專利名稱：平面電弧金屬靶材的初始化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PVD鍍膜技術(shù)中的金屬靶材的初始化方法，屬于鍍膜技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前常用的PVD鍍膜技術(shù)主要分為三類，真空蒸發(fā)鍍膜、真空濺射鍍和真空離子鍍膜。其中，真空濺射鍍膜是用高能粒子轟擊固體表面時使固體表面粒子獲得能量并逸出表面，沉積在基板上。真空離子鍍膜是指在真空環(huán)境下，被引入的氣體在離子源的電磁場共同作用下被離化，被離化的離子在施加于基片上偏壓形成的電場作用下被加速，并以高能粒子的形式轟擊或沉積在基片上，而陰極電弧是一種常用的離子鍍膜方式。如圖1所示，陰極電弧源1位于真空腔體4的壁上，轉(zhuǎn)架3在腔體4里面并可以轉(zhuǎn)動，基板2安裝在轉(zhuǎn)架3 上并和轉(zhuǎn)架3 —起繞著轉(zhuǎn)架3的中心轉(zhuǎn)動。偏壓加在轉(zhuǎn)架3和基板2上，氣體充入真空腔體4內(nèi)。陰極電弧源1上接通弧電源，啟動引弧裝置，將真空腔體4里面的氣體在陰極電弧靶表面電離并產(chǎn)生弧斑，弧斑產(chǎn)生的陽離子在基板2和轉(zhuǎn)架3的偏壓的作用下向基板2運動沉積成膜。陰極電弧涂層是一種反應(yīng)劇烈的離子鍍膜技術(shù)，靶材發(fā)射出的成膜離子受制于金屬靶材的表面狀態(tài)和磁場狀況。新靶材表面磁場較弱，弧光按照靶材表面磁場強度分布跑動。由于反應(yīng)非常劇烈，電流強度很大(60-200A)，弧斑運動速度非常快，在靶材表面跑道沒有形成或者跑道深度不足時，弧斑跑動軌跡比較分散，成膜離子運動方向雜亂，并有許多大顆粒和金屬液滴濺射出來，導(dǎo)致涂層結(jié)構(gòu)松散，反應(yīng)不充分，膜層色澤失常，涂層表面出現(xiàn)很多坑點，即大液滴形成的坑點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種金屬新靶材的初始化方法，意在對靶材鍍膜前改變其表面結(jié)構(gòu)，進而使沉積的膜層更加致密，與基板結(jié)合更加牢固，從而大幅提高膜層的性能。本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn) 一種平面電弧金屬靶材的初始化方法，包括以下步驟 步驟一將鍍膜真空室抽至1. OX IO-3Pa以上的真空度；
步驟二 向鍍膜真空室內(nèi)通入工藝氣體，使真空腔內(nèi)的真空度達到5. 0-0. IPa, 步驟三在基板上施加偏壓為50-300V的偏壓電流，占空比為5%-90% ； 步驟四將金屬靶材接通電源，設(shè)置弧電流為60-200A ； 步驟五啟動引弧裝置使金屬靶材表面產(chǎn)生弧斑；
步驟六弧斑在設(shè)于金屬靶材后方的磁場的作用下，在金屬靶材表面形成一邊界整齊的膜離子跑道及跑道溝壑；
步驟七當(dāng)基板上的偏壓電流顯示為一特定范圍的時候，結(jié)束初始化處理。優(yōu)選的，所述工藝氣體為氬氣、氮氣、碳氫反應(yīng)氣體的任一種。進一步地，所述金屬靶材厚度為8_16mm時，當(dāng)偏壓電流顯示為5_7A的時候，結(jié)束初始化處理。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在本發(fā)明設(shè)計了全新的金屬靶材初始化方法，通過初始化處理后，靶材表面形成一條跑道，它能夠有效束縛弧斑的運動，并使成膜離子沿著一定的方向在空間一定區(qū)域朝著工件運動；較深的跑道溝壑能夠有效吸附金屬液滴，從而達到細化成膜離子，減少膜層表面坑點，降低膜層表面粗糙度；更重要的是，通過初始化處理后，跑道底部磁強加強，弧斑得到有力的約束，電離的更加充分，金屬離子具有更大的能量， 能夠和反應(yīng)氣體充分反應(yīng)，形成的膜層更加致密，且與基板結(jié)合更加牢固，從而大幅提高膜層的性能。以下便結(jié)合實施例附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。


圖1是本發(fā)明鍍膜真空室的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是初始化處理之前金屬靶材的表面示意圖。圖3是初始化之前金屬靶材的剖切圖。圖4是初始化處理之后金屬靶材的表面示意圖。圖5是初始化之后金屬靶材的剖切圖。
