專利名稱：非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，屬于非平衡磁控濺射沉積技術領域。
背景技術：
現在很多材料在使用前都需要進行鍍膜處理。現在幾乎任何材料都可以通過真空鍍膜技術涂覆到其他材料表面上，為真空鍍膜技術在各種工業(yè)領域中的應用開辟了更加廣闊的前景。在材料表面上，堵上一層薄膜，就能使該中材料具有許多新的物力和化學性能。真空下制備薄膜，環(huán)境清潔，膜不易受污染，可獲得致密性好、純度高、膜厚均勻的涂層。磁控濺射真空鍍膜濺射出來的粒子能量為幾十電子伏特，粒子能量大，因而薄膜與基體結合較好，薄膜致你度較高；濺射后沉積速率高，基體溫升小；可以沉積高熔點金屬、合金及化合物材料，濺射范圍廣；能實現大面積靶材的濺射沉積，且沉積面積大、均勻性好；操作簡·單，工藝重復性好，易于實現工藝控制自動化。這些更為磁控濺射提供了非?？陀^的發(fā)展前
旦
o薄膜沉積技術主要包括化學氣相沉積和物力氣相沉積，化學氣相沉積由于沉積溫度高，使其應用受到了一定的限制，物力氣相沉積由于沉積溫度低，可應用的基材范圍廣，薄膜質量也相對易于控制；物力氣相沉積主要包括真空鍍膜和濺射沉積，濺射方式有射頻濺射、三極濺射和磁控濺射，磁控濺射相對于其它兩種濺射方式有較高的鍍膜速率，磁控濺射從最初的常見磁控、平衡磁控發(fā)展到分平衡磁控，目前非平衡磁控與多源閉合磁場結合，使真空室的離子體密度得到提高，離子轟擊效果增強，可獲得更佳的鍍膜質量。但是在實際工作中對氬氣和氮氣的氣體流量不易掌控，而氣分壓大小是影響薄膜質量和附著速率的重要因素。濺射壓力較小時，濺射出來的原子和氣體分子的碰撞次數減少，損失能量較小，可以提高沉積原子與基本的擴散能力，從而提高薄膜的致密度和附著性；如果濺射氣體壓力過小，導致濺射靶材原子數目過少，薄膜沉積速率降低，起輝不足；如果濺射氣壓過高，靶材原子與氣體碰撞次數增加，損失能量過多，造成沉積基體的靶材原子能量過低，影響膜層的致敏性和附著力。以往通常是經過實驗分析后，手動調節(jié)氣體流量控制器，并不能完全精確的調節(jié)出氣體通入后壓力在一個最佳狀態(tài)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，它設有氣體流量反饋系統(tǒng)，通過輝光放電的光譜信號來確定反應氣體濃度，分析、判斷出氣體流量速率的調整范圍，精確的對氣體流量控制器進行調整，使通入氣體壓力保持在最佳狀態(tài)，保證薄膜的致密度和附著性。本發(fā)明的技術方案一種非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，包括真空腔和控制柜，真空腔下方設有真空控制柜，控制柜上設有手動操作界面和全自動操作界面，真空腔上設有側開式爐門，真空控制柜后方設有氬氣瓶和氮氣瓶，真空控制柜后面設有氣體壓力表，還內設有氣體流量反饋系統(tǒng)與氣體壓力表相連。由于設有氣體流量反饋系統(tǒng)，可以通過輝光放電的光譜信號來確定氣體濃度，分析、判斷出氣體流量速率的調整范圍，精確的對氣體流量控制器進行調整，使通入氣體壓力在一個合適的范圍內，保證薄膜的致密度和附著性。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，真空控制柜上設有惰性氣體流量計和單色儀，真空腔上方設有真空計。由于設有單色儀可以監(jiān)控真空室內濺射出的金屬，給出信號控制反應氣體的流量；由于設有真空計可以將真空室的真空信號傳遞給真空議。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，手動操作界面上設有真空議、氣體流量控制器、反映氣體控制器、手動與自動切換開關和偏壓檢測器。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，氣體流量反饋系統(tǒng)包括光譜儀、分光計和光譜監(jiān)視器，光譜儀設于真空腔內，光譜儀與分光計相連，分光計與光譜監(jiān)視器相
