專利名稱：一種具有在線清洗功能的陽極裝置及設有該裝置的鍍膜機的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于物理氣相沉積技術領域，具體地說屬于濺射和電弧離子鍍設備。
背景技術：
在濺射和電弧離子鍍鍍膜機中，通常用鍍膜機腔體的金屬內壁(或者內襯或者熱屏)作為陽極吸收電子；在工藝過程中，在工件表面成膜的同時，陽極表面也逐漸被污染物所覆蓋，使其導電性總是變化不定，嚴重情況下使陽極失去功能，出現(xiàn)所謂“陽極消失”現(xiàn)象，對膜層品質的穩(wěn)定性影響很大，成為鍍膜工藝控制過程中一個未被重視和難以解決的問題，長期困擾著濺射和離子鍍鍍膜的研究、發(fā)展及其產業(yè)化應用，迄今為止尚未得到一個清晰的認識和找到一個有效的解決辦法。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種具有在線清洗功能的陽極裝置。本實用新型的另一目的在于提供一種鍍膜機，可以對其中的陽極實現(xiàn)在線清洗。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的主要內容是提供一種陽極裝置，其中包括可旋轉的陽極(可水冷)及陽極清洗裝置。通過在線周期性地清洗陽極的部分表面，使其恢復到原來的導電良好狀態(tài)。其中陽極可由金屬或者其它導電材料制成。
陽極清洗的具體方案可以分為簡單的機械方式和離子刻蝕方式兩類；與之相對應的上述陽極清洗裝置可以是機械清洗裝置或離子刻蝕清洗裝置。其中，機械清洗裝置是設置與陽極的工作面平行的摩擦條，并具有橫向的力源，以施加橫向力使摩擦條被壓在陽極表面上，通過陽極旋轉使摩擦條與陽極表面對磨，將陽極的工作表面上所生成的沉積物薄膜清除掉，恢復陽極表面的良好導電性，如此在線周期循環(huán)，陽極可長時間地保持導電良好狀態(tài)，從而保持鍍膜工藝過程的長期穩(wěn)定性。
將離子刻蝕方式詳述如下上述的離子刻蝕清洗裝置包括在陽極內部設置有磁場，在陽極外側設置的屏蔽壁，在屏蔽壁和與之相對的陽極表面的部分圓周區(qū)域間所形成的局部封閉空間中設置布氣裝置和清洗極，在外部配備清洗電源并使清洗極的電位相對于陽極為正；陽極表面因旋轉可周期性地進入局部空間內被惰性氣體離子刻蝕清洗，使陽極的工作面上在鍍膜空間內產生的沉積物薄膜被清除，恢復到原來的導電良好狀態(tài)；陽極通過這種連續(xù)在線清洗作用長時間地保持導電良好狀態(tài)，從而保持鍍膜空間內的等離子體、電場和溫度場分布穩(wěn)定，增加鍍膜過程中工藝的穩(wěn)定性和可控性。
上述可旋轉的陽極為圓柱形或圓盤形或圓環(huán)形，可繞其中心軸線旋轉。當陽極為圓柱形時，清洗過程中通過內部磁場控制，在陽極進入上述局部封閉空間內的外表面上，形成發(fā)射方位固定的長條形濺射跑道，跑道的軸向長度等于或者略長于其工作長度，由清洗極和清洗電源激勵起輝進行惰性氣體離子濺射刻蝕清洗，其廢棄物被封閉在局部空間中；在此局部空間中，經由布氣裝置充入惰性氣體，并使所充入惰性氣體的氣壓略高于(或等于)鍍膜空間的氣壓。當陽極為圓盤形或圓環(huán)形時，圓盤或圓環(huán)的一部分扇區(qū)作為工作面，面向鍍膜機腔體內的被鍍工件方位；同時在另一部分扇區(qū)內(處于封閉空間中)形成發(fā)射位置基本固定的濺射跑道，在陽極的半徑方向上使濺射跑道徑向尺寸等于或長于其工作部分的徑向尺寸。由配備的輔助刻蝕清洗電源激勵起輝進行離子濺射刻蝕清洗，所產生的廢棄物被封閉在局部空間中。
