一种双离子束金属镀膜自动化设备的制作方法

文档序号:15457833发布日期:2018-09-15 01:40

本发明涉及离子镀膜技术领域,尤其是一种双离子束金属镀膜自动化设备。



背景技术:

在公知的技术领域,离子束溅射镀膜技术为科学研究与生产提供了薄膜涂覆的新工艺、新技术,为高温合金导体薄膜、磁性薄膜器件、薄膜集成电路、薄膜传感器、光学薄膜、金属异质结构的薄膜制备、材料改性中的薄膜制备等广泛的应用提供了新的技术手段。随着离子束镀膜技术应用领域的不断扩展和延伸,对离子束溅射淀积薄膜设备的要求越来越高。然而现在这类设备,仍以单一功能的离子束溅射镀膜机为主,具备辅助淀积功能的同时不具备共溅射功能,或者具备共溅射功能的同时又不具备辅助淀积功能,或者机器的工作参数与成膜的工艺参数不能分别独立调整,这类设备淀积的薄膜存在均匀性不好、膜质疏松、针孔缺陷多、粘附性能差、内应力大、无法生产纳米量级薄膜等缺陷,难以满足制备高性能薄膜的要求。

为此,相关技术领域的技术人员对此进行了改进,例如中国专利申请号为CN200420068277.X提出的“一种双离子束共溅射淀积原子层纳米薄膜设备,由真空室、主离子源、辅助离子源、淀积靶、旋转工件台、电子中和器、挡板、复合真空系统和机架等组成,所述真空室与机架下方的复合真空系统相连接;旋转工件台的下方安装有手柄调节的挡板”,该装置虽然能够以纳米尺寸的逐原子层淀积的薄膜,实现了不同薄膜层间的原子键合,使得膜层具有了粘附性牢、均匀性和致密性好、极小内应力的优点,大大地提高了薄膜的性能;但同时存在不足之处,如该装置的主离子源、辅助离子源和淀积靶安装位置固定,离子入射角度不可大幅度调节,并且未给出旋转工作台具体安装方式,导致装置只能够对外形较小的工件进行整面镀膜,当工件外形较大或者形状并不是平面时,膜层很难覆盖整个表面,容易出现薄膜均匀性不好的缺陷,同时该装置的主离子源和辅助离子源上均未给出具体冷却方案,达不到良好的冷却效果,长时间在高温状态下工作容易对装置产生影响,降低装置使用寿命。

基于此,本发明设计了一种双离子束金属镀膜自动化设备,以解决上述问题。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种双离子束金属镀膜自动化设备,以解决上述装置的主离子源、辅助离子源和淀积靶安装位置固定,离子入射角度不可大幅度调节,并且未给出旋转工作台具体安装方式,导致装置只能够对外形较小的工件进行整面镀膜,当工件外形较大时,或者形状并不是平面而是异形面时,膜层很难覆盖整个表面,容易出现薄膜均匀性不好的缺陷,同时上述装置的主离子源和辅助离子源上均未给出具体冷却方案,达不到良好的冷却效果,长时间在高温状态下工作容易对装置产生影响,降低装置使用寿命的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种双离子束金属镀膜自动化设备,包括设备机架,所述设备机架的顶部设置有真空镀膜室,所述设备机架的内腔底部设置有真空装置,所述真空装置与真空镀膜室相连通,所述真空镀膜室的右侧壁设置有密封门体,所述真空镀膜室的左侧壁底部设置有进气口,所述真空镀膜室的内腔底部中心处设置有溅射淀积台,所述溅射淀积台的顶部设置有镀膜工件,所述真空镀膜室的内腔左侧壁中部设置有主离子源,在所述真空镀膜室的内腔顶部分别设有靶材滑块、辅源滑块,所述靶材滑块始终位于辅源滑块的左侧,且所述靶材滑块、辅源滑块均可沿同一水平直线方向来回往复移动,在所述靶材滑块上设有靶材,在所述辅源滑块的底部固定安装有辅助离子源,所述主离子源和辅助离子源的外壁均设置有冷却裹层,在所述真空镀膜室上还设置有水冷装置,所述冷却裹层与水冷装置相连通。

