[发明专利]多级磁场与内衬组合管和多孔挡板复合过滤的电弧离子镀

权利要求书

1.多级磁场与内衬组合管和多孔挡板复合过滤的电弧离子镀，其特征在于，该装置包括偏压电源（1）、弧电源（2）、电弧离子镀靶源（3）、多级磁场装置（4）、多级磁场电源（5）、内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）、内衬偏压电源（7）、样品台（8）、偏压电源波形示波器（9）和真空室（10）；

该装置中：

待处理基体工件置于真空室（10）内的样品台（8）上，多级磁场装置（4）、内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）和真空室（10）之间相互绝缘，工件放置在样品台（8），样品台（8）接偏压电源（1）的负极输出端，电弧离子镀靶源（3）安装在真空室（10）上，接弧电源（2）的负极输出端，多级磁场装置（4）的各级磁场接多级磁场电源（5）的各个输出端，正负极接法依据输出磁场方向进行确定，内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）接内衬偏压电源（7）的正极输出端，开启电源总控制开关和外部水冷循环系统；

薄膜沉积：将真空室（10）内抽真空，待真空室（10）内的真空度小于10^-4Pa时，通入工作气体至0.01Pa～10Pa，开启偏压电源（1）和偏压电源波形示波器（9），偏压电源（1）为直流、单脉冲、多脉冲、直流脉冲复合或双极性脉冲偏压，输出的偏压幅值，脉冲频率和脉冲宽度调节，偏压电源（1）输出脉冲的峰值电压值为0～1.2kV，脉冲频率为0Hz～80kHz，脉冲宽度1~90%，工作电流0~400A，最大输出功率200kW；

开启弧电源（2），通过电弧的弧斑运动对电弧离子镀靶源（3）的表面进行清洗，调节需要的工艺参数，弧电源（2）输出的电流值为10~300A，最大输出功率12kW；

通过多级磁场电源（5）调节多级磁场装置（4），保持电弧等离子体在电弧离子镀靶源（3）稳定产生和对大颗粒缺陷进行过滤消除，保证靶材烧蚀的均匀性，提高靶材的利用效率，使电弧等离子体以较高的传输效率通过多级磁场装置（4），多级磁场装置（4）采用表面绝缘的紫铜线，依据通过电流和磁场强度确定线的直径和匝数，多级磁场电源（5）向各级磁场分别独立供电，实现各级磁场的独立可调，装置结构确定后，通过多级磁场电源（5）的输出电流来调节多级磁场装置（4）输出的各级磁场方向和强度；

内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）可以配合多级磁场装置（4）设计2级、3级或4级等多种分级结构和进出口布局，各级锥形管和直管或锥形管之间通过无磁性的铆钉连接固定，多孔挡板的外径与锥形管和直管组合装置的内径相互配合通过无磁不锈钢的铆钉装配连接在一起，便于拆解组装和清理污染物，内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）可以视表面污染程度及时拆卸清理和安装，避免了无衬板状态下多级磁场装置（4）的管内壁污染和难于清理的问题，以及可以有效避免靶材更换后内衬挡板污染物的二次溅射引起薄膜成分的污染；内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）中的多孔挡板间距与多级磁场装置（4）的各级磁场长度和各级锥形管和直管或锥形管的出口相配合，锥形管和直管组合装置的长度H和多级磁场装置（4）的长度相同，锥形管和直管组合装置右侧进口处的内径D_进大于电弧离子镀靶源（3）的外径，锥形管和直管组合装置的外径小于多级磁场装置（4）的内径，出口处的内径D_出结合装置的组合、工艺参数和靶材等确定，多孔挡板可以配合锥形管和直管组合装置设计挡板的大小、挡板间距和结构组合，根据不同靶材和工艺参数进行选择锥形管和直管组合装置左侧出口处的内径D_出和右侧进口处的内径D_进、多孔挡板中的孔径大小、类型及各级挡板的结构组合，通过锥形管和直管组合装置进口处和出口处的内径变化及挡板结构组合限制大颗粒的运动路径，实现对大颗粒的机械阻挡屏蔽作用；内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）与多级磁场装置（4）之间活动绝缘装配在一起，内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）的长度H和多级磁场装置（4）的长度相同，根据不同靶材和工艺参数选择内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）的配置方案，实现利用自身形状约束对大颗粒的清除作用；

多级磁场装置（4）和内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）的材料选择无磁性、耐清理的304不锈钢材料，多级磁场装置（4）依据靶材的直径、冷却、传输距离来确定长度、内外径、厚度、磁场匝数和方向，内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）根据多级磁场装置（4）内径和电弧离子镀靶源（3）的外径确定内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）进出口位置的外径和内径，内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）根据长度和刚度需要选择合适的厚度，按照实际设计参数加工即可；

开启内衬偏压电源（7），内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）保持直流、单脉冲、多脉冲、直流脉冲复合或双极性脉冲偏压，其中单脉冲、多脉冲或双极性脉冲偏压类型通过调节脉冲频率、脉冲宽度和脉冲类型，输出电压的调整保证内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）对大颗粒进行吸引，对沉积离子进行排斥，减少电弧等离子体在管内传输过程中的损耗，降低甚至消除电弧等离子体中的大颗粒缺陷，提高电弧等离子体的传输效率和薄膜的沉积速度，内衬偏压电源（7）的电压参数为-200 ~ +200V，为直流、单脉冲、多脉冲、直流脉冲复合或双极性脉冲电源，其中脉冲类型可以调节脉冲频率、脉冲宽度和脉冲类型，在沉积过程中对大颗粒缺陷产生周期性或者持续稳定的吸引，大大减少大颗粒通过多级磁场装置（4）和内衬偏压锥形管、直管与多孔挡板组合装置（6）的机率；

偏压电源（1）保证对残余的大颗粒清除的同时吸引电弧等离子体并调节达到基体表面的电弧等离子体能量，减少电弧等离子体在真空室（10）中损失，实现薄膜的快速沉积；

电弧离子镀靶源（3）和多级磁场装置（4）采用直接水冷方式，避免工作过程中的温度升高问题，有外部水冷机系统提供足够的冷却水流量和冷却温度，来保证整个真空系统的正常运行。