括離子源和真空 室，其特征在于所述真空室壁上包括設置有抽真空口以及至少1個用于與所述離子源連 通的開口 ；所述真空室內(nèi)包括設置有放卷輥、冷卻部件、收卷輥；所述冷卻部件置于所述放 卷輥和所述收卷輥之間；所述冷卻部件由所述至少1根可以自由轉動的、中空且內(nèi)通冷卻 介質的冷卻輥組成；所述冷卻輥、所述放卷輥和所述收卷輥都相互平行，并且所述冷卻輥的 軸向與所述等離子體進入所述真空室的方向垂直；所述等離子體進入所述真空室的方向與 所述冷卻輥的軸向均為水平方向，所述冷卻輥與所述開口在水平高度上一一對應；或者所述等離子體進入所述真空室的方向為水平方向，所述冷卻輥的軸向為豎直方向，所述開口 與所述冷卻輥在左右方向或者前后方向上一一對應；或者所述等離子體進入所述真空室的 方向為豎直方向，所述冷卻輥相對應地位于所述開口的正下方或者正上方。本實用新型提供的離子注入和等離子體沉積設備能夠對薄膜進行連續(xù)的等離子 體沉積和/或離子注入操作，并且在優(yōu)選的實施方式中可以根據(jù)需要實現(xiàn)薄膜的單面或者 同時對薄膜的兩面進行等離子體沉積和/或離子注入操作。因此，能夠大大提高生產(chǎn)效率， 降低生產(chǎn)成本。
圖1為現(xiàn)有技術中的磁過濾陰極真空弧等離子體沉積設備的示意圖。圖2為本實用新型一種優(yōu)選的實施方式提供的離子注入和等離子體沉積設備真 空室部分的示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種離子注入和等離子體沉積薄膜的設備，該設備包括離子源 和真空室，其特征在于所述真空室壁上包括設置有抽真空口以及至少1個用于與所述離 子源連通的開口 ；所述真空室內(nèi)包括設置有放卷輥、冷卻部件、收卷輥；所述冷卻部件置于 所述放卷輥和所述收卷輥之間；所述冷卻部件由所述至少1根可以自由轉動的、中空且內(nèi) 通冷卻介質的冷卻輥組成，所述冷卻輥、所述放卷輥和所述收卷輥都相互平行，并且所述冷 卻輥的軸向與所述等離子體進入所述真空室的方向垂直；所述等離子體進入所述真空室的 方向與所述冷卻輥的軸向均為水平方向，所述冷卻輥與所述開口在水平高度上一一對應; 或者所述等離子體進入所述真空室的方向為水平方向，所述冷卻輥的軸向為豎直方向，所 述開口與所述冷卻輥在左右方向或者前后方向上一一對應；或者所述等離子體進入所述真 空室的方向為豎直方向，所述冷卻輥相對應地位于所述開口的正下方或者正上方。在對薄 膜進行等離子體沉積和/或離子注入時，將薄膜置于所述放卷輥上，并使薄膜的一端依次 通過所述冷卻部件后固定到所述收卷輥上，轉動所述放卷輥和所述收卷輥，調(diào)節(jié)薄膜的運 行速度，開啟離子源使等離子體通過真空室壁的開口，這樣就能對薄膜進行連續(xù)等離子體 沉積和/或離子注入操作了。所述轉動所述放卷輥和所述收卷輥可以通過手動或者機械控 制。例如，將所述放卷輥和收卷輥的一端延伸至真空室外，手動人工轉動所述放卷輥和收卷 輥；或者將所述放卷輥和收卷輥與電機相連，開動電機，調(diào)節(jié)薄膜的運行速度。采用了冷卻部件可以防止長時間的等離子體沉積和/或離子注入所產(chǎn)生的大量 熱量損壞薄膜。構成所述冷卻輥的材料可以為導熱性能比較好的材料，例如金屬，優(yōu)選為不 銹鋼。冷卻輥的形狀沒有特別的限定，優(yōu)選為圓柱形。所述冷卻輥中空的部分可以通入氣 體或液體、甚至固體(例如干冰)對薄膜進行冷卻，冷卻介質優(yōu)選為導熱效果較好的液體， 例如冷卻油或水，基于成本的考慮，優(yōu)選為水。水的溫度可以為常溫，但優(yōu)選溫度為o-io°c， 以提供優(yōu)異的冷卻效果。所述放卷輥與所述收卷輥的材料沒有特別限制，可以為木質、塑料和金屬；優(yōu)選為 金屬，最優(yōu)選為不銹鋼。