本實用新型同時提供了一種應用該陽極裝置的鍍膜機系統(tǒng)，其中設置一套或多套上述陽極裝置，系統(tǒng)中各發(fā)射源(濺射源和電弧源等)的電源和偏壓電源的正極部分或全部與本陽極裝置聯(lián)接，而不像傳統(tǒng)方式那樣將這些電源組的正極與真空腔壁聯(lián)接；同時，部分或全部本陽極裝置與真空腔壁之間可以接入一個接地電源裝置，并使陽極電位適當高于真空腔壁電位，以更好地控制電子運動。
這種具有在線清洗功能的陽極裝置是利用可旋轉陽極的基本工作部分及其附近的部分區(qū)域，在鍍膜工作過程中，可周期性地被清洗，從而使陽極表面上在鍍膜空間內產生的沉積物薄膜被清除；所說的清洗可以是機械清洗或惰性氣體離子刻蝕清洗。在惰性氣體離子刻蝕清洗工作過程中，在局部空間內，在陽極表面的濺射跑道的輝光區(qū)由惰性氣體離子對陽極進行清洗，陽極連續(xù)旋轉而濺射跑道的相對方位不變，達到對整個陽極面的連續(xù)在線清洗；通過旋轉，陽極表面上在鍍膜空間內所產生的沉積物薄膜，在轉入局部空間的惰性氣氛中時，能被濺射跑道的輝光方位的惰性氣體離子所部分或全部濺射清除，恢復到原來的導電良好狀態(tài)，如此循環(huán)形成陽極連續(xù)在線清洗，即使在鍍膜空間內的鍍膜速度較高的情況下，也能夠使陽極導電性能連續(xù)長時間良好，避免陽極導電進入劣化或失效狀態(tài)，以保持鍍膜工藝的持續(xù)穩(wěn)定性和可控性。在鍍膜腔體內，可以根據(jù)需要設置多套本陽極裝置，以調控等離子體(特別是其中的電子)分布、電場及溫度場分布等。
另外，通過調節(jié)清洗電源的功率，或者周期性開/關清洗電源并改變開通和關閉的時間比，使其與所需的陽極面沉積物薄膜的形成與清除比例相匹配，以達到最佳的刻蝕清洗效果而又不過多地消耗陽極材料。
在使用過程中，在預先濺射清洗陽極表面時，可以不開啟主電源，只使用輔助刻蝕清洗電源、清洗極和通入惰性氣體，僅在局部空間內對旋轉陽極表面進行預先刻蝕清洗。
本實用新型的效果是顯而易見的通過實驗證明，按照本實用新型的在線清洗陽極裝置及其相關技術，旋轉陽極具有連續(xù)在線清洗功能，即在陽極表面上，在一部分區(qū)域內作為陽極吸收電子的同時，在另一部分區(qū)域內進行清洗，使陽極表面導電性保持良好，基本保證了鍍膜工藝的持續(xù)穩(wěn)定性、可控性和重現(xiàn)性。本實用新型對于氣相沉積的研究、發(fā)展和工業(yè)應用將產生深遠影響。


圖1.陽極裝置在線工作和清洗示意圖圖2.在陽極的部分圓周區(qū)域與屏蔽壁形成的局部空間中濺射跑道刻蝕清洗示意圖圖3.陽極表面在線離子清洗過程的一個循環(huán)示意圖圖4.圓柱形陽極去掉磁場后在線離子濺射刻蝕清洗示意圖圖5.圓盤形和圓環(huán)形陽極在線清洗示意圖圖6.在鍍膜機系統(tǒng)中設置多套在線離子清洗裝置使用示意圖圖7.陽極裝置在線機械清洗示意圖在附圖1～7中，1-圓柱形陽極，2-濺射跑道，3-電弧源，4-局部封閉空間，5-清洗極，6-布氣裝置的氣管，7-輔助刻蝕清洗電源，8-主濺射電源，9-電弧電源，10-在陽極表面上形成的沉積物薄膜，11-屏蔽壁，12-圓盤形陽極，13-圓環(huán)形陽極，14-工件的轉架，15-濺射靶，16-接地電源，17-陽極表面上的指定區(qū)域，18-在陽極無磁控時濺射清洗的輝光，19-工件偏壓電源，20-摩擦條，21-彈力源。
