一种自动换靶的反应电子束蒸发仪的应用方法与流程

本发明属于机电一体化技术领域，尤其是涉及一种自动换靶的反应电子束蒸发仪的应用方法。

背景技术：

薄膜技术在工业上得到广泛的应用，特别是在电子材料、磁性材料和元器件工业领域中占有极为重要的地位，因此，制备各种性能的薄膜的方法在最近几十年中也得到了飞跃发展。

现有的电子束蒸发设备一般使用时用完一个靶材需要打开真空镀膜腔进行靶材的更换，而在大量使中则需要频繁更换靶材，由于真空腔室的开启和抽真空需要一定的时间，会造成时间成本增加，这样的话会影响蒸镀的效率，不利于大批量的生产；且第三分子泵频繁的使用，会减少其寿命；同时经常打开真空腔室会造成灰尘等杂质进入真空腔室，从而影响真空镀膜质量。

因此，有必要研发出一种结构新颖、镀膜效率高、容易控制自动换靶的反应电子束蒸发设备。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构新颖、镀膜效率高、容易控制的自动换靶的反应电子束蒸发设备。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种自动换靶的反应电子束蒸发设备，包括真空镀膜腔、进入腔和出口腔，所述进入腔与出口腔分别位于真空镀膜腔的两端，其特征在于，所述进入腔远离真空镀膜腔的一侧设有第一阀门，与真空镀膜腔相连接的一侧设第二阀门；所述出口腔与真空镀膜腔相连接的一侧设有第三阀门，远离真空镀膜腔的一侧设有第四阀门，所述真空镀膜腔设有第一分子泵、第一机械泵和第一气阀，所述进入腔与出口腔共同连接有第二分子泵和第二机械泵；所述进入腔设有第二气阀，所述出口腔设有第三气阀；所述真空镀膜腔内包括电子束枪、等离子发辉器和镀膜料架，所述电子束枪设置在真空镀膜腔外且枪头穿过真空镀膜腔进入真空镀膜腔内，所述镀膜料架位于所述真空镀膜腔的上部；所述进入腔设有第二料架，所述出口腔设有第三料架，所述进入腔外设有第一料架，所述出口腔外设有第四料架；所述第一料架、第二料架、第三料架、第四料架和真空膜料架均由多个料杆组成，所述料杆上设有驱动机构，料杆通过驱动机构沿轴心自转，所述真空膜料架的中心留有镀膜区域，该自动换靶的反应电子束蒸发设备还包括自动换靶装置，所述自动换靶装置包括升降机构、位于真空镀膜腔内的靶容器、备用靶材腔、第二真空泵和控制单元，所述靶容器置于等离子发辉器内，所述备用靶材腔设置在所述真空镀膜腔外且位于所述靶容器的下方，所述备用靶材腔与所述真空镀膜腔相连接，且中间设有第五气阀以隔离或连通；所述升降机构贯穿所述备用靶材腔、真空镀膜腔与所述靶容器的底部相连接；所述升降机构用于在进行蒸镀工艺时将靶材实时根据靶材的消耗量向上移动靶材和当消耗完一个靶材后将备用靶材腔中的靶材移动至真空镀膜腔内；所述备用靶材腔设有腔门，且所述备用靶材腔连接有第二真空泵和第四气阀；所述控制单元包括升降控制单元和真空控制单元；所述升降控制单元与所述升降机构相连接；所述真空控制单元与第二真空泵、机械泵和第四气阀相连接。采用上述技术方案，通过设置进入腔和出口腔，进入腔和出口腔的体积远小于真空镀膜腔，这样使得给进入腔和出口腔抽真空的时间会减少很多，因此，可以减少连续给不同的基底镀膜的时间；通过由可以自转的料杆带动放在其上的基底架水平移动，从而使基底架依次从第一料架传输给第二料架、真空膜料架、第三料架和第四料架，进而实现基底架从进入腔水平移动到出口腔，实现一个自动镀膜周期；这样的设置适用于通过设置自动升降机构和备用靶材腔可以实现在进行蒸镀工艺时将靶材实时根据靶材的消耗量向上移动靶材，同时当消耗完一个靶材后将备用靶材腔中的靶材移动至真空镀膜腔内；这样便实现了不用打开真空镀膜腔也可以给其添加新的靶材，这样节省了时间，提高了蒸镀工艺，同时提高镀膜的质量，备用靶材腔内设有容纳升降机构的空间。