它們的形狀沒有特別的限制，可以為方形，圓柱形；優(yōu)選的圓柱形。 當所述放卷輥與所述收卷輥的形狀不為圓柱形時，可以在其局部制成圓柱形或者套上圓柱形的外套以便于旋轉。所述放卷輥與所述收卷輥的尺寸可以根據(jù)其材質的性質以及所需負 荷調(diào)節(jié)。當所述薄膜比較薄時，例如十幾到幾十微米厚時，為了能夠保證薄膜能夠完全展 開，因此，在一種優(yōu)選的實施方式中，所述真空室內(nèi)還設置有張力調(diào)節(jié)機構，所述張力調(diào)節(jié) 機構置于所述冷卻部件的兩側并位于所述放卷輥與所述收卷輥之間。在這種情況下，待進 行離子注入和/或等離子體沉積的薄膜從放卷輥出發(fā)，依次通過張力調(diào)節(jié)機構、冷卻部件 的各冷卻輥、張力調(diào)節(jié)機構以及收卷輥。所述張力調(diào)節(jié)機構可以為本領域各種張力調(diào)節(jié)機構，基于真空室內(nèi)部空間的大小 以及所能實現(xiàn)張力調(diào)節(jié)效果，在另一種優(yōu)選的實施方式中，所述張力調(diào)節(jié)機構由兩個過渡 輪、一個張力調(diào)節(jié)輪以及一個牽引輪組成。所述張力調(diào)節(jié)機構中的過渡輪、張力調(diào)節(jié)輪以及牽引輪的尺寸可以根據(jù)需要制 定；所述張力調(diào)節(jié)輪與現(xiàn)有技術中的張力調(diào)節(jié)輪一樣，可以上下或者左右擺動以實現(xiàn)張力 調(diào)節(jié)的效果。本實用新型提供的設備可以用于離子注入和等離子體沉積。當用于離子注入和等 離子體沉積時，均可通過外加電源施加加速電壓。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述設備還包 括與所述放卷輥和所述收卷輥相連的電機和用于加速由所述離子源發(fā)出的等離子束流的 部件；所述部件設置在所述等離子源與所述真空室之間。該部件包括電源和控制裝置。所 述控制裝置可以為本領域任何適合的控制裝置，例如調(diào)節(jié)裝置以調(diào)節(jié)加速電壓的大小。在本實用新型中，所述電機、所述放卷輥、所述張力調(diào)節(jié)機構、所述收卷輥以及所 述冷卻部件可以安裝在所述真空室壁上，但為了便于安裝和拆卸，在一種優(yōu)選的實施方式 中，所述真空室內(nèi)還設置有支架，所述電機、所述放卷輥、所述張力調(diào)節(jié)機構、所述收卷輥以 及所述冷卻部件均置于所述支架上。在本實用新型中，所述離子源沒有特別的限制，可以為本領域中任何離子源，但優(yōu) 選為金屬蒸汽真空弧離子源或者磁過濾真空弧離子源。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述真空室壁上還設置有工作氣體通入口。所述工作 氣體可以根據(jù)實際需要選擇。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述設備還包括電機，所述放卷輥與所述收卷輥都與 所述電機連接。所述電機可以置于所述真空室內(nèi)，也可以置于所述真空室外，優(yōu)選為置于所 述真空室內(nèi)。所述電機可以為一臺或者多臺，優(yōu)選為多臺；當所述電機為多臺時，對薄膜進 行等離子體沉積和/或離子注入時，調(diào)節(jié)這些電機的轉速以使所述放卷輥與所述收卷輥的 轉數(shù)相匹配，并使張方調(diào)節(jié)機構運行以防止薄膜在所述放卷輥與所述收卷輥之間形成皺褶 或累積。