具體實施方式
現(xiàn)結合附圖對本實用新型做進一步的說明，但具體實施方式
中所描述的具體方案并不構成對本實用新型保護范圍的限制。
參見圖1，本實用新型的陽極裝置，包括可旋轉的圓柱形陽極1及在陽極外側設置的屏蔽壁11，屏蔽壁11和與之相對的陽極表面部分圓周區(qū)域間形成局部封閉空間4，并在該空間內設置陽極清洗裝置。上述陽極清洗裝置可以是機械清洗裝置或離子刻蝕清洗裝置。
參見圖7，機械清洗裝置是在陽極的非工作方位設置與陽極的表面平行的長條形的摩擦條20，并具有橫向的力源21，以施加橫向力使摩擦條被壓在陽極表面上，通過陽極旋轉使摩擦條與陽極表面對磨，將陽極的工作表面上所生成的沉積物薄膜清除掉，恢復陽極表面金屬的良好導電性，如此在線周期循環(huán)，陽極可長時間地保持導電良好狀態(tài)，從而保持鍍膜工藝過程的長期穩(wěn)定性。
參見圖1及圖2，離子刻蝕清洗裝置包括陽極，在陽極表面的部分圓周區(qū)域與屏蔽壁11所形成的局部封閉空間4中設置布氣裝置，6為布氣裝置的氣管，清洗極5，和在外部配套的清洗電源7并使清洗極的電位比陽極更正；陽極表面因旋轉可周期性地進入局部空間4內被惰性氣體離子刻蝕清洗，使陽極的工作面上在鍍膜空間內產生的沉積物薄膜被清除，恢復到原來的導電良好狀態(tài)；陽極通過這種連續(xù)在線清洗作用長時間地保持導電良好狀態(tài)，從而保持鍍膜空間內的等離子體、電場和溫度場分布穩(wěn)定，增加鍍膜過程中工藝的穩(wěn)定性和可控性。
上述可旋轉的陽極可以是圓柱形(參見圖1)或圓盤形或圓環(huán)形(參見圖5)，可繞其中心軸線旋轉。
參見圖1，在清洗過程中通過內部磁場控制，在陽極進入上述局部封閉空間內的外表面上，形成發(fā)射方位固定的長條形濺射跑道2，由清洗極5和清洗電源7激勵起輝進行惰性氣體離子濺射刻蝕清洗，其廢棄物被封閉在局部空間中；在此局部空間中，經由布氣裝置充入惰性氣體，并使得所充入惰性氣體的氣壓略高于(或等于)鍍膜空間的氣壓。
本實用新型同時提供了一種鍍膜機系統(tǒng)，其中設置一套或多套上述陽極裝置(參見圖1和6)，系統(tǒng)中各發(fā)射源(濺射源和電弧源等)的電源的正極和偏壓電源的正極均與本陽極裝置聯(lián)接，而不像傳統(tǒng)方式那樣將這些電源組的正極與真空腔壁聯(lián)接；同時，本陽極裝置與真空腔壁之間可以接入一個接地電源裝置，并使陽極電位適當高于真空腔壁電位，以更好地控制電子運動。
下面將具體描述本實用新型的陽極裝置實現(xiàn)在線清洗的具體過程1)陽極在線機械清洗陽極可為圓柱形1或圓盤形12或圓環(huán)形13，可繞其中心軸線旋轉，在陽極的背面或側面設置與陽極的表面平行的粗糙度適當?shù)哪Σ翖l20，通過施加橫向彈力使摩擦條與陽極面對磨，將陽極的工作表面上所生成的沉積物薄膜清除掉，恢復陽極表面金屬的良好導電性，如此在線周期循環(huán)，陽極可長時間地保持導電良好狀態(tài)，從而保持鍍膜工藝過程中的長期穩(wěn)定性(圖7)。