本发明进一步改进在于，所述升降机构包括上推机构和推进机构，所述上推机构包括第一伺服电机、上推平台和第一感应器；所述第一伺服电机通过第一丝杆与所述上推平台相连接，所述第一感应器设置在所述备用靶材腔内用于感应所述上推平台上是否的靶材；所述推进机构包括第二伺服电机、推进平台和第二感应器；所述第二伺服电机通过第二丝杆与所述推进平台相连接，所述第二感应器设置在所述靶容器内用于检测靶容器内的靶材。

本发明进一步改进在于，所述靶容器为圆柱形空腔，所述靶容器的直径大于靶材的直径且所述靶容器的内壁与靶材的外壁的直线距离不超过0.5cm；所述靶容器的下方设置有可旋转的靶材盘，所述靶材盘内设有第一靶材腔和第二靶材腔，所述第一靶材腔和第二靶材腔均圆柱形空腔，用于容纳备用靶材；所述靶材盘的底部通过第三丝杆贯穿真空镀膜腔在真空镀膜腔外连接有第三伺服电机用于旋转靶材盘。

本发明进一步改进在于，所述备用靶材腔通过连接管腔与所述真空镀膜腔相连接且伸入真空镀膜腔内与靶材盘相连接，所述第五气阀设置在所述连接管腔与所述靶材盘的连接处；所述连接管腔的直径与所述靶容器、第一靶材腔和第二靶材腔的直径相同，所述连接管腔与靶容器的位置是错开设置的。

本发明进一步改进在于，所述靶材盘经过旋转可以使靶材盘上的第一靶材腔和第二靶材腔分别与所述靶容器的圆柱形空腔相重合。

本发明进一步改进在于，所述靶材盘的第一靶材腔和第二靶材腔内均设有第三感应器和第四感应器。

本发明进一步改进在于，所述靶容器的下方与所述靶材盘相交接的地方设有卡门，所述卡门的中心设有圆孔，以供推进平台上下移动时穿越，当靶容器相对接的靶材盘内第一靶材腔或第二靶材腔内的靶材没有了时卡门关闭，此时由卡门托住靶容器内的靶材。