連，光譜監(jiān)視器與氣體流量控制器相連。由于設有光譜儀，可以對靶材上的輝光放電產生的光信號進行捕捉；由于設有分光計，可以對光譜進行過濾，保存特征光譜；由于設有光譜監(jiān)視器，可以將特征光譜的分析結果顯示出來，更加清楚的反映調整范圍。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，真空腔內真空度為IO-IPa 10~2Pao前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，側開式爐門外設有圓盤把手。由于側開式爐門上設有圓盤把手，可以使爐門更加方便開啟。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，圓盤把手上上設有鎖緊把，圓盤把上還設有觀察窗。由于設有觀察窗，更加便于真空腔內濺射過程的觀察。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，真空腔內設有支撐平臺，支撐平臺上方設有工作架，支撐平臺下方設有滑動軌道臺，滑動導軌臺下方設有加熱管。由于設有軌道，方便了對工作架的取放。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，真空腔四周設有磁靶，靶材上設有銷釘、靶材把手和冷卻水管。由于設有靶材把手方便了靶材的取放，由于設有冷卻水管，使靶材工作中可以得到循環(huán)冷卻。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，真空控制柜包括擴散泵、羅茨泵和機械泵。為了滿足真空室高真空要求，設為三級抽氣裝置。前述的非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備中，濺射爐體內額定電壓為100V 500V，額定功率為50KW。與現有技術相比，本發(fā)明由于設有氣體流量反饋系統(tǒng)，可以通過輝光放電的光譜信號來確定氣體濃度，分析、判斷出氣體流量速率的調整范圍，精確的對氣體流量控制器進行調整，使通入氣體壓力在一個合適的范圍內，保證薄膜的致密度和附著性；由于設有單色儀可以監(jiān)控真空室內濺射出的金屬，給出信號控制反應氣體的流量；由于設有真空計可以將真空室的真空信號傳遞給真空議；由于設有光譜儀，可以對靶材上的輝光放電產生的光信號進行捕捉；由于設有分光計，可以對光譜進行過濾，保存特征光譜；由于設有光譜監(jiān)視器，可以將特征光譜的分析結果顯示出來，更加清楚的反映調整范圍；由于側開式爐門上設有圓盤把手，可以使爐門更加方便開啟；由于設有觀察窗，更加便于濺射過程的觀察；由于設有軌道，方便了對工作架的取放；由于設有靶材把手方便了靶材的取放，由于設有冷卻水管，使靶材工作中可以得到循環(huán)冷卻；為了滿足真空室高真空要求，設為三級抽氣裝置。


圖I是本發(fā)明的整體結構示意圖；圖2是本發(fā)明的后視圖；圖3是本發(fā)明控制柜的結構示意圖；圖4是本發(fā)明氣體反饋系統(tǒng)圖；圖5是本發(fā)明真空腔上側開式爐門的結構示意圖；圖6是本發(fā)明的側門把手的結構示意圖；圖7是本發(fā)明的真空腔內部結構示意圖；
圖8是本發(fā)明靶材結構示意圖。附圖中的標記為I-真空腔，2-真空控制柜，3-控制柜，4-手動操作界面，5-全自動操作界面，6-單色儀，7-真空計，8-氬氣瓶，9-氮氣瓶，10-氣體壓力表，11-惰性氣體流量計，12-真空議，13-氣體流量控制器，14-反映氣體控制器，15-手動與自動切換開關，16-偏壓檢測器，17-氣體流量反饋系統(tǒng)，18-光譜儀，19-分光計，20-光譜監(jiān)視器，21-側開式爐門，22-圓盤把手，23-鎖緊把，24-觀察窗，25-滑動軌道臺，26-加熱管，27-支撐平臺，28-工作架，29-銷釘，30-靶材把手，31-冷卻水管，32-靶材。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據。本發(fā)明的實施例I :如圖I、圖2所示，一種非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，包括真空腔I和控制柜3，真空腔I下方設有真空控制柜2，控制柜3上設有手動操作界面4和全自動操作界面5，真空腔I上設有側開式爐門23，真空控制柜2后方設有氬氣瓶8和氮氣瓶9，真空控制柜2后面設有氣體壓力表10，還內設有氣體流量反饋系統(tǒng)16與氣體壓力表10相連。真空控制柜2包括擴散泵、羅茨泵和機械泵；真空控制柜2上設有惰性氣體流量計11和單色儀6 ;真空腔I上方設有真空計7。真空腔I內真空度為10-lPa。如圖3所示，手動操作界面4上設有真空議12、氣體流量控制開關13、反映氣體控制器14、手動與自動切換開關15和偏壓檢測器16。如圖4所示，氣體流量反饋系統(tǒng)17包括光譜儀18、分光計19和光譜監(jiān)視器20，光譜儀18設于真空腔I內，光譜儀18與分光計19相連，分光計19與光譜監(jiān)視器20相連，光譜監(jiān)視器20與氣體壓力表10相連。如圖5所示，側開式爐門21外設有圓盤把手22。如圖6所示，圓盤把手上22上設有鎖緊把23和觀察窗24。如圖7所示，真空腔I內設有支撐平臺27，支撐平臺上方設有工作架28，支撐平臺27下方設有滑動軌道臺25，滑動導軌臺25下方設有加熱管26。