[实用新型]阴极真空电弧源薄膜沉积装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种阴极真空电弧源薄膜沉积装置。

背景技术

阴极真空电弧沉积法是将真空电弧蒸发源产生的等离子体，借助负偏置电压等吸引至基体，并在基体表面上形成薄膜的一种方法。其中，阴极真空电弧蒸发源通过真空电弧放电蒸发阴极靶，由此产生含有阴极靶材料的等离子体。阴极真空电弧沉积法具有离化率高、离子能量高、沉积温度低、沉积速率高、膜基结合好等一系列优点，因此，不仅是目前沉积传统TiN、CrN、TiAlN等硬质薄膜的主要方法，也是沉积ta-C超硬薄膜最有前途的方法之一。但是，在薄膜沉积过程中，阴极表面电弧斑放电剧烈，在产生高密度等离子体的同时也产生大量的宏观颗粒。其中，宏观颗粒是指直径约为几微米至几十微米的大颗粒(这种大颗粒也称作“液滴”或者“大型颗粒”)。宏观大颗粒与等离子体在基体上的协同沉积，常常使薄膜表面相糙度增加，膜基结合力下降，影响高质量薄膜的获得，已成为阴极真空电弧方法产业化应用中的关键技术瓶颈。

目前，减少宏观大颗粒协同沉积的方法有三种：一是在阴极电弧电源处利用外加电磁场控制电弧斑点的运动，延长弧斑寿命，减少因断弧而频繁启动电弧过程中熔滴大颗粒的产生；其次是利用带有外加励磁线圈的磁过滤弯管装置，在传输过程中将宏观大颗粒在一定程度上过滤掉，避免其沉积到基体表面，其机理是在外加磁场作用下，宏观大颗粒由于质量较大，在惯性作用下直接溅射到管壁上被过滤掉，而质量小的离子束则在电子束流形成的外力牵引下，顺利通过磁过滤弯管到达基体表面，从而获得高质量的薄膜；再者是在沉积过程中，利用其它离子束流辅助轰击基体，也可减少协同沉积在基体上的附着性相对较弱的大颗粒，增强膜基的结合力和提高薄膜质量。

上述方法中，采用带有外加励磁线圈的磁过滤弯管，被认为是目前去除宏观大颗粒最有效的方法。根据结构设计的不同，磁过滤弯管可设计成直线形、90°弯曲形、膝形、S形及60°弯曲形等。然而，这几种磁过滤弯管在减少宏观大颗粒和提高等离子体的有效传输方面还有不足，尤其随现代大容量信息存储、MEMS微机电、航空航天等高技术领域的快速发展，传统的阴极真空电弧源薄膜沉积装置在沉积超硬、超薄ta-C薄膜方面还难以满足要求。因而，目前迫切需要研制一种兼具有效过滤宏观大颗粒和高效传输等离子体的新型阴极真空电弧源薄膜沉积装置，以及探索一种利用该新型阴极真空电弧源薄膜沉积装置沉积大面积、高性能ta-C薄膜的新方法。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中的不足，提供一种阴极真空电弧源薄膜沉积装置，以减少宏观大颗粒在工件表面的沉积，同时提高等离子体在磁性过滤部分中的有效传输，提高薄膜沉积的速率。

本实用新型专利解决上述技术问题所采用的技术方案是：阴极真空电弧源薄膜沉积装置，包括依次密封连接的阴极真空电弧蒸发源、磁性过滤部分、安装有基体的薄膜沉积真空腔，以及抽真空装置；磁性过滤部分包括管体与设置在管体外部周缘的磁场产生器，管体包括管体入口端面和管体出口端面，管体入口端面与管体出口端面之间至少有一个弯管，并且该弯管两侧管体的轴线之间的夹角为135°；在阴极真空电弧蒸发源上设置有用于通入惰性气体的气体通道。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述磁性过滤部分的管体内壁设有栅状挡板。

上述栅状挡板是由倒齿类的栅格串联圈构成。

上述磁场产尘器包括设在管体入口处的拽引线圈、设在管体弯管分的弯转线圈和设在管体出口处的输出线圈，与所述拽引线圈相连的拽引线圈直流电源、与所述弯转线圈相连的弯转线圈直流电源和与所述输出线圈相连的输出线圈直流电源。

上述输出线圈的外侧周缘均匀设置四个扫描线圈，该扫描线圈与输出线圈互相垂直，该扫描线圈连接有扫描线圈交流电源。

上述阴极真空电弧蒸发源包括阴极，与所述阴极共轴放置的阳极，设置在所述阴极和阳极之间的用于激发电弧的触发电极，所述触发电极的气动阀门，电弧脉冲电源，与阳极共轴放置在阴极两侧的永磁体，与永磁体相连且可以调节永磁体与阴极之间距离的螺纹杆；永磁体外围设置弧源线圈，弧源线圈连接电弧电源线圈直流电源。

上述薄膜沉积真空腔包括位于中间底部的工件架，所述工件架上制有可公转的大盘和大盘上可自转的小盘。

上述电源提供装置包括：为所述阴极真空电弧蒸发源供电的脉冲电源、为所述管体施加正偏压的直流电源以及为所述工件架施加偏压的直流电源。