基于本實用新型所提供的設備所實施的功能，在另一種優(yōu)選的實施方式中，所述 開口為多個，優(yōu)選為2-10個，以便于該設備進行連續(xù)離子注入和等離子體沉積。當所述開 口為多個時，優(yōu)選所述開口與所述離子源之間設置有閥門，以關閉或者開啟所述開口與所 述離子源之間的通道，這樣就可以在保持真空室真空度的情況下快速更換陰極。所述開口 可以都設置在所述真空室的同一側，也可以設置在所述真空室的不同的側面，優(yōu)選設置在 相對的兩個側面。設置在不同側面上的開口可以平均分配，均勻布置；也可以不平均分配， 不均勻布置。當本實用新型提供的設備需要實現(xiàn)同時進行離子注入和等離子體沉積操作時，所述開口的一部分用于通過用于離子注入的等離子體束，另一部分用于通過用于等離 子體沉積的等離子體束。當本實用新型提供的設備的相對兩側上都設置有開口時，可以容 易地實現(xiàn)對薄膜的兩面進行等離子體沉積和/或離子注入的操作。如果本實用新型提供的 設備的相對兩側上都設置有開口并且需要對薄膜進行單面等離子體沉積和/或離子注入 的操作時，只要調(diào)節(jié)所述閥門以關閉真空室壁一側的開口 ；或者開一側的離子源也可實現(xiàn) 單面等離子體沉積和/或離子注入。所述冷卻部件由多根所述冷卻輥組成，以更好地發(fā)揮冷卻效果。在一種優(yōu)選的實 施方式中，所述冷卻輥的根數(shù)為2-10根。在另一種優(yōu)選的實施方式中，所述冷卻輥的根數(shù)與所述開口的個數(shù)相同，數(shù)量均 為 2-10。為了對薄膜先進行離子注入然后再進行等離子體沉積的操作，在另一種優(yōu)選的實 施方式中，所述開口為6個，在所述真空室的相對兩壁上分別設置3個。其中，每個壁上的 一個開口可以用于離子注入，每個壁上的另外的兩個相鄰的開口可以用于等離子體沉積； 并且，所述用于離子注入的兩個開口設置在靠近所述放卷輥一端，所述用于等離子體沉積 的四個開口設置在靠近所述收卷輥一端。為了使離子注入范圍分布和等離子體沉積的厚度更為均勻，所述開口在薄膜運行 方向與所述冷卻輥直徑之間的比值優(yōu)選控制在一定的范圍內(nèi)。當所述開口為矩形，該矩形 的兩條邊與所述冷卻輥軸向平行，另兩條邊與所述冷卻輥軸向垂直，通過大量的研究發(fā)現(xiàn)， 當與所述冷卻輥軸向垂直的兩條邊的尺寸為所述冷卻輥直徑的0. 3-1倍時，離子注入到所 述薄膜上的范圍或者等離子沉積到所述薄膜上的厚度更均勻，從而在薄膜上沉積的金屬層 與薄膜之間能夠獲得比較均勻的粘附力。因此，在另一種優(yōu)選的實施方式中，所述開口為矩 形，該矩形的兩條邊與所述冷卻輥軸向平行，另兩條邊與所述冷卻輥軸向垂直，其中，與所 述冷卻輥軸向垂直的兩條邊的尺寸為所述冷卻輥直徑的0. 3-1倍，更優(yōu)選為0. 5-0. 8倍。本實用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)為了獲得更好的離子注入和等離子體沉積的效果，所述 開口與其相對應的所述冷卻輥軸線之間的距離為所述冷卻輥直徑之間的比值優(yōu)選控制在 一定的范圍內(nèi)，通過大量的研究發(fā)現(xiàn)，當所述開口與其相對應的所述冷卻輥軸線之間的距 離為所述冷卻輥直徑的0. 5-3倍時，離子注入和等離子體沉積的效率比較高，尤其是當所 述開口與其相對應的所述冷卻輥軸線之間的距離為所述冷卻輥直徑的1-2. 5倍時。因此， 在優(yōu)選的一種實施方式中，所述開口與其相對應的所述冷卻輥軸線之間的距離為所述冷卻 輥直徑的0. 5-3倍，最優(yōu)選為所述開口與其相對應的所述冷卻輥軸線之間的距離為所述冷 卻輥直徑的1-2. 5倍。