靶材预处理装置的制作方法

1.本发明涉及电弧镀膜设备领域，尤其涉及一种靶材预处理装置及方法。


背景技术：

2.现有弯管磁过滤技术应用于生产中，阴极磁场位置及其靶材位置固定，弯管外部电、磁场等参数可调范围有限，特别是对于石墨靶材，经常发生灭弧，趋稳时间长，不利于靶材表面快速达到最佳状态，因此，不利于应用与生产。
3.同时，由于靶材品质差异化和其他原因等，会加剧异常发生：如，起不了弧或不稳弧、跑弧不正常、侧面烧蚀大凹坑、弧斑不能正常到达表面，趋于稳定烧蚀时间长消耗多、靶材更换频繁等，进而导致生产工时、产量的大量损失，产品质量不达标问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种靶材预处理装置，以解决现有技术中靶材稳定烧蚀时间长消耗多、生产工时和产量大量损失的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供的一种靶材预处理装置，包括对称设置的至少两组练靶装置，每组练靶装置均包括阳极筒、与阳极筒连通的真空腔室以及用于封闭所述真空腔室的门框组件；所述靶材位于所述阳极筒的内侧；所述阳极筒的外周布置稳弧装置和聚焦装置，所述聚焦装置位于所述稳弧装置和真空腔室之间，所述稳弧装置用于在阳极筒中产生稳弧磁场，所述聚焦装置用于在阳极筒中产生聚焦磁场；所述真空腔室为两端开口结构，所述真空腔室的一端与所述阳极筒的第二端连接，所述真空腔室的另一端安装有所述门框组件；所述门框组件与所述真空腔室可拆卸连接，所述门框组件上还设有均匀排布的永磁体组件，所述永磁体组件用于调节每组练靶装置中的磁场。
6.优选地，所述门框组件上还设有用于粒子沉积的沉积挡板，所述沉积挡板位于门框组件的中部。
7.优选地，所述靶材预处理装置还包括弧电源，所述弧电源为多通道结构，所述弧电源电连接每组练靶装置上的弧源结构。
8.优选地，所述练靶装置为两组，包括对称设置的第一练靶装置和第二练靶装置，所述第一练靶装置和第二练靶装置共用一个所述门框组件以及同一永磁体组件，所述门框组件的两侧均设有用于粒子沉积的沉积挡板。
9.优选地，所述永磁体组件包括若干永磁体单元，每组永磁体单元包括对称设置的两个永磁体，两个永磁体n极和s极组合排布方式为nssn结构或snns结构。
10.优选地，所述第一练靶装置具有第一稳弧装置和第一聚焦装置，所述第二练靶装置具有第二稳弧装置和第二聚焦装置，所述第一稳弧装置和第一聚焦装置的内部磁场方向相同且朝向第一练靶装置的阳极筒的第一端为n极、第二端为s极，所述第二稳弧装置和第二聚焦装置的内部磁场方向相同且朝向第二练靶装置的阳极筒的第一端为n极、第二端为s极，所述永磁体组件的在门框高度方向磁场为nssn结构或snns结构且所述永磁体组件设于
所述门框高度方向上的中部。
11.优选地，所述第一练靶装置具有第一稳弧装置和第一聚焦装置，所述第二练靶装置具有第二稳弧装置和第二聚焦装置，所述第一稳弧装置和第一聚焦装置的内部磁场方向相同且朝向第一练靶装置的阳极筒的第一端为s极、第二端为n极，所述第二稳弧装置和第二聚焦装置的内部磁场方向相同且朝向第二练靶装置的阳极筒的第一端为s极、第二端为n极，所述永磁体组件的在门框高度方向磁场为nssn结构或snns结构所述永磁体组件设于所述门框高度方向上的中部。
12.优选地，所述门框组件上还设有窗口以连通第一练靶装置和第二练靶装置。
13.优选地，所述真空腔室与阳极筒连接的一端至与真空腔室与门框组件连接的另一端呈逐渐扩大的喇叭状结构。
14.优选地，所述靶材预处理装置包括对称设置的四组练靶装置以同时预处理四组靶材。
15.与现有技术相比，本发明靶材预处理装置包括至少两组练靶装置，可以同时进行至少两组靶材的洗靶，可以有效节约洗靶时间，提高生产效率；每组练靶装置仅包括阳极筒、真空腔室以及门框组件，结构非常小巧；本发明靶材预处理装置可设计真空腔室的容积，通过各参数调节，可用于新设备开发和工艺调试；在腔室结构下，可灵活调节电流参数，改变稳弧装置、聚焦装置和永磁体的磁场大小以获得稳定、适合靶材稳定烧蚀的磁场，并确定最佳洗靶参数。
