专利名称：平面电弧金属靶材的初始化方法
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 —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. OX IO-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. IPa, 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。
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。
具体实施例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. OX IO-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. IPa,
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5-7A的时候，结束初始化处理。以Ti靶和TiN涂层工艺为例，金属靶材5厚度8_16mm，产品为冲头，初始化是否完成的判断标准是偏压电流在5-7A的范围之内。没有完成初始化的靶材处于图2和图3的状态，进行真空离子镀膜时涂层颜色呈土黄色，涂层厚度很厚可达4um，但由于结构疏松，涂层的耐冲击性能很差，往往是使用 l-2h后涂层就脱落，更甚者工件装上冲床，一试机就脱落，导致产品报废。经过本发明的金属靶材初试化后，靶材呈图4和图5的状态，此时涂层结构致密，厚度在2. 5-3. 5um，颜色呈金黄色，所生产的6. 3/6. 5规格的冲头使用寿命均超过20小时。 尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。
权利要求
1.一种平面电弧金属靶材的初始化方法，其特征在于包括以下步骤， 步骤一将镀膜真空室抽至1. OX IO-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. IPa, 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稳定并达到一特定范围的时候，结束初始化处理。
2.根据权利要求1所述的平面电弧金属靶材的初始化方法，其特征在于所述工艺气体为氩气、氮气、碳氢反应气体的任一种。
3.根据权利要求1所述的平面电弧金属靶材的初始化方法，其特征在于偏压电流显示为5-7A并稳定的时候，结束初始化处理。
全文摘要
本发明揭示了一种全新的金属靶材初始化方法，采用弧斑在金属靶材表面形成一边界整齐的膜离子跑道。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。
文档编号C23C14/30GK102226268SQ20111015903
公开日2011年10月26日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者乐务时, 钱涛 申请人:星弧涂层科技(苏州工业园区)有限公司