进一步的,所述水冷装置包括有储水箱、循环水泵、散热排和输水管,所述冷却裹层的侧壁具有供冷却液流通的容腔,所述冷却裹层的侧壁设置有与所述容腔相连通的进液口和出液口,两组所述冷却裹层的进液口共同连接于储水箱的出水口,两组所述冷却裹层的出液口共同连接于散热排的进水口,所述冷却裹层、储水箱、循环水泵和散热排通过输水管依次连通构成冷却系统。

进一步的,在所述主离子源与真空镀膜室之间设有铰接座。

进一步的,在所述真空镀膜室的内腔顶部设置有直线导轨,所述直线导轨上安装有靶材滑块和辅源滑块,所述靶材滑块的底部固定设置有靶材装夹台,所述靶材装夹台的底部装夹设置有靶材。

进一步的,在所述真空镀膜室的内腔顶部设置有摆幅调整机构,所述摆幅调整机构具有安装座,在所述安装座的下方沿水平方向的左、右两端分别设有可沿竖直方向伸缩的调整装置,在所述调整装置的下方设有平移调节装置,所述平移调节装置具有对称设置的两根横杠,且所述调整装置与相对应的横杠转动连接,在两根横杠之间区域内沿水平方向的左、右两端分别设有电动卷轴,在两个电动卷轴之间设有卷帘滑轨,所述卷帘滑轨上安装有靶材滑块和辅源滑块,所述靶材滑块的底部固定设置有靶材装夹台,所述靶材装夹台的底部装夹设置有靶材。

进一步的,所述调整装置具有对称设置的第一竖直横杆、第二竖直横杆,所述第一竖直横杆与第二竖直横杆的上端均与安装座滑动连接,所述第一竖直横杆与第二竖直横杆的下端与横杠分别对应且转动连接,在所述第一竖直横杆与第二竖直横杆之间设有连接横杆,在所述连接横杆与安装座之间设有电动调节装置。

进一步的,所述卷帘滑轨具有设置在两根横杠之间的矩形移动块,在所述矩形移动块的水平左、右两端设有柔性卷帘,且所述柔性卷帘分别与相邻的电动卷轴相对应,所述靶材滑块和辅源滑块设置在矩形移动块上。

进一步的,在所述真空镀膜室的内腔顶部设置有角度调整机构,所述角度调整机构具有两个可沿水平直线方向往复移动的调整座,在每个调整座上均设有可以水平方向为中心轴线转动的转动座,所述靶材滑块、辅源滑块分别设置在转动座上,所述靶材滑块的底部固定设置有靶材装夹台,所述靶材装夹台的底部装夹设置有靶材。

进一步的,所述角度调整机构具有支撑装置,所述支撑装置具有两个相对设置且可固定在真空镀膜室的内腔顶部的固定块,在所述固定块之间对称设有两根水平滑杆,且两根水平滑杆贯穿调整座,在两个固定块上分别设有调节丝杠,且所述调节丝杠与相邻的调整座相连接。

进一步的,所述调整座上设有可以沿直线方向顶出的微调滑块,且所述转动座安装在微调滑块上。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明结构合理,通过主离子源、辅助离子源和靶材相互配合,在气相沉积镀膜的同时,用具有一定能量的离子束轰击不断沉积着的物质,由于离子轰击引起沉积膜与镀膜工件间原子互相混合,界面原子互相渗透融为一体,形成一个过渡层从而大大改善了膜基的结合强度;本发明采用包裹式冷却方式对主离子源和辅助离子源进行水冷降温,通过内热外输的方法,可及时将主离子源和辅助离子源工作产生的热量带出真空镀膜室,降低高温对装置使用寿命造成的影响;本发明主离子源、辅助离子源和靶材的角度位置可自由调节,当镀膜工件外形较大时,可通过调整主离子源、辅助离子源和靶材的角度位置对镀膜工件的表面不同位置进行镀膜加工;即本发明提供了一种可通过散热保护提升装置使用寿命和多尺寸兼容镀膜的双离子束金属镀膜自动化设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例一中结构示意图;

图2为本发明的实施例一中内部结构示意图;

图3为本发明的实施例一中水冷装置结构示意图;

图4为本发明的实施例二中摆幅调整机构的结构示意图;

图5为图4中A处的局部放大示意图;

图6为本发明的实施例三中角度调整机构的结构示意图。

附图中,各标号所代表的部件列表如下:

1.设备机架,2.真空镀膜室,3.真空装置,4.密封门体,5.进气口,6.溅射淀积台,7.镀膜工件,8.铰接座,9.主离子源,10.直线导轨,11.靶材滑块,12.辅源滑块,13.靶材装夹台,14.靶材,15.辅助离子源,16.冷却裹层,17.水冷装置,171.储水箱,172.循环水泵,173.散热排,174.输水管,18.观测窗口,19.阀门,20.摆幅调整机构,201.安装座,202.调整装置,2021.第一竖直横杆,2022.第二竖直横杆,2023.连接横杆,2024.电动调节装置,203.平移调节装置,2031.横杠,2032.电动卷轴,2033.卷帘滑轨,20331.矩形移动块,20332.柔性卷帘,21.角度调整机构,211.调整座,2111.微调滑块,212.转动座,213.支撑装置,2131.固定块,2132.水平滑杆,2133.调节丝杠。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明的优选实施例一,如图1~3所示,本发明提供一种技术方案:一种双离子束金属镀膜自动化设备,包括设备机架1,设备机架1的顶部设置有真空镀膜室2,真空镀膜室2的前侧壁设置有观测窗口18,以便于观测真空镀膜室2内的工作实况,设备机架1的内腔底部设置有真空装置3,真空装置3与真空镀膜室2相连通,真空镀膜室2的右侧壁设置有密封门体4,真空镀膜室2的左侧壁底部设置有进气口5,真空装置3与真空镀膜室2的连通管和进气口5上均设置有阀门19,控制气流进出,改变真空镀膜室2内的气压状况,真空镀膜室2的内腔底部中心处设置有溅射淀积台6,溅射淀积台6的顶部设置有镀膜工件7,真空镀膜室2的内腔左侧壁中部设置有铰接座8,铰接座8的右侧铰接设置有主离子源9,真空镀膜室2的内腔顶部设置有直线导轨10,直线导轨10的底部活动连接有靶材滑块11和辅源滑块12,靶材滑块11位于辅源滑块12的左侧,靶材滑块11的底部固定设置有靶材装夹台13,靶材装夹台13的底部装夹设置有靶材14,辅源滑块12的底部固定安装有辅助离子源15,主离子源9和辅助离子源15均为照射离子束的离子枪装置,通过外界电源装置和质量流量调整器,提供镀膜所需离子束,主离子源9和辅助离子源15的外壁均设置有冷却裹层16,真空镀膜室2的顶部右侧设置有水冷装置17,冷却裹层16与水冷装置17相连通,水冷装置17包括有储水箱171、循环水泵172、散热排173和输水管174,冷却裹层16的侧壁具有供冷却液流通的容腔,冷却裹层16的侧壁设置有与容腔相连通的进液口161和出液口162,两组冷却裹层16的进液口161共同连接于储水箱171的出水口,两组冷却裹层16的出液口162共同连接于散热排173的进水口,冷却裹层16、储水箱171、循环水泵172和散热排173通过输水管174依次连通构成冷却系统,通过冷却裹层16与水冷装置17相互配合,可对主离子源9和辅助离子源15进行及时冷却降温,真空镀膜室2的侧壁设置有供输水管174出入的密封通孔,使得冷却裹层16能够与外部水冷装置17相连通。

优选实施例一的一个具体应用为:本装置为一种双离子束金属镀膜自动化设备,使用时,将靶材14装夹于靶材装夹台13上,将镀膜工件7固定于溅射淀积台6上,关好密封门体4,使真空镀膜室2的内腔形成密闭空间,通过真空装置3将真空镀膜室2的内腔抽成真空状态,启动主离子源9和辅助离子源15,主离子源9和辅助离子源15均为照射离子束的离子枪装置,通过外界电源装置和质量流量调整器,提供镀膜所需离子束,主离子源9对靶材14进行轰击形成溅射粒子,利用辅助离子源15产生的离子束,对安装于旋转工件台镀膜工件7上的工件表面进行原位离子束轰击,形成共淀积,获得工件表面材料新鲜的原子层,当真空镀膜室2的内腔气体分压发生波动时,通过调节进气口5控制氧气的流量,保证氧分压稳定,同时还可利用辅助离子源15发射甚低能量的离子束,轰击正在淀积的薄膜,能原位改善薄膜的粘附性、内应力等机械特性和电特性。