如圖8所示，側開式爐門23處設有靶材32，靶材32上設有銷釘29、靶材把手30和冷卻水管31。本發(fā)明的實施例2 :如圖I、圖2所示，一種非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，包括真空腔I和控制柜3，真空腔I下方設有真空控制柜2，控制柜3上設有手動操作界面4和全自動操作界面5，真空腔I上設有側開式爐門23，真空控制柜2后方設有氬氣瓶8和氮氣瓶9，真空控制柜2后面設有氣體壓力表10，還內設有氣體流量反饋系統(tǒng)16與氣體壓力表10相連。真空控制柜2包括擴散泵、羅茨泵和機械泵；真空控制柜2上設有惰性氣體流量計11和單色儀6 ;真空腔I上方設有真空計7。真空腔I內真空度為10-lPa。如圖3所示，手動操作界面4上設有真空議12、氣體流量控制開關13、反映氣體控制器14、手動與自動切換開關15和偏壓檢測器16。如圖4所示，氣體流量反饋系統(tǒng)17包括光譜儀18、分光計19和光譜監(jiān)視器20，光譜儀18設于真空腔I內，光譜儀18與分光計19相連，分光計19與光譜監(jiān)視器20相連，光譜監(jiān)視器20與氣體壓力表10相連。 如圖5所示，側開式爐門21外設有圓盤把手22。如圖6所示，圓盤把手上22上設有鎖緊把23和觀察窗24。如圖7所示，真空腔I內設有支撐平臺27，支撐平臺上方設有工作架28，支撐平臺27下方設有滑動軌道臺25，滑動導軌臺25下方設有加熱管26。如圖8所示，側開式爐門23處設有靶材32，靶材32上設有銷釘29、靶材把手30和冷卻水管31。本發(fā)明的實施例3 :如圖I、圖2所示，一種非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，包括真空腔I和控制柜3，真空腔I下方設有真空控制柜2，控制柜3上設有手動操作界面4和全自動操作界面5，真空腔I上設有側開式爐門23，真空控制柜2后方設有氬氣瓶8和氮氣瓶9，真空控制柜2后面設有氣體壓力表10，還內設有氣體流量反饋系統(tǒng)16與氣體壓力表10相連。真空控制柜2包括擴散泵、羅茨泵和機械泵；真空控制柜2上設有惰性氣體流量計11和單色儀6 ;真空腔I上方設有真空計7。真空腔I內真空度為10-2Pa。如圖3所示，手動操作界面4上設有真空議12、氣體流量控制開關13、反映氣體控制器14、手動與自動切換開關15和偏壓檢測器16。如圖4所示，氣體流量反饋系統(tǒng)17包括光譜儀18、分光計19和光譜監(jiān)視器20，光譜儀18設于真空腔I內，光譜儀18與分光計19相連，分光計19與光譜監(jiān)視器20相連，光譜監(jiān)視器20與氣體壓力表10相連。如圖5所示，側開式爐門21外設有圓盤把手22。如圖6所示，圓盤把手上22上設有鎖緊把23和觀察窗24。如圖7所示，真空腔I內設有支撐平臺27，支撐平臺上方設有工作架28，支撐平臺27下方設有滑動軌道臺25，滑動導軌臺25下方設有加熱管26。如圖8所示，側開式爐門23處設有靶材32，靶材32上設有銷釘29、靶材把手30和冷卻水管31。外形尺寸(長X 寬 X 高)4.0X4.0X2.6m;主機1.5XL4X2.4m;控制柜
2.0X0. 8X2. 2m ;制冷機1. 0X0. 7X2. Om ;額定功:率 50KW ;額定電壓:400V (±10%)；爐體實際尺寸(直徑X高)①700X IOOOmm ;爐腔有效尺寸①500X 700mm ;爐門開啟方式側開；爐體冷卻方式水冷；爐體設計允許最大載荷500Kg ;公轉臺直徑450mm ；自轉裝卡臺設計允許最大載荷100Kg ；自轉裝卡臺數量6 ;祀位數4 ;祀材尺寸(長X寬)725X 175mm ;高精度測溫熱電偶數量2 ;爐體觀察窗數量3 ；6Kff Advanced Energy PNCL革巴電源(精度±0. 01A)4臺；IOKff Advanced Energy PNCL偏壓電源(精度±1V)1臺；機械泵(BOC Edwrds原裝泵):E2M40 ;羅茨泵(BOC Edwrds原裝泵):H1500 ;擴散泵(BOC Edwrds原裝泵)B35032978 ;高真空計WRG_S ;前級真空計APGX-M_NW16 ;真空連接鎖IS16K ;設計鍍膜其實真空度4. OX 10 - 3Pa ;極限真空度1. 4X 10 — 4Pa ;冷態(tài)漏氣率2. OX 10 —IPa/h ;抽真空時間(達到鍍膜起始真空度)<30min ;多通道氣體流量控制器((BOC Edwrds原裝泵))4通道；氣體質量流量控制器(美國MKS原裝，0. ISCCM) :3個；PLC (德國Vipa原裝，軍品級)；工業(yè)控制計算機(Dell,軍品級，DVD刻錄)；操作系統(tǒng)(中文版Windows XpPro);遠程控制(附帶PC Anyway軟件級隨機Modem) ；USP不間斷電源(1500ff*H);實時控制/數據采集功能。本發(fā)明的工作原理真空腔I抽至高真空后，打開流量控制器13，通入氬氣和氮氣，氣體壓力表10顯示真空腔I內氣體壓力，通過氣體流量反饋系統(tǒng)17對真空腔I內的氬氣量進行檢測，控制氬氣流量控制器13，保證真空度在10-1 10_3Pa，濺射靶材施加50-500V的負電壓，產生輝光放電，氬離子轟擊濺射靶材表面，使濺射靶材原子從靶表面濺 射下來，向基片遷移。遷移過程中部分被電離，并在基片負偏壓的作用下沉積于基片，形成膜層。鍍膜過程中可以通過觀察窗進行觀察。
