专利名称：一种提高薄膜沉积质量的电弧离子镀设备的制作方法
技术领域：
本实用新型属于金属材料表面改性技术领域，涉及一种提高薄膜沉积质量 的电弧离子镀设备。
背景技术：
电弧离子镀于上个世纪60年代产生于前苏联，于80年代初在美国率先实 现产业化，主要应用在刀具表面的TiN类硬质薄膜的沉积上，由于大幅度提高 刀具的使用寿命，曾引起过一场广泛的刀具技术革命，迅速地推动了机械加工 业的自动化生产线的产业化发展。此外，电弧离子镀在装饰镀膜领域也冇着广 泛的应用。
电弧离子镀是离化率最高(70 90%)的离子镀形式，因此它具有沉积速 率快，膜层致密，膜基结合力强等优点；不过其不足之处也很鲜明，就是总是 有"大颗粒"伴随薄膜的沉积而使薄膜质量大大降低。用磁过滤的方法抑制和净化 大颗粒被证明是行之有效的方法，比如Bendavid(BendavidA，etal.， Morphology and optical properties of gold thin films prepared by filtered arc deposition. Thin Solid Films, 1999， 354: 169-175)和Aksenov (Aksenov 11， et al. A rectilinear plasma filtering system for vacuum-arc deposition of diamond-like carbon coatings. Diamond Related Matter, 1999， 8: 468-471)等人在早期对此进行了研究和应用， 尤其特别是Shi X等(Shi X， et al. 'Filtered Cathodic Arc Source. US Patent 6 031 239， Feb. 29， 2000)发明了空间弯管结构的封闭式过滤装置，使电弧沉积中的大 颗粒污染几乎降低为零，使出口端的离化率接近100%，主要应用在极高品质精 细薄膜的合成上。不过因加强过滤效果所带来的问题是沉积速率严重下降，有 时低到仅为未加过滤的3Q/^左右，在大众化的工业领域由于设备复杂和成本过高 很难得到推广应用。
在电弧镀的磁过滤技术的应用开发中，过滤程度和沉积效率始终是一对矛 盾，过分追求过滤程度则造成沉积效率过分下降，要保证电弧镀的沉积速率优 势又肯定带来大颗粒污染的严重。如何调和解决这一矛盾，以使电弧离子镀技 术有更宽的普适性，尤其是适应当今大众化的工业领域提高镀膜生产质量的需
要，是该电弧离子镀所急待解决的问题。 发明内容
本实用新型提供一种既能保证沉积效率，又能取得好的过滤效果的提高薄 膜沉积质量的电弧离子镀设备。
本实用新型的技术构思是，采用带有稳弧磁场和加长过滤磁场的双磁场结 构的弧源，通过设置二级磁场的合理匹配保证等离子体的传输效率，而同时辅 以磁过滤通道几何尺寸的优化来提高大颗粒的净化效果，从而达到既保证沉积 效率又提高薄膜沉积的质量目的。
本实用新型的技术解决方案是， 一种提高薄膜沉积质量的电弧离子镀设备，
由真空室1、真空系统2、载物台3、阴极弧源4、偏压电源6、阴极弧源电源 15、送气控制器16和真空计量系统17构成，真空系统2、送气控制器16和真 空计量系统17与真空室1连接，载物台3与真空室1转动连接，偏压电源6与 载物台3的转轴连接，阴极弧源电源15与阴极弧源4连接，阴极弧源4与真空 室l连接；其中，阴极弧源4是由一级磁场线圈8、 一级线圈支撑圆筒9、 二级 磁场线圈10、 二级线圈支撑圆筒11和金属阴极靶7构成的双电磁场结构， 一级 线圈支撑圆筒9与二级线圈支撑圆筒11连接，二级线圈支撑圆筒11与真空室1 上的弧源法兰12连接，与金属阴极靶循环水管13连接的金属阴极靶7固定在 与一级线圈支撑圆筒9连接的后封法兰14上；其中一级线圈支撑圆筒9的内径 为O120-250mm，长度为40-100mm， 一级线圈8的缠绕密度为8-30匝/mm，线 圈铜线直径为0.5-2mm; 二级线圈支撑圆筒11的内径为O150-300mm，长度为 200-400mm， 二级线圈10缠绕密度为5-20匝/mm，线圈铜线直径为0.5-1.5mm。 本实用新型的有益效果是，沉积过程中大颗粒的数量和尺寸被大幅度减少 从而提高了薄膜的沉积质量，但又降低薄膜的沉积效率。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的设备结构示意图。