附图说明
16.图1为本发明实施例靶材预处理装置中第一练靶装置和第二练靶装置的顺磁结构。
17.图2为本发明实施例靶材预处理装置中沉积挡板和窗口位于门框组件上的结构示意图。
18.图3为本发明实施例靶材预处理装置中第一练靶装置和第二练靶装置的逆磁结构。
19.图4为本发明实施例靶材预处理装置中永磁体单元的nssn结构和snns结构。
20.图5为本发明实施例靶材预处理装置中永磁体单元的ns结构和sn结构。
21.图6为本发明实施例靶材预处理装置另一具体实施方式中第一练靶装置和第二练靶装置的顺-逆磁结构。
22.图7为本发明实施例靶材预处理装置另一具体实施方式中第一练靶装置和第二练靶装置的逆-顺磁结构。
23.图8为本发明实施例靶材预处理装置中四组练靶装置的结构示意图。
具体实施方式
24.为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
25.如图1至图6所示，本发明公开了一种靶材预处理装置，包括对称设置的至少两组练靶装置，每组练靶装置均包括阳极筒1、与阳极筒1连通的真空腔室2以及用于封闭所述真
空腔室2的门框组件3；所述靶材5位于所述阳极筒1的内侧；所述阳极筒1的外周布置稳弧装置和聚焦装置，所述聚焦装置位于所述稳弧装置和真空腔室2之间，所稳弧装置用于在阳极筒1中产生稳弧磁场，使得弧斑快速运动到靶面并稳定烧蚀，所述聚焦装置用于在阳极筒1中产生聚焦磁场，促使粒子更多的向阳极筒管道中间靠拢和迁移。所述真空腔室2为两端开口结构，所述真空腔室2的一端与所述阳极筒1连接，所述真空腔室2的另一端安装有所述门框组件3；所述门框组件3与所述真空腔室2可拆卸连接，所述门框组件3上还设有均匀排布的永磁体组件，所述永磁体组件用于调节每组练靶装置中的磁场。
26.具体的，所述门框组件3与所述真空腔室2密封铰链连接，例如连接处设置密封圈以保证靶材预处理装置在抽真空后的真空度，通过门框组件3与所述真空腔室2可拆卸连接，以清洁真空练靶装置的内侧；所述阳极筒1具有密封的第一端101以及敞口的第二端102，所述阳极筒1的第一端101上安装有靶材座4，所述真空腔室2的一端与所述阳极筒1的第二端102连接，所述聚焦装置为聚焦线圈或聚焦永磁体，所述稳弧装置为稳弧线圈或稳弧永磁体。
27.本发明实施例中，通过调节稳弧装置和聚焦装置通入的电流大小使得磁力线尽可能多的垂直靶材5表面并在靶材5边缘与法线方向形成锐角，束缚弧斑在靶面上运动，避免弧斑在靶材侧面烧蚀，以获得一个稳定的且适合靶材5稳定烧蚀的磁场；一般情况下，由于阳极筒1外的稳弧装置和聚焦装置位置和磁场固定，产生相对固定位型磁力线和复合磁场，可以通过永磁体组件来修正磁力线位型和角度，并确定最佳洗靶参数。当然，在一些其他实施例中，所述永磁体组件不限于安装在门框组件3上，还可以安装于所述真空腔室2的壳体外侧，只要能够实现磁场调节的位置均可。
28.本发明实施例靶材预处理装置包括至少两组练靶装置，可以同时进行至少两组靶材5的洗靶，可以有效节约洗靶时间，提高生产效率；每组练靶装置仅包括阳极筒1、真空腔室2以及门框组件3，结构非常小巧；本发明靶材预处理装置可设计真空腔室2的容积，通过各参数调节，可用于新设备开发和工艺调试；在腔室结构下，可灵活调节电流参数，改变稳弧装置、聚焦装置和永磁体的磁场大小以获得稳定、适合靶材5稳定烧蚀的磁场，并确定最佳洗靶参数。
29.本发明实施例中，如图2所示，所述门框组件3上还设有用于粒子沉积的沉积挡板6，所述沉积挡板6可以量化粒子沉积效果，所述沉积挡板6位于门框组件3的中部。具体的，所述沉积挡板6可以为铝箔纸、不锈钢箔纸、不锈钢片等；所述门框组件3的朝向真空腔室2的一侧上对应沉积挡板6设有上插槽和下插槽，所述沉积挡板6的上部和下部分别插设于所述上插槽和下插槽内，当然在一些其它实施例中，可以通过其他方式固定所述沉积挡板6，只要能够固定沉积挡板6的边沿即可。通过打开所述门框组件3，取出沉积挡板6可以观测粒子的沉积情况，也可以更换所述沉积挡板6或清洁真空练靶装置的内侧，操作简单方便。
