[发明专利]一种用于表面防护的离子束辅助磁控溅射沉积装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于表面防护的离子束辅助磁控溅射沉积装置及方法。 

背景技术

随着表面改性和薄膜制备技术的发展及日趋成熟，采用多种处理方法相结合制备具有优异新特性的薄膜日益受到关注。近年来，将离子束溅射和高能磁控溅射相结合进行工件表面防护镀膜的复合装置已经开发，例如公开号为CN 2690417(专利号为：ZL03211547.4)的中国实用新型专利就公布了一种平面离子源增强沉积镀膜机，包括真空系统、工件传动装置和蒸发源，其特征在于，还包括平面离子源和平面离子源进气管，平面离子源进气管与真空室连接，工件传动装置安装在真空室内，蒸发源和平面离子源同时安装在真空室壁上。上述平面离子源增强沉积镀膜机需要将蒸发源和平面离子源同时安装在真空室壁，这就要求真空室做的比较大，并且磁控溅射靶不能根据工件的大小和位置调整溅射方向，溅射的效果不佳，另外，这种磁控溅射装置只能对工件单面进行镀膜，而不能对工件所有外表面镀膜，工件镀膜后其均匀性和一致性较差。 

又例如公开号为CN2832829(专利号为：ZL 200520017267.8)的中国实用新型专利也公布了一种新型真空镀膜机，包括有磁控溅射靶的反应磁控溅射镀膜机，其特征在于：还包括一只或多只定向发射的细长形电弧离子源，放置在反应磁控溅射镀膜机中。虽然上述将离子束溅射和高能磁控溅射相结合进行工件表面防护镀膜具有镀层致密以及结合强度高等优点，但是其需要高能的离子束，且沉积速率低，设备复杂、昂贵，限制了其广泛应用。 

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种磁控溅射靶可以根据工件的大小和位置调整溅射方向的用于表面防护的离子束辅助磁控溅射沉积装置。 

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种采用低能、大束流的离子束的用于表面防护的离子束辅助磁控溅射沉积方法。 

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该用于表面防护的离子束辅助磁控溅射沉积装置，包括真空室、磁控溅射源、工件托架和离子源，其特征在于：所述磁控溅射源安装在真空室的顶部呈密封连接结构，磁控溅射靶通过连接轴与磁控溅射 源相连，磁控溅射靶伸入真空室内，且磁控溅射靶与连接轴之间为可转动连接，所述离子源也安装在真空室的顶部呈密封连接结构，离子源的发射头也伸入真空室内，所述工件托架安装在真空室内的底部。 

这样，在对工件的外表面进行镀膜时，磁控溅射靶和离子源均由上向下溅射，符合重力垂直向下的自然规律，无需克服溅射粒子的自重做功；并且由于磁控溅射靶与连接轴之间为可转动连接，使靶面与水平成45～90°，角度可调，这样磁控溅射靶就能根据工件的大小和位置调整溅射方向，以达到最佳的溅射的范围，这种向下沉积镀膜的方式，可显著提高沉积速率，获得厚的磁控溅射薄膜。 

磁控溅射靶在真空室的顶部可以竖直向下安装，当然，为了更好的保证溅射效果，这里，磁控溅射靶可以倾斜向下安装，使磁控溅射靶正对工件托架。并且，磁控溅射靶的安装数量可以有多个，并且这些磁控溅射靶在真空室的顶部呈圆形均匀分布，每个磁控溅射靶均装成与工件托架正对。并且，离子源也可以安装多个，离子源和磁控溅射靶可以间隔分布，这样多个磁控溅射源和离子源对工件托架上的工件进行沉积镀膜时，可以显著提高镀膜效率和均匀性，而离子轰击则可增强膜基结合力，增加薄膜的致密度。 

作为改进，所述工件托架包括一底盘，该底盘由电机转轴连接一部伺服电机及其减速机构，该底盘的外圆周上安装多个工件托盘。 

这样，本发明在对工件进行沉积镀膜时，可以对多个工件同时进行镀膜溅射，提高了沉积镀膜效率。并且，通过电机转轴带动底盘和底盘上的工件托盘转动，当对多个工件同时沉积镀膜溅射时，可以保证每个工件托盘上的工件溅射条件相同。 

工件托盘上可以只放置一个工件，也可以放置多个工件，为了保证每个工件托盘上各个位置所放工件的溅射条件相同，作为进一步改进，所述底盘下方、电机转轴上固定有大齿轮，所述底盘下方、每个工件托盘的转动轴上固定有小齿轮，每个小齿轮与所述大齿轮相啮合。这样，电机转动，带动底盘公转，底盘下大齿轮带动小齿轮转动，而小齿轮通过工件托盘的转动轴带动工件托盘自转，实现工件托盘的公转和自转。这样，工件托盘的公转可以保证每个工件托盘上工件的溅射条件相同，工件托盘的自转可以保证每个托盘上各个位置所放工件溅射条件相同。 

为了能让磁控溅射靶的溅射范围更广，所述磁控溅射靶外绕有水冷励磁线圈，构成非平衡磁控溅射系统。