[发明专利]平面电弧金属靶材的初始化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PVD镀膜技术中的金属靶材的初始化方法，属于镀膜技术领域。

背景技术

目前常用的PVD镀膜技术主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。其中，真空溅射镀膜是用高能粒子轰击固体表面时使固体表面粒子获得能量并逸出表面，沉积在基板上。真空离子镀膜是指在真空环境下，被引入的气体在离子源的电磁场共同作用下被离化，被离化的离子在施加于基片上偏压形成的电场作用下被加速，并以高能粒子的形式轰击或沉积在基片上，而阴极电弧是一种常用的离子镀膜方式。如图1所示，阴极电弧源1位于真空腔体4的壁上，转架3在腔体4里面并可以转动，基板2安装在转架3上并和转架3一起绕着转架3的中心转动。偏压加在转架3和基板2上，气体充入真空腔体4内。阴极电弧源1上接通弧电源，启动引弧装置，将真空腔体4里面的气体在阴极电弧靶表面电离并产生弧斑，弧斑产生的阳离子在基板2和转架3的偏压的作用下向基板2运动沉积成膜。

阴极电弧涂层是一种反应剧烈的离子镀膜技术，靶材发射出的成膜离子受制于金属靶材的表面状态和磁场状况。新靶材表面磁场较弱，弧光按照靶材表面磁场强度分布跑动。由于反应非常剧烈，电流强度很大（60-200A），弧斑运动速度非常快，在靶材表面跑道没有形成或者跑道深度不足时，弧斑跑动轨迹比较分散，成膜离子运动方向杂乱，并有许多大颗粒和金属液滴溅射出来，导致涂层结构松散，反应不充分，膜层色泽失常，涂层表面出现很多坑点，即大液滴形成的坑点。

发明内容

本发明的目的是提出一种金属新靶材的初始化方法，意在对靶材镀膜前改变其表面结构，进而使沉积的膜层更加致密，与基板结合更加牢固，从而大幅提高膜层的性能。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种平面电弧金属靶材的初始化方法，包括以下步骤：

步骤一：将镀膜真空室抽至1.0×10^-3Pa以上的真空度；

步骤二：向镀膜真空室内通入工艺气体，使真空腔内的真空度达到5.0-0.1Pa，

步骤三：在基板上施加偏压为50-300V的偏压电流，占空比为5%-90%；

步骤四：将金属靶材接通电源，设置弧电流为60-200A；

步骤五：启动引弧装置使金属靶材表面产生弧斑；

步骤六：弧斑在设于金属靶材后方的磁场的作用下，在金属靶材表面形成一边界整齐的膜离子跑道及跑道沟壑；

步骤七：当基板上的偏压电流显示为一特定范围的时候，结束初始化处理。

优选的，所述工艺气体为氩气、氮气、碳氢反应气体的任一种。

进一步地，所述金属靶材厚度为8-16mm 时，当偏压电流显示为5-7A的时候，结束初始化处理。

本发明的有益效果主要体现在：本发明设计了全新的金属靶材初始化方法，通过初始化处理后，靶材表面形成一条跑道，它能够有效束缚弧斑的运动，并使成膜离子沿着一定的方向在空间一定区域朝着工件运动；较深的跑道沟壑能够有效吸附金属液滴，从而达到细化成膜离子，减少膜层表面坑点，降低膜层表面粗糙度；更重要的是，通过初始化处理后，跑道底部磁强加强，弧斑得到有力的约束，电离的更加充分，金属离子具有更大的能量，能够和反应气体充分反应，形成的膜层更加致密，且与基板结合更加牢固，从而大幅提高膜层的性能。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本发明镀膜真空室的结构示意图。

图2是初始化处理之前金属靶材的表面示意图。

图3是初始化之前金属靶材的剖切图。

图4是初始化处理之后金属靶材的表面示意图。

图5是初始化之后金属靶材的剖切图。

具体实施方式

本实施例的一种阴极电弧金属靶材和工艺。图2和图3是金属靶材初始化完成前的状态，图4和图5是初始化后的状态。靶材5通过法兰6固定在阴极电弧源1上安装于真空镀膜室壁上进行初始化处理，其中跑道7从初始化处理前的具有蜿蜒状不规则边界转变成初始化处理后的具有整齐的边界，并且在跑道底部形成窄且深的跑道沟壑8。

其初始化的过程为：

步骤一：将镀膜真空室抽至1.0×10^-3Pa以上的真空度；

步骤二：向镀膜真空室内通入工艺气体，如氩气（Ar）、氮气（N2）、碳氢气体等，使真空腔内的真空度达到5.0-0.1Pa，

步骤三：在基板上施加偏压为50-300V的偏压电流，占空比为5%-90%；