本實用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)為了防止通過不同開口進入真空室中的離子束相互干 擾以及避免在薄膜上沉積的金屬層因為過大的應力產(chǎn)生裂紋，位于同一壁上的相鄰兩個所 述開口之間的距離優(yōu)選控制在一定的范圍內(nèi)，通過大量的研究發(fā)現(xiàn)，當位于同一壁上的相 鄰兩個所述開口之間的距離為所述冷卻輥直徑的0. 75-4倍，通過不同開口進入真空室中 的離子束不易產(chǎn)生干擾并且在薄膜上沉積的金屬層也不易產(chǎn)生裂紋。因此，在另一種優(yōu)選 的實施方式中，位于同一壁上的相鄰兩個所述開口之間的距離為所述冷卻輥直徑的0. 75-4 倍，更優(yōu)選為1-3倍。根據(jù)現(xiàn)有薄膜的尺寸，在另一種優(yōu)選的實施方式中，所述開口與所述冷卻輥軸向垂直的兩條邊的尺寸30-100毫米，所述冷卻輥的直徑為50-100毫米，所述開口與其相對應 的所述冷卻輥軸線間的距離為50-150毫米；位于同一壁上的相鄰兩個所述開口之間的距 離75-200毫米。以下通過實施例詳細說明本實用新型。圖2為本實用新型提供的一種離子注入和等離子體沉積薄膜的設備的真空室部 分8，在該真空室中設置有放卷輥81、過渡輪82、張力調(diào)節(jié)輥83、牽引輪84、收卷輥85、冷卻 輥86、用于離子注入的開口 87、用于等離子體沉積的開口 88、抽真空口 9。所述用于離子注入的開口和用于等離子體沉積的開口分別與磁過濾真空弧離子 源(如圖1中的A與B部分)連接，其中在開口 87和88與B之間還具有施加加速由所述 離子源發(fā)出的離子束流的電壓(未繪出)。所述開口為矩形，其中與所述冷卻輥軸向垂直的 邊的尺寸為50毫米，另一方向的邊的尺寸為265毫米。所述冷卻輥軸的直徑為70毫米，所 述開口與其相對應的所述冷卻輥軸線間的距離為85毫米；位于同一壁上的相鄰兩個所述 開口之間的距離105毫米。
權利要求1.一種離子注入和等離子體沉積薄膜的設備，該設備包括離子源和真空室，其特征在 于所述真空室壁上包括設置有抽真空口以及至少1個用于與所述離子源連通的開口 ；所 述真空室內(nèi)包括設置有放卷輥、冷卻部件、收卷輥；所述冷卻部件置于所述放卷輥和所述收 卷輥之間；所述冷卻部件由所述至少1根可以自由轉動的、中空且內(nèi)通冷卻介質的冷卻輥 組成，所述冷卻輥、所述放卷輥和所述收卷輥都相互平行，并且所述冷卻輥的軸向與所述等 離子體進入所述真空室的方向垂直；所述等離子體進入所述真空室的方向與所述冷卻輥的 軸向均為水平方向，所述冷卻輥與所述開口在水平高度上一一對應；或者所述等離子體進 入所述真空室的方向為水平方向，所述冷卻輥的軸向為豎直方向，所述開口與所述冷卻輥 在左右方向或者前后方向上一一對應；或者所述等離子體進入所述真空室的方向為豎直方 向，所述冷卻輥相對應地位于所述開口的正下方或者正上方。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于所述真空室內(nèi)還設置有張力調(diào)節(jié)機構，所 述張力調(diào)節(jié)機構置于所述冷卻部件的兩側并位于所述放卷輥與所述收卷輥之間。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其特征在于所述張力調(diào)節(jié)機構包括一個或者多個過 渡輪，一個或多個張力調(diào)節(jié)輪以及一個或多個牽引輪。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于所述設備還包括與所述放卷輥和所述收 卷輥相連的電機和用于加速由所述離子源發(fā)出的離子束流的部件；所述部件設置在所述離 子源與所述真空室之間。