2)陽極在線離子刻蝕清洗的主體結構陽極可為圓柱形1或圓盤形12或圓環(huán)形13，可繞其中心軸線旋轉，通過內部磁場控制，在由部分陽極與屏蔽壁11形成的封閉的局部空間4內，在陽極的外表面上，形成一組發(fā)射方位固定的長條形濺射跑道2位于陽極背面或側面，由配備的輔助刻蝕清洗電源7激勵起輝進行離子濺射刻蝕清洗，其廢棄物被封閉局部空間4內；陽極上的主要工作部分及其附近的部分區(qū)域在鍍膜工作過程中，可周期性地進入局部空間內被惰性氣體離子刻蝕清洗，從而避免陽極的工作面進入失效狀態(tài)(圖1)。
2)本實用新型的局部空間結構陽極旋轉所經過的部分圓周區(qū)域與屏蔽壁11形成局部空間4，其中設置清洗極5(一般通水冷卻)和布氣裝置，通過氣管6充入惰性氣體(如氬氣等)，使局部空間的氣壓P1略高于或等于鍍膜空間的氣壓P2。
3)本實用新型電源的聯(lián)接方式陽極與各種電源，如濺射電源(DC或脈沖或RF電源等)、電弧電源、偏壓電源(DC或脈沖電源等)和接地電源等的正極聯(lián)接，這些電源組的負極分別聯(lián)接于濺射靶材、電弧源靶材、工件和鍍膜腔體的外殼，進行鍍膜；同時，輔助清洗電源7聯(lián)接于陽極2與局部空間內的清洗極5(一般通水冷卻)之間，并使清洗極5為正和陽極為負，激勵起一組濺射跑道2方位的輝光濺射，對陽極表面濺射刻蝕清洗。
4)當陽極1為圓柱形時，其圓柱形外表面上形成的一組跑道2的軸向長度等于或者略長于其工作長度，在陽極正面工作于鍍膜區(qū)域時，其背面的濺射跑道的輝光對陽極進行惰性氣體離子清洗，陽極連續(xù)旋轉而濺射跑道的相對方位不變，達到對其整個表面的連續(xù)在線清洗；通過旋轉，陽極表面上在鍍膜空間內所形成的沉積物薄膜，在轉入局部空間的惰性氣氛中時，能被濺射跑道的輝光方位的惰性氣體離子所部分或全部濺射清除，使該部分表面再次進入鍍膜區(qū)域時已經轉變到良好的導電狀態(tài)在陽極旋轉一周的過程中，其表面上的各個不同方位依次分別逐漸通過鍍膜(濺射或電弧)區(qū)域和清洗刻蝕區(qū)域在指定區(qū)域17中逐漸形成的沉積物薄膜10(A)→指定區(qū)域17逐漸移出工作區(qū)(B)→指定區(qū)域17進入清洗刻蝕區(qū)4(C)→指定區(qū)域17中沉積物薄膜10逐漸被濺射減薄或者清除(D)→指定區(qū)域17移出清洗刻蝕區(qū)4(E)→指定區(qū)域17逐漸進入鍍膜區(qū)(F)→指定區(qū)域17完全回到鍍膜工作區(qū)(A)，如此循環(huán)形成連續(xù)在線清洗。因此即使在鍍膜空間內的成膜速度較高的情況下，整個陽極表面的工作狀態(tài)也能夠連續(xù)長時間保持良好的導電狀態(tài)，避免陽極表面進入劣化或失效狀態(tài)，保持工藝的持續(xù)穩(wěn)定、可控和重現(xiàn)性(圖3)。
5)作為該技術應用的一種方式，在實施過程中，在鍍膜空間內，在陽極表面生成的沉積物薄膜10較少的情況下，可以關閉輔助刻蝕清洗電源7；也可以在工作過程中間斷地打開和關閉輔助刻蝕清洗電源7，根據(jù)對陽極面生成的沉積物薄膜10進行連續(xù)地或者斷續(xù)地在線刻蝕清洗的工作原理，保證在鍍膜工藝過程中陽極表面導電性長時間良好。
6)作為該技術的另外一種簡化，在實施過程中可以取消上述磁控陽極濺射跑道2，采用在局部空間內充入惰性氣體，只利用清洗極5，使局部空間內的陽極表面在輔助刻蝕清洗電源7激勵下產生輝光18并得到濺射刻蝕清洗，同樣根據(jù)對陽極面生成的沉積物薄膜10連續(xù)地或者斷續(xù)地進行在線清洗刻蝕的工作原理，保證鍍膜工藝過程的長時間連續(xù)穩(wěn)定(圖4)。