图中，l.真空室；2.真空系统；3.载物台；4.阴极弧源；5.工件；6.脉冲偏Jii 电源；7.金属阴极靶；8.—级磁场线圈；9. 一级磁场线圈支撑圆筒；10.二级 磁场线圈；11. 二级磁场线圈支撑圆筒；12.弧源法兰；13.金属阴极靶循环水管; 14.后封法兰；15.阴极弧源电源；16.送气控制器；17.真空计量系统。
具体实施方式
镀纯铬薄膜在真空室1的弧源法兰12上安装4个二级电磁场过滤结构的 阴极弧源4，其中， 一级线圈支撑圆筒9的内径为O150mm，长度为80mm， 一 级线圈8的缠绕密度为10匝/mm，线圈铜线直径为0.6mm; 二级线圈支撑圆筒 11内径为①160mm，长度为200mm， 二级线圈10缠绕密度为20匝/mm，线圈 铜线直径为1.3mm，金属阴极靶7为纯铬； 一级线圈支撑圆筒9与二级线圈支 撑圆筒11用法兰连接，二级线圈支撑圆筒11与真空室1上的弧源法兰12连接， 与金属阴极靶循环水管13连接的金属阴极靶7固定在与一级线圈支撑圆筒9连 接的后封法兰14上，法兰连接处用真空胶圈密封。
将工件清洗干燥后放入真空室1的载物台3中，抽真空到lxlO-3Pa;通氩 气到0.5Pa，力卩-1000Vx40KHzx40。/。的脉冲负偏压进行溅射清洗，时间为5min; 然后将一级磁场线圈电流调整到3A， 二级线圈电流为2A，引燃4个弧源上的 阴极金属铬靶，弧流均调整为IOOA，将脉冲偏压调节为-300Vx40KHzx50M进行 镀膜，时间为50min，镀膜到时后卸偏压，停弧，停气，断电，最后炉冷到3(TC 后取出工件。结果在工件表面沉积合成大颗粒数量少、致密度高、厚度为2pm 的高质量纯铬薄膜。
权利要求1.一种提高薄膜沉积质量的电弧离子镀设备，由真空室(1)、真空系统(2)、载物台(3)、阴极弧源(4)、偏压电源(6)、阴极弧源电源(15)、送气控制器(16)和真空计量系统(17)构成，真空系统(2)、送气控制器(16)和真空计量系统(17)与真空室(1)连接，载物台(3)与真空室(1)转动连接，偏压电源(6)与载物台(3)的转轴连接，阴极弧源电源(15)与阴极弧源(4)连接，阴极弧源(4)与真空室(1)连接；阴极弧源(4)是由一级磁场线圈(8)、一级线圈支撑圆筒(9)、二级磁场线圈(10)、二级线圈支撑圆筒(11)和金属阴极靶(7)构成的双电磁场结构，一级线圈支撑圆筒(9)与二级线圈支撑圆筒(11)连接，二级线圈支撑圆筒(11)与真空室(1)上的弧源法兰(12)连接；其特征在于，与金属阴极靶循环水管(13)连接的金属阴极靶(7)固定在与一级线圈支撑圆筒(9)连接的后封法兰(14)上；一级线圈支撑圆筒(9)的内径为Φ120-250mm，长度为40-100mm，一级线圈(8)的缠绕密度为8-30匝/mm，线圈铜线直径为0.5-2mm；二级线圈支撑圆筒(11)的内径为Φ150-300mm，长度为200-400mm，二级线圈(10)缠绕密度为5-20匝/mm，线圈铜线直径为0.5-1.5mm。
专利摘要一种提高薄膜沉积质量的电弧离子镀设备属于金属材料表面改性技术领域。其技术解决方案是采用带有稳弧磁场和加长过滤磁场的双磁场结构的弧源，通过设置二级磁场的合理匹配保证等离子体的传输效率，而同时辅以磁过滤通道几何尺寸的优化来提高大颗粒的净化效果，从而达到既保证沉积效率又提高薄膜沉积的质量目的。主要适用于金属材料表面改性领域。
文档编号C23C14/32GK201183820SQ20082001169
公开日2009年1月21日 申请日期2008年3月19日 优先权日2008年3月19日
发明者林国强 申请人:大连理工大学