30.本发明实施例中，所述靶材预处理装置还包括弧电源，所述弧电源为多通道结构，所述弧电源电性连接每组练靶装置上的弧源结构，即通过一个弧电源同时电连接多组练靶装置上的弧源结构，降低能耗和成本。当然在一些其他实施例中，所述弧电源还可以由多个单通道电源独立连接每组练靶装置上的弧源结构，亦或可由一个单通道电源串联多组弧源结构，降低能耗和成本，所述弧源结构包括靶材5以及引弧机构7等(参考图1所示)。
31.本发明实施例中，当所述聚焦装置为聚焦线圈，所述稳弧装置为稳弧线圈时，所述
靶材预处理装置还包括线圈电源，所述线圈电源可为单通道或多通道输出的电源，所述线圈电源电连接每组练靶装置上的聚焦线圈或稳弧线圈。具体的，所述线圈电源连接方式，可以由多个单通道电源独立连接每组练靶装置上的稳弧线圈或聚焦线圈；也可同时由一个多通道电源连接多组练靶装置上的线圈或聚焦线圈；亦可由一个单通道电源串联多组相同稳弧线圈或聚焦线圈进行工作，降低能耗和成本。
32.本发明实施例中，如图1至图3所示，所述练靶装置为两组，包括对称设置的第一练靶装置10和第二练靶装置20，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20共用一个所述门框组件3以及同一永磁体组件，所述门框组件3的两侧均设有用于粒子沉积的沉积挡板6。两组练靶装置共用一组门框组件3以及永磁体组件，可以有效节约占地空间和成本。
33.本发明实施例中，如图4所示，所述永磁体组件包括若干永磁体单元，每组永磁体单元包括对称设置的两个永磁体，两个永磁体n极和s极组合排布方式为nssn结构111或snns结构112。通过两个永磁体组合形成永磁体单元可以有效增加永磁体的磁性，增强永磁体组件对于靶材5预处理装置中的磁场的调节能力。
34.本发明实施例中，所述第一练靶装置10具有第一稳弧装置81和第一聚焦装置91，所述第二练靶装置20具有第二稳弧装置82和第二聚焦装置92，所述第一稳弧装置81和第一聚焦装置91的内部磁场方向相同且朝向第一练靶装置10的阳极筒1的第一端101为n极、第二端102为s极，所述第二稳弧装置82和第二聚焦装置92的内部磁场方向相同且朝向第二练靶装置20的阳极筒1的第一端101为n极、第二端102为s极，所述永磁体组件的在门框高度方向磁场为nssn结构111或snns结构112且所述永磁体组件设于所述门框高度方向上的中部。具体的，当所述永磁体组件在门框高度方向的磁场为nssn结构111时，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的磁场构成顺磁结构12，如图1所示，顺磁结构12可以使得更多的从靶材5向外喷射的粒子打在沉积挡板6上以沉积成膜，进一步限制粒子向真空腔室2的侧壁运动；当所述永磁体组件在门框高度方向的磁场为snns结构112时，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的磁场构成逆磁结构13，如图3所示，逆磁方案可以使得更多的从靶材5向外喷射的粒子打在真空腔室2的侧壁，利用离子束轰击沉积在侧壁上的沉积物，例如石墨灰及碳膜等，适于清理腔壁。