本发明进一步改进在于，所述靶材盘上的第一靶材腔和第二靶材腔的底部均设有托台，所述托台的中心有圆孔以供所述推进平台穿越。

本发明进一步改进在于，所述上推平台和推进平台的直径均比靶材的直径小0.8cm；所述备用靶材腔的高度比靶材的高度高不超过1.5cm。

本发明进一步改进在于，所述托台和卡门为横向伸缩式。

采用上述技术方案，当蒸镀工艺在进行时，推进机构根据第二感应器的数据由控制单元控制实时自动的通过第二伺服电机带动推进平台将靶容器内的靶材根据蒸镀工艺的消耗量实时向上推进，以保证电子束枪发出的电子束打在靶材的中心位置，且不会随着蒸镀时靶材的消耗而使电子束偏移靶材的位置从而影响蒸镀的质量；当蒸镀时消耗完一个靶材后，与靶容器相对应结合的靶材盘上的靶材腔(第一靶材腔)则空了，而此时位于靶材盘上的第一靶材腔内的感应器则发出提示，待蒸镀工艺结束后，电子束枪关闭、卡门关闭，由卡门托住靶容器内的靶材，推进平台则向下移动，下移到靶材盘以下后，靶材盘旋转，将靶材盘上另一个有靶材的靶材腔(第二靶材腔)转动180度到靶容器的正下方与靶容器的圆柱形空腔精确地相重合，推进平台则上移至第二靶材腔的靶材的正下方托住靶材，然后卡门打开，推进平台则继续上移将靶材推进至靶容器内且与靶容器内的靶材紧密结合，推进机构则停止；上推机构启动，真空镀膜腔与备用靶材腔室之间的第五气阀打开，第一伺服电机带动上推平台上移，则将上推平台上的备用靶材上移至靶材盘中没有靶材的第一靶材腔内；靶材盘的托台则关闭托住靶材，第一伺服电机则带动上推平台向下移动至备用靶材腔内的原始位置，真空镀膜腔与备用靶材腔室之间的第五气阀关闭；此时备用靶材腔里则没有了靶材，可以在蒸镀工艺没有进行的任何时候操作；由控制单元控制第四气阀打开将备用靶材腔内的通入空气，直至备用靶材腔内的真空度与大气相同，再将备用靶材腔的腔门打开，将靶材放入备用靶材腔里的上推平台上，且保证上推平台在靶材的中心位置，关闭腔门，再由控制单元控制第三机械泵、第三真空泵对备用靶材腔抽真空，待备用靶材腔真空度达到真空镀膜腔的真空度后；第三机械泵、第三真空泵停止。这样的设置，镀膜真空腔室不用频繁的打开，可以通过打开备用靶材腔添加靶材以实现镀膜工艺的连续进行。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：镀膜真空腔室不用频繁的打开，可以通过打开备用靶材腔添加靶材以实现镀膜工艺的连续进行，镀膜工艺可持续进行，镀膜效率高；镀膜质量高；第三分子泵寿命长。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为自动换靶装置的主视图；

图2为自动换靶的反应等离子体设备的主视图；

图3为真空膜料架的俯视图；

图4为基底架的俯视图；

其中：1-真空镀膜腔；101-真空膜料架；102-电子枪；2-靶容器；201-靶材盘；2011-第一靶材腔；2012-第二靶材腔；3-备用靶材腔；301-腔门；302-连接管腔；4-第一伺服电机；401-第一丝杆；5-上推平台；6-第二伺服电机；601-第二丝杆；7-推进平台；8-第三伺服电机；801-第三丝杆；9-进入腔；10-出口腔；11-第一阀门；12-第二阀门；13-第三阀门；14-第四阀门。

