[发明专利]一种提高异形零件镀膜均匀性的控制方法

说明书

本专利提供了一种提高异形零件镀膜均匀性的控制方法，创新性的提出采用光线模拟技术模拟异型零件多自由度运动，使被镀异型零件进行高精度多自由度运动，实时调节异型零件摆动角度、自转速率、公转周期等运动参数，调整异型零件相对溅射沉积时间，提高异型零件均匀性，同时合理监测薄膜厚度。最终保证产品膜层厚度小于80nm、膜层均匀性小于3％。解决了异型零件镀膜膜层均匀性难以控制的问题。

技术领域

本发明涉及一种提高异形零件镀膜均匀性的控制方法，特别用于异型零件(石英谐振子、半球光学零件、超半球光学零件、圆柱面光学零件、结构遮挡等零件)表面高均匀性膜层制备，对于其他各类异型零件件的高均匀性镀膜也具有借鉴意义。

背景技术

传统的磁控溅射镀膜系统中，基片10一般作单一运动，如图1所示，在这种环境下，对于平面被镀工件，能达到较好的均匀性，但是对于异形结构零件则难以满足均匀性要求。同时传统方法对于异型零件各个表面镀膜无法一次成膜，需要对零件进行多次镀膜，这也无法保证膜层的均匀性。并且无法实现膜层厚度精确监控，因此，采用常用的传统方式对异型零件镀膜均匀性差，合格率难以控制，效率低。

中电26所研究了半球陀螺谐振子金属化镀膜的工艺技术。他们采用磁控溅射法镀制金掺杂的二元复合膜，有效地在基底表面形成吸附中心，提高金膜附着力，膜层性能也相当稳定。通过设计专用的夹具和工艺保证膜层的均匀性,溅射数十纳米的镀层厚度

中国建筑材料科学研究总院针对电子束蒸镀方式在球形玻璃基底镀制ITO导电薄膜均匀性不足的问题，改进了平面基底镀膜中常用的行星工装夹具。在通常行星夹具的基础上，利用转向轴装置使球形基底的自转轴与原自转盘的自转轴错开一定角度，这样就使得球顶心在镀膜过程中面向蒸发源的时间减少，同时使半球边缘处球面上着膜点切平面与入射蒸发原子束流之间的夹角增大。随着两自转轴错开角度的增大，球形基底表面膜厚的均匀性显著提高。

苏州大学进行了复杂工件表面磁控溅射镀膜均一化控制的研究。针对复杂工件镀膜过程中出现的靶材消耗不均匀产生凹状侵蚀环及薄膜厚度不均匀问题，通过采用旋转式柱状磁控溅射靶，在镀膜室内采用多个磁控溅射靶并设置辅助磁场以构成封闭磁场，使靶与靶之间形成交联作用，提供等离子体的密度和工件的偏流，达到了在具有复杂外形和内腔结构的表面均匀镀膜的目的。经改装之后，所制备薄膜的外观完好，无裂痕，膜层厚度在1μm-5μm之间，膜层均匀性小于±5％。

从查询到的参考文献可看出，当前异型零件镀膜方法，均匀性控制主要还停留在传统的单一运动方式，无法实现膜层厚度的精确控制和良好的膜层均匀，因此有待于开发出新的加工方法，以解决该问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的，在于研制一种提高异形零件镀膜均匀性的控制方法。

本发明的技术方案为提供一种提高异形零件镀膜均匀性的控制方法，被镀工件在镀膜过程中进行公转、自转和摆动的复合运动；

被镀工件安装在多自由度工作平台上，所述多自由度工作平台垂直于靶材的轴线做圆周运动，带动被镀工件做公转运动，所述多自由度工作平台夹持直径为600mm，公转速率在10r/min-15r/min；

被镀工件相对于所述多自由度工作平台进行自传运动，自转速率在15r/min-20r/min；

被镀工件被所述多自由度工作平台夹持工具夹持并在公转运动和自传运动同时进行摆动运动，工件在水平面绕公转轴作公转运动，同时绕工件中心轴作自转运动，并且在垂直于公转轴的平面内作摆动运动，形成公转、自转、摆动合成运动。以每个间隔摆动度数停留一端时间继续自由转动镀膜；

半球的膜厚分布公式为：

H(θ)＝λ₁H1(θ)+λ₂H2(θ)+…+λ_nHn(θ)