權利要求
1.ー種非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，包括真空腔(I)和控制柜(3)，其特征在于真空腔(I)下方設有真空控制柜(2)，控制柜(3)上設有手動操作界面(4)和全自動操作界面(5)，真空腔(I)上設有側開式爐門(23)，真空控制柜(2)后方設有氬氣瓶(8)和氮氣瓶(9)，真空控制柜(2)后面設有氣體壓カ表(10)，還內設有氣體流量反饋系統(tǒng)(16)與氣體壓カ表(10)相連。
2.根據權利要求I所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于真空控制柜(2 )上設有惰性氣體流量計(11)和單色儀(6 )，真空腔(I)上方設有真空計(7 )。
3.根據權利要求2所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于手動操作界面(4)上設有真空議(12)、氣體流量控制器(13)、反映氣體控制器(14)、手動與自動切換開關(15)和偏壓檢測器(16)。
4.根據權利要求3所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于氣體流量反饋系統(tǒng)(17)包括光譜儀(18)、分光計(19)和光譜監(jiān)視器(20)，光譜儀(18)設于真空腔(I)內，光譜儀(18)與分光計(19)相連，分光計(19)與光譜監(jiān)視器(20)相連，光譜監(jiān)視器(20)與氣體流量控制器(13)相連。
5.根據權利要求4所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于真空腔(I)內真空度為IO-IPa 10_2Pa。
6.根據權利要求4或5所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于側開式爐門(21)外設有圓盤把手(22 )。
7.根據權利要求6所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于圓盤把手上(22)上設有鎖緊把(23)和觀察窗(24)。
8.根據權利要求7所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于真空腔(I)內設有支撐平臺(27)，支撐平臺上方設有工作架(28)，支撐平臺(27)下方設有滑動軌道臺(25)，滑動導軌臺(25)下方設有加熱管(26)。
9.根據權利要求8所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于側開式爐門(23)處設有靶材(32)，靶材(32)上設有銷釘(29)、靶材把手(30)和冷卻水管(31)。
10.根據權利要求I所述非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，其特征在于真空控制柜(2)包括擴散泵、羅茨泵和機械泵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非平衡閉合場磁控濺射離子鍍設備，包括真空腔(1)和控制柜(3)，真空腔(1)下方設有真空控制柜(2)，控制柜(3)上設有手動操作界面(4)和全自動操作界面(5)，真空腔(1)上設有側開式爐門(18)，真空控制柜(2)后方設有氬氣瓶(8)和氮氣瓶(9)，真空控制柜(2)后面設有氣體壓力表(10)，還內設有氣體流量反饋系統(tǒng)(16)與氣體壓力表(10)相連。本發(fā)明設有氣體流量反饋系統(tǒng)，通過輝光放電的光譜信號來確定反應氣體濃度，分析、判斷出氣體流量速率的調整范圍，精確的對氣體流量控制器進行調整，使通入氣體壓力保持最佳狀態(tài)，保證薄膜的致密度和附著性。
文檔編號C23C14/54GK102677011SQ20121016136
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權日2012年5月23日
發(fā)明者文曉斌, 欒亞 申請人:文曉斌