具体实施方式

为了更好地理解本发明相对于现有技术所作出的改进，下面分别对这本发明的具体实施方式作出详细说明。

如图2～4所示，一种自动换靶的反应电子束蒸发设备，包括真空镀膜腔、进入腔9和出口腔10，所述进入腔9与出口腔10分别位于真空镀膜腔1的两端，所述进入腔9远离真空镀膜腔1的一侧设有第一阀门11，与真空镀膜腔1相连接的一侧设第二阀门12；所述出口腔10与真空镀膜腔1相连接的一侧设有第三阀门13，远离真空镀膜腔1的一侧设有第四阀门14，所述真空镀膜腔1设有第一分子泵、第一机械泵和第一气阀，所述进入腔9与出口腔10共同连接有第二分子泵和第二机械泵；所述进入腔9设有第二气阀，所述出口腔10设有第三气阀；所述真空镀膜腔1内包括电子束枪102、等离子发辉器和镀膜料架101，所述电子束枪102设置在真空镀膜腔1外且枪头穿过真空镀膜腔1进入真空镀膜腔1内，所述镀膜料架101位于所述真空镀膜腔1的上部；所述进入腔9设有第二料架，所述出口腔10设有第三料架，所述进入腔9外设有第一料架，所述出口腔10外设有第四料架；所述第一料架、第二料架、第三料架、第四料架和真空膜料架101均由多个料杆1011组成，所述料杆1011上设有驱动机构，料杆1011通过驱动机构沿轴心自转，所述真空膜料架101的中心留有镀膜区域，如图1所示，该基于电子束蒸发设备的自动换靶装置包括升降机构和位于真空镀膜腔1内的靶容器2、备用靶材腔3和控制单元，所述备用靶材腔3设置在所述真空镀膜腔1外且位于所述靶容器2的下方，所述备用靶材腔3与所述真空镀膜腔1相连接，且中间设有阀门以隔离或连通；所述升降机构贯穿所述备用靶材腔3、真空镀膜腔1与所述靶容器2的底部相连接；所述升降机构用于在进行蒸镀工艺时将靶材实时根据靶材的消耗量向上移动靶材和当消耗完一个靶材后将备用靶材腔3中的靶材移动至真空镀膜腔1内；所述备用靶材腔3连接有第二真空泵，所述备用靶材腔3设有腔门301，且所述备用靶材腔3连接有第二真空泵和气阀；所述控制单元包括升降控制单元和真空控制单元；所述升降控制单元与所述升降机构相连接；所述真空控制单元与第二真空泵、机械泵和气阀相连接；备用靶材腔3内设有容纳升降机构的空间；所述升降机构包括上推机构和推进机构，所述上推机构包括第一伺服电机4、上推平台5和第一感应器；所述第一伺服电机4通过第一丝杆401与所述上推平台5相连接，所述第一感应器设置在所述备用靶材腔3内用于感应所述上推平台5上是否的靶材；所述推进机构包括第二伺服电机6、推进平台7和第二感应器；所述第二伺服电机6通过第二丝杆601与所述推进平台7相连接，所述第二感应器设置在所述靶容器2内用于检测靶容器2内的靶材；所述靶容器2为圆柱形空腔，所述靶容器2的直径大于靶材的直径且所述靶容器2的内壁与靶材的外壁的直线距离不超过0.5cm；所述靶容器2的下方设置有可旋转的靶材盘201，所述靶材盘201内设有第一靶材腔2011和第二靶材腔2012，所述第一靶材腔2011和第二靶材腔2012均圆柱形空腔，用于容纳备用靶材；所述靶材盘201的底部通过第三丝杆801贯穿真空镀膜腔在真空镀膜腔外连接有第三伺服电机8用于旋转靶材盘201；所述备用靶材腔3通过连接管腔302与所述真空镀膜腔1相连接且伸入真空镀膜腔1内与靶材盘201相连接，所述阀门设置在所述连接管腔302与所述靶材盘201的连接处；所述连接管腔302的直径与所述靶容器2、第一靶材腔2011和第二靶材腔2012的直径相同，所述连接管腔302与靶容器2的位置是错开设置的；所述靶材盘201经过旋转可以使靶材盘201上的第一靶材腔2011和第二靶材腔2012分别与所述靶容器2的圆柱形空腔相重合；所述靶材盘201的第一靶材腔2011和第二靶材腔2012内均设有第三感应器和第四感应器；所述靶容器2的下方与所述靶材盘201相交接的地方设有卡门，所述卡门的中心设有圆孔，以供推进平台7上下移动时穿越，当靶容器2相对接的靶材盘201内第一靶材腔2011或第二靶材腔2012内的靶材没有了时卡门关闭，此时由卡门托住靶容器2内的靶材；所述靶材盘201上的第一靶材腔2011和第二靶材腔2012的底部均设有托台，所述托台的中心有圆孔以供所述推进平台7和上推平台5穿越；所述上推平台5和推进平台7的直径均比靶材的直径小0.8cm；所述备用靶材腔3的高度比靶材的高度高不超过1.5cm；所述托台和卡门为横向伸缩式。

该自动换靶装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)实时推进靶材：当蒸镀工艺在进行时，推进机构根据第二感应器的数据由控制单元控制实时自动的通过第二伺服电机6带动推进平台7将靶容器内的靶材根据蒸镀工艺的消耗量实时向上推进；

(2)自动换靶材：当蒸镀时消耗完一个靶材后，与靶容器2相对应结合的靶材盘201上的第一靶材腔2011则空了，第一靶材腔2011内的感应器则发出提示，待蒸镀工艺结束后，电子束枪关闭、卡门关闭，由卡门托住靶容器2内的靶材，推进平台7则向下移动，当下移到靶材盘201的下方后，由第三伺服电机8带动靶材盘201旋转，将靶材盘201上另一个有靶材的第二靶材腔2012转动到靶容器2的正下方与靶容器的圆柱形空腔精确地相重合，推进平台7则上移至第二靶材腔2012的靶材的正下方托住靶材，然后卡门打开，推进平台7则继续上移将靶材推进至靶容器2内且与靶容器2内的靶材紧密结合，推进机构则停止；