7)依據(jù)上述特征1)～6)的工作原理，陽極還可以設計為圓盤形12或者圓環(huán)形13，在陽極半徑方向上使濺射跑道徑向尺寸等于或長于其工作部分的徑向尺寸；圓盤形或圓環(huán)形陽極的一部分扇區(qū)作為工作面，面向被鍍工件位置進行鍍膜；同時在另一部分扇區(qū)處于封閉的局部空間區(qū)內，相應地設置清洗極5并通入惰性氣體6使其中壓強略高于(或等于)鍍膜空間壓強，通過內部磁場控制形成發(fā)射位置基本固定的濺射跑道，由配備的輔助刻蝕清洗電源激勵起輝進行離子濺射刻蝕清洗，所產生的廢棄物被封閉在局部空間中。其原理和工作過程以及應用方式和簡化方案等均同上述圓柱形陽極(圖5)。
8)通過適當?shù)卣{節(jié)輔助刻蝕清洗電源7的功率，或者周期性地開/關輔助刻蝕清洗電源7并改變開通和關閉的時間比，使其與所需的陽極面上的沉積物薄膜10的形成與清除比例相匹配，以達到最佳的刻蝕清洗效果而又不過多地消耗陽極材料。
9)采用本方案，在預先濺射清洗陽極表面時，不開啟主電源(濺射電源8、電弧電源9和偏壓電源19等)和不通入反應氣體，只使用輔助刻蝕清洗電源7和極清洗極5及通過布氣管6通入惰性氣體，僅在局部空間內對旋轉陽極表面進行預先刻蝕清洗，就可以達到保持陽極導電性相對穩(wěn)定的目的。
10)在鍍膜機系統(tǒng)中，可以根據(jù)需要設置一套或者多套本陽極裝置(圖6)，以調控系統(tǒng)中等離子體中電子和離子的密度分布、電場分布及溫度場分布等。
11)當在鍍膜機系統(tǒng)中設置多套本陽極裝置時，可以在各陽極與真空室的內壁之間，設置各自獨立的接地電源，同時使各電源組(濺射、電弧和偏壓等)的正極與其中一個或部分幾個相聯(lián)接；通過調整各陽極的不同接地電位，達到有效地調節(jié)整個鍍膜空間中電子分布的目的(圖6)。
權利要求1.一種陽極裝置，其特征在于其中包括可旋轉的陽極及位于陽極一側的陽極清洗裝置。
2.按照權利要求1所述的陽極裝置，其特征在于上述陽極由金屬或者其它導電材料制成；陽極清洗裝置是機械清洗裝置或離子刻蝕清洗裝置。
3.按照權利要求2所述的陽極裝置，其特征在于所述的機械清洗裝置包括與陽極的工作面平行設置的摩擦條，在摩擦條與陽極相對的一側設有橫向的力源。
4.按照權利要求2所述的陽極裝置，其特征在于所述的離子刻蝕清洗裝置包括在陽極內部設置有磁場，在陽極外側設置屏蔽壁，在屏蔽壁和與之相對的陽極表面部分圓周區(qū)域間所形成的局部封閉空間中，設置布氣裝置、清洗極，在其外部配備清洗電源，清洗極的電位相對于陽極為正。
5.按照權利要求1所述的陽極裝置，其特征在于所述可旋轉的陽極為圓柱形或圓盤形或圓環(huán)形，可繞其中心軸線旋轉。
6.一種鍍膜機，其特征在于其中設置一套或多套上述權利要求1-5中任一項所述的陽極裝置。
7.按照權利要求6所述的鍍膜機，其中包括發(fā)射源電源和工件偏壓電源，其特征在于所述發(fā)射源電源和偏壓電源的正極部分或全部與所述陽極裝置聯(lián)接；同時，所述陽極裝置部分或全部與真空腔壁之間接入接地電源裝置，該部分或全部陽極電位高于真空腔壁電位。
專利摘要本實用新型提出一種具有在線清洗功能的陽極裝置及設有該裝置的鍍膜機。在線清洗陽極可繞其中心軸線旋轉，在局部空間中設置陽極清洗裝置；由于陽極連續(xù)旋轉而清洗裝置的相對方位不變，達到對整個陽極面的連續(xù)在線清洗