5.根據(jù)權利要求4所述的設備，其特征在于所述真空室內(nèi)還設置有支架，所述電機、 所述放卷輥、所述張力調(diào)節(jié)機構、所述收卷輥以及所述冷卻部件均置于所述支架上。
6.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于所述離子源為金屬蒸汽真空弧離子源或 者磁過濾金屬蒸汽真空弧離子源。
7.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于所述真空室壁上還設置有工作氣體通入□。
8.根據(jù)權利要求1所述的設備，其特征在于所述開口的個數(shù)為2-10個，所述冷卻輥 的根數(shù)為2-10根。
9.根據(jù)權利要求1-8中任意一項所述的設備，其特征在于所述開口為6個，在所述真 空室的相對兩壁上分別設置3個。
10.根據(jù)權利要求1-8中任意一項所述的設備，其特征在于所述開口為矩形，該矩形 的兩條邊與所述冷卻輥軸向平行，另兩條邊與所述冷卻輥軸向垂直，其中，與所述冷卻輥軸 向垂直的兩條邊的尺寸為所述冷卻輥直徑的0. 3-1倍。
11.根據(jù)權利要求9所述的設備，其特征在于所述開口為矩形，該矩形的兩條邊與所 述冷卻輥軸向平行，另兩條邊與所述冷卻輥軸向垂直，其中，與所述冷卻輥軸向垂直的兩條 邊的尺寸為所述冷卻輥直徑的0. 3-1倍。
12.根據(jù)權利要求10所述的設備，其特征在于所述開口與其相對應的所述冷卻輥軸 線之間的距離為所述冷卻輥直徑的0. 5-3倍。
13.根據(jù)權利要求11所述的設備，其特征在于所述開口與其相對應的所述冷卻棍軸 線之間的距離為所述冷卻輥直徑的0. 5-3倍。
14.根據(jù)權利要求10所述的設備，其特征在于位于同一壁上的相鄰兩個所述開口之 間的距離為所述冷卻輥直徑的0. 75-4倍。
15.根據(jù)權利要求11所述的設備，其特征在于位于同一壁上的相鄰兩個所述開口之 間的距離為所述冷卻輥直徑的0. 75-4倍。
16.根據(jù)權利要求12所述的設備，其特征在于位于同一壁上的相鄰兩個所述開口之 間的距離為所述冷卻輥直徑的0. 75-4倍。
17.根據(jù)權利要求13所述的設備，其特征在于位于同一壁上的相鄰兩個所述開口之 間的距離為所述冷卻輥直徑的0. 75-4倍。
18.根據(jù)權利要求17所述的設備，其特征在于所述開口與所述冷卻輥軸向垂直的 兩條邊的尺寸30-100毫米，所述冷卻輥軸的直徑為50-100毫米，所述開口與其相對應的 所述冷卻輥軸線間的距離為50-150毫米；位于同一壁上的相鄰兩個所述開口之間的距離 75-200 毫米。
專利摘要本實用新型提供了一種離子注入和等離子體沉積設備，該設備包括離子源和真空室，其中，所述真空室壁上包括設置有抽真空口以及用于與所述離子源連通的開口；所述真空室內(nèi)包括設置有放卷輥、冷卻部件、收卷輥；所述冷卻部件由至少所述1根冷卻輥組成，所述冷卻輥、所述放卷輥和所述收卷輥都相互平行，并且所述冷卻輥的軸向與所述等離子體進入所述真空室的方向垂直；所述冷卻輥與所述開口在水平高度上一一對應，或者所述開口與所述冷卻輥在左右方向或者前后方向上一一對應；或者所述冷卻輥相對應地位于所述開口的正下方或者正上方。本實用新型提供的設備能夠對薄膜進行連續(xù)的等離子體沉積和/或離子注入操作。因此，大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
文檔編號C23C14/32GK201826010SQ20102055383
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者楊念群, 謝新林 申請人:深圳市信諾泰創(chuàng)業(yè)投資企業(yè)(普通合伙)