具體實施例方式本實施例的一種陰極電弧金屬靶材和工藝。圖2和圖3是金屬靶材初始化完成前的狀態(tài)，圖4和圖5是初始化后的狀態(tài)。靶材5通過法蘭6固定在陰極電弧源1上安裝于真空鍍膜室壁上進行初始化處理，其中跑道7從初始化處理前的具有蜿蜒狀不規(guī)則邊界轉(zhuǎn)變成初始化處理后的具有整齊的邊界，并且在跑道底部形成窄且深的跑道溝壑8。其初始化的過程為
步驟一將鍍膜真空室抽至1. OX IO-3Pa以上的真空度；
步驟二 向鍍膜真空室內(nèi)通入工藝氣體，如氬氣(Ar)、氮氣(N2)、碳氫氣體等，使真空腔內(nèi)的真空度達到5. 0-0. IPa,
步驟三在基板上施加偏壓為50-300V的偏壓電流，占空比為5%-90% ； 步驟四將金屬靶材接通電源，設(shè)置弧電流為60-200A ； 步驟五啟動引弧裝置使金屬靶材表面產(chǎn)生弧斑；
步驟六弧斑在設(shè)于金屬靶材后方的磁場的作用下，在金屬靶材表面形成一邊界整齊的膜離子跑道及跑道溝壑；
步驟七當(dāng)基板上的偏壓電流顯示為5-7A的時候，結(jié)束初始化處理。以Ti靶和TiN涂層工藝為例，金屬靶材5厚度8_16mm，產(chǎn)品為沖頭，初始化是否完成的判斷標(biāo)準(zhǔn)是偏壓電流在5-7A的范圍之內(nèi)。沒有完成初始化的靶材處于圖2和圖3的狀態(tài)，進行真空離子鍍膜時涂層顏色呈土黃色，涂層厚度很厚可達4um，但由于結(jié)構(gòu)疏松，涂層的耐沖擊性能很差，往往是使用 l-2h后涂層就脫落，更甚者工件裝上沖床，一試機就脫落，導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。經(jīng)過本發(fā)明的金屬靶材初試化后，靶材呈圖4和圖5的狀態(tài)，此時涂層結(jié)構(gòu)致密，厚度在2. 5-3. 5um，顏色呈金黃色，所生產(chǎn)的6. 3/6. 5規(guī)格的沖頭使用壽命均超過20小時。 盡管為示例目的，已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種改進、增加以及取代是可能的。
權(quán)利要求
1.一種平面電弧金屬靶材的初始化方法，其特征在于包括以下步驟， 步驟一將鍍膜真空室抽至1. OX IO-3Pa以上的真空度；步驟二 向鍍膜真空室內(nèi)通入工藝氣體，使真空腔內(nèi)的真空度達到5. 0-0. IPa, 步驟三在基板上施加偏壓為50-300V的偏壓電流，占空比為5%-90% ； 步驟四將金屬靶材接通電源，設(shè)置弧電流為60-200A ； 步驟五啟動引弧裝置使金屬靶材表面產(chǎn)生弧斑；步驟六弧斑在設(shè)于金屬靶材后方的磁場的作用下，在金屬靶材表面形成一邊界整齊的膜離子跑道及跑道溝壑；步驟七當(dāng)基板上的偏壓電流穩(wěn)定并達到一特定范圍的時候，結(jié)束初始化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面電弧金屬靶材的初始化方法，其特征在于所述工藝氣體為氬氣、氮氣、碳氫反應(yīng)氣體的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面電弧金屬靶材的初始化方法，其特征在于偏壓電流顯示為5-7A并穩(wěn)定的時候，結(jié)束初始化處理。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種全新的金屬靶材初始化方法，采用弧斑在金屬靶材表面形成一邊界整齊的膜離子跑道。通過初始化處理后，靶材表面形成一條跑道，它能夠有效束縛弧斑的運動，并使成膜離子沿著一定的方向在空間一定區(qū)域朝著工件運動；較深的跑道溝壑能夠有效吸附金屬液滴，從而達到細化成膜離子，減少膜層表面坑點，降低膜層表面粗糙度；更重要的是，通過初始化處理后，跑道底部磁強加強，弧斑得到有力的約束，電離的更加充分，金屬離子具有更大的能量，能夠和反應(yīng)氣體充分反應(yīng)，形成的膜層更加致密，且與基板結(jié)合更加牢固，從而大幅提高膜層的性能。
文檔編號C23C14/30GK102226268SQ20111015903
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者樂務(wù)時, 錢濤 申請人:星弧涂層科技(蘇州工業(yè)園區(qū))有限公司