35.本发明实施例中，第一练靶装置10和第二练靶装置20也可以为如下情况，所述第一练靶装置10具有第一稳弧装置81和第一聚焦装置91，所述第二练靶装置20具有第二稳弧装置82和第二聚焦装置92，所述第一稳弧装置81和第一聚焦装置91的内部磁场方向相同且朝向第一练靶装置10的阳极筒1的第一端101为s极、第二端102为n极，所述第二稳弧装置82和第二聚焦装置92的内部磁场方向相同且朝向第二练靶装置20的阳极筒1的第一端101为s极、第二端102为n极，所述永磁体组件的在门框高度方向磁场为nssn结构111或snns结构112所述永磁体组件设于所述门框高度方向上的中部。具体的，当所述永磁体组件在门框高度方向的磁场为nssn结构111时，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的磁场构成逆磁结构13，如图3所示；当所述永磁体组件在门框高度方向的磁场为snns结构112时，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的磁场构成顺磁结构12，如图1所示，顺磁结构12可以使得更多的粒子打在沉积挡板6上，进一步限制粒子向真空腔室2的侧壁运动。
36.本发明实施例另一具体实施方式中，所述第一练靶装置10具有第一稳弧装置81和第一聚焦装置91，所述第二练靶装置20具有第二稳弧装置82和第二聚焦装置92，所述第一
稳弧装置81和第一聚焦装置91的内部磁场方向相同且朝向第一练靶装置10的阳极筒1的第一端101为n极、第二端102为s极，所述第二稳弧装置82和第二聚焦装置92的内部磁场方向相同且朝向第二练靶装置20的阳极筒1的第一端101为s极、第二端102为n极，所述永磁体组件的在门框高度方向磁场为nssn结构111或snns结构112且所述永磁体组件设于所述门框高度方向上的中部。具体的，当所述永磁体组件在门框高度方向的磁场为nssn结构111时，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的磁场构成顺-逆磁结构14，如图6所示；当所述永磁体组件在门框高度方向的磁场为snns结构112时，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的磁场构成逆-顺磁结构15，如图7所示。同样的，当所述第一练靶装置10具有第一稳弧装置81和第一聚焦装置91，所述第二练靶装置20具有第二稳弧装置82和第二聚焦装置92，所述第一稳弧装置81和第一聚焦装置91的内部磁场方向相同且朝向第一练靶装置10的阳极筒1的第一端101为s极、第二端102为n极，所述第二稳弧装置82和第二聚焦装置92的内部磁场方向相同且朝向第二练靶装置20的阳极筒1的第一端101为n极、第二端102为s极，所述永磁体组件的在门框高度方向磁场为nssn结构111或snns结构112且所述永磁体组件设于所述门框高度方向上的中部。具体的，当所述永磁体组件在门框高度方向的磁场为nssn结构111时，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的磁场构成逆-顺磁结构15，如图7所示；当所述永磁体组件在门框高度方向的磁场为snns结构112时，所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的磁场构成顺-逆磁结构14，如图6所示。逆-顺磁结构以及顺-逆磁结构这两种不对称的磁场方案适应性更广，为炼靶装置数量增多和炼靶效率提供组合基础，特别是在涂层设备多弧源设计中，顺-逆磁组合有利于改善粒子运动方向，进而提高涂层产品的均匀性。
37.当然，本发明实施例中，所述永磁单元也可以仅有一个永磁体，如图5所示，包括ns结构113和sn结构114，此时，可以与所述第一练靶装置10和第二练靶装置20中的第一稳弧装置81、第一聚焦装置91、第二稳弧装置82和第二聚焦装置92构成不同类型的磁场结构，具体永磁体组件的选型可以根据实际需要选择，稳弧装置和聚焦装置的选型只要保证同一个练靶装置中的稳弧装置和聚焦装置的磁场方向保持相同即可，以保证靶材运行或烧蚀。
38.本发明实施例中，所述门框组件3上还设有窗口31以连通第一练靶装置10和第二练靶装置20，通过窗口的设置可以连通第一练靶装置10和第二练靶装置20，在对靶材预处理装置进行抽真空处理时，只需在第一练靶装置10或第二练靶装置20上进行抽真空即可实现第一练靶装置10和第二练靶装置20同时抽真空，有效节约了成本。