(3)向靶材盘201内推入替换靶材：上推机构启动，真空镀膜腔1与备用靶材腔3之间的阀门打开，靶材盘201的托台的打开，第一伺服电机4带动上推平台5上移，则将上推平台5上的备用靶材上移至靶材盘201中没有靶材的第一靶材腔2011内；靶材盘201的托台则关闭托住靶材，第一伺服电机4则带动上推平台5向下移动至备用靶材腔3内的原始位置，真空镀膜腔1与备用靶材腔3之间的阀门关闭；

(4)备用靶材腔3添加靶材：由控制单元控制气阀打开将备用靶材腔3内的通入空气，直至备用靶材腔3内的真空度与大气相同，再将备用靶材腔3的腔门301打开，将靶材放入备用靶材腔3里的上推平台5上，且保证上推平台5在靶材的中心位置，关闭腔门301，再由控制单元控制机械泵、第二真空泵对备用靶材腔3抽真空，先由机械泵进行初抽，待真空度达到6pa左右，启动分子泵，由分子泵进行精抽，待备用靶材腔3真空度达到真空镀膜腔1的真空度后，机械泵、第二真空泵停止。此步骤可以在蒸镀工艺没有进行的任何时候操作，以确保可以连续不断的向真空镀膜腔补充靶材，这样的设置，镀膜真空腔室不用频繁的打开，可以通过打开备用靶材腔添加靶材以实现镀膜工艺的连续进行。

该自动换靶的反应等离子体设备的使用方法，包括以下步骤：

1)检查并确认第一气阀、第二气阀、第三气阀和第四气阀关闭后，点击启动，则由控制单元控制控制第一机械泵、第二机械泵和第三机械泵启动，先由第一机械泵、第二机械泵和第三机械泵分别对真空镀膜腔、进入腔和出口腔以及备用靶材腔进行初抽真空，直到真空度达到6pa，第一机械泵、第二机械泵和第三机械泵停止；

2)控制单元控制第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵启动，分别继续对真空镀膜腔1、进入腔9和出口腔10以及备用靶材腔3进行抽真空，直到真空达到10^-5pa，第一真空泵、第二真空泵和第三真空泵停止；

3)当需要镀膜时，由控制单元将模式切换为自动，然后启动电子枪102，电子枪102开始预热5min，电子枪102电压电流开始逐渐上升，真空镀膜腔1内开始起辉，电子枪102发射电子束呈弧形至靶材上，观察电子束是否在在靶材的中心位置，待电子枪102稳定后，待用；

4)设置蒸镀薄膜的参数，将基片放在基底架上，并将基底架放置在第一料架上；

5)由控制单元控制进入腔的第一气阀打开，充入空气，当进入腔9的气压与大气相同时，打开第一阀门11，然后基底架经由第一料架传输给第二料架送入进入腔，关闭第一阀门11，控制单元控制第一机机械泵启动，给进入腔9抽取真空，当进入腔9的真空度达到5～6pa时，第一机机械泵停止；打开第二阀门12，基底架经由第二料架传输给真空膜料架进入真空镀膜腔1，关闭第二阀门12，电子枪开启，蒸镀开始，蒸镀开始，自动换靶装置实时根据靶材的消耗量将靶材向上推进；当蒸镀完成后，电子枪102再次回到稳定状态；打开第三阀门13，由真空膜料架101将基底架送入第三料架，关闭第三阀门13；打开第三气阀给出口腔通入空气，待出口腔的气压与大气相同时，打开第四阀门14，由第三料架将基底架送入第四料架，关闭第四阀门14，启动第一机械泵，给出口腔抽真空，待出口腔真空度达到5～6pa时，第一机机械泵停止，从而完成一个镀膜周期；

6)循环操作上述步骤。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。