通过冷却裹层16与水冷装置17相互配合,可对主离子源9和辅助离子源15进行及时冷却降温。

如果是需要针对平面镀膜时,当镀膜工件7的外形尺寸较大时,可通过铰接座8调节主离子源9的方向,进而改变主离子源9产生的离子束的入射方向,通过靶材滑块11与直线导轨10相配合,可调整靶材14的左右位置,使得主离子源9产生的离子束能够尽可能多的击打在靶材14上,通过辅源滑块12与直线导轨10相配合,可调整辅助离子源15的左右位置,即改变辅助离子源15产生的离子束击打在镀膜工件7上的位置,所以使用时,只需调整主离子源9、靶材14和辅助离子源15中的一组或多组的角度或位置,即可改变镀膜位置,无需反复取放镀膜工件7,从而影响镀膜工件7的镀膜质量,由此实现多尺寸镀膜工件7兼容镀膜。

如图4~5所示本发明的优选实施例二,将实施例一中的直线导轨10替换为摆幅调整机构20,在真空镀膜室2的内腔顶部设置有摆幅调整机构20,所述摆幅调整机构20具有安装座201,在安装座201的下方沿水平方向的左、右两端分别设有可沿竖直方向伸缩的调整装置202,在调整装置202的下方设有平移调节装置203,所述平移调节装置203具有对称设置的两根横杠2031,且调整装置202与相对应的横杠2031转动连接,在两根横杠2031之间区域内沿水平方向的左、右两端分别设有电动卷轴2032,在两个电动卷轴2032之间设有卷帘滑轨2033,所述卷帘滑轨2033具有设置在两根横杠2031之间的矩形移动块20331,在所述矩形移动块20331的水平左、右两端设有柔性卷帘20332,且柔性卷帘20332分别与相邻的电动卷轴2032相对应,所述靶材滑块11和辅源滑块12设置在矩形移动块20331上,所述靶材滑块11的底部固定设置有靶材装夹台13,所述靶材装夹台13的底部装夹设置有靶材14。

所述调整装置202具有对称设置的第一竖直横杆2021、第二竖直横杆2022,所述第一竖直横杆2021与第二竖直横杆2022的上端均与安装座201滑动连接,所述第一竖直横杆2021与第二竖直横杆2022的下端与横杠2031分别对应且转动连接,在第一竖直横杆2021与第二竖直横杆2022之间设有连接横杆2023,在所述连接横杆2023与安装座201之间设有电动调节装置2024。

实施例二在调整靶材滑块11和辅源滑块12时,两侧电动调节装置2024的伸缩均可以使得对应的调整装置202在竖直方向上有位移变化,理论上只要调整装置202在竖直方向上的位移长度足够,平移调节装置203整体可以进行大幅的摆动,左高右低或左低右高,同时电动卷轴2032的驱动,可以同步调整靶材滑块11和辅源滑块12的位置,该种结构尤其适用于异形加工面中具有大面积圆弧的情况,可以显著提升加工的质量。

如图6所示本发明的优选实施例三,将实施例一中的直线导轨10替换为角度调整机构21,在真空镀膜室2的内腔顶部设置有角度调整机构21,所述角度调整机构21具有两个可沿水平直线方向往复移动的调整座211,在每个调整座211上均设有可以水平方向为中心轴线转动的转动座212,所述调整座211上设有可以沿直线方向顶出的微调滑块2111,且转动座212安装在微调滑块2111上,所述靶材滑块11、辅源滑块12分别设置在转动座212上,所述靶材滑块11的底部固定设置有靶材装夹台13,所述靶材装夹台13的底部装夹设置有靶材14。

所述角度调整机构21具有支撑装置213,所述支撑装置213具有两个相对设置且可固定在真空镀膜室2的内腔顶部的固定块2131,在固定块2131之间对称设有两根水平滑杆2132,且两根水平滑杆2132贯穿调整座211,在两个固定块2131上分别设有调节丝杠2133,且调节丝杠2133与相邻的调整座211相连接。

实施例三在调整靶材滑块11和辅源滑块12时,靶材滑块11和辅源滑块12在水平方向上的间距可以调整,同时两者可以转动,考虑到提高转动调节的角度,对其余工件进行避让,也考虑到降低成本和工控调节系统的复杂性,直接在调整座211上设有可以沿直线方向顶出的微调滑块2111,这样在控制上更为简便,基本上能起到万向装置起到的作用,实施例三更适用于不规整的待加工表面。

以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

再多了解一些
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