39.本发明实施例中，如图1或图3所示，所述真空腔室2与阳极筒1连接的一端至与真空腔室2与门框组件3连接的另一端呈逐渐扩大的喇叭状结构，该喇叭状的结构可以配合磁场的设置，利于离子束外扩运动，减少灰尘颗粒轰击并沉积真空腔室2的侧壁上，而尽可能沉积在门框组件3上的沉积挡板6上，减少对真空腔室2的清洗。
40.本发明实施例中，如图8所示，所述靶材5预处理装置包括对称设置的四组练靶装置以同时预处理四组靶材5。此时，所述四组练靶装置可以为结构完全相同的练靶装置，也可以将对称的两组练靶装置中的永磁体的磁场相反设置，其余结构设置不变，通过多组靶材5的设置，可以进一步提高生产效率，节约成本。
41.本发明实施例中，所述阳极筒1内还设有引弧机构7，所述引弧机构7的引弧针接触靶材5起弧，所述靶材座4上设有屏蔽罩41，所述屏蔽罩41向靶材座4的两侧延伸以遮挡靶材
5产生的弧斑向靶材座4移动。所述靶材座4上还连接有阴极杆42，所述阴极杆42贯穿所述阳极筒1的第一端101并延伸至阳极筒1的外侧，所述靶材座的内部还设有冷却腔道，所述阴极杆42位于阳极筒1外侧的一端上设有进液口和出液口，所述阴极杆42的内部设有进液腔道和出液腔道，所述进液口、进液腔道、冷却腔道、出液腔道以及出液口连通。从进液口流入冷却液，所述冷却液流经进液腔道、冷却腔道、出液腔道、并从出液口流出，从而对阴极杆42、靶材座4及靶材5进行冷却，延长阴极杆42、靶材座4及靶材5的使用寿命，所述屏蔽罩41是一种绝缘材料，用于阻止弧斑烧蚀到靶材座4上，避免靶材座4内的冷却腔道烧熔。
42.本发明实施例中，如图1或图3所示，所述阳极筒1的第一端101还设有与阳极筒1内侧连通的抽气装置103，所述抽气装置103例如为抽气泵，用于将所述真空腔室2内侧的气体抽出去，达到0.05pa以下的真空度。当本发明靶材预处理装置包含连通的第一练靶装置10和第二练靶装置20时，只需在第一练靶装置10或第二练靶装置20上设置抽气装置103即可。
43.本发明实施例中，如图1或图3所示，所述真空腔室2的侧壁上还设有工作气体进气口21，以在真空腔室2抽真空后充入所述工作气体，所述工作气体例如可以为氩气。当本发明靶材预处理装置包含连通的第一练靶装置10和第二练靶装置20时，只需在第一练靶装置10或第二练靶装置20上设置工作气体进气口21即可。
44.本发明实施例靶材5预处理装置工作时，将靶材座4和阳极筒1接入水路，使其保持冷却在20～30℃状态；开启抽气装置103，抽气至真空度在0.05pa以下，从工作气体进气口21通入适量反应气体使得气压稳定在0.1～0.5pa范围；启动稳弧装置、聚焦装置和永磁体组件使得磁力线形成一个稳定、适合靶材5稳定烧蚀的磁场；在门框组件3上安装沉积挡板6；通过引弧机构7的引弧针接触靶材5起弧，然后在电源的持续输出下洗靶，通过永磁体组件调节电磁场获得可控的等离子体，使粒子沉积趋于稳定以满足生产所需的状态。
45.本发明通过阳极筒1、真空腔室2以及门框组件3的设置，靶材预处理装置非常小巧，因此抽真空时间极短，可大幅度降低生产机台抽真空洗靶时间；本发明通过调整靶材5与电磁场磁力线相对位置，改变磁力线穿透靶面的角度，来解决上述生产实际问题。在腔室结构下，可灵活调节电流参数，改变稳弧装置、聚焦装置和永磁体组件的磁场获得稳定、适合靶材5稳定烧蚀的磁场，并确定最佳洗靶参数；在真空条件下，靶材5烧蚀可以释放表面吸附的杂质和气体，在靶材5侧边形成近固定的螺纹状弧斑轨迹；通过烧蚀后的靶材5，在装入弧源使用时，可立马投入生产，稳定烧蚀；另外，本靶材预处理装置可设计不同腔室容积，通过各参数调节，可用于新设备开发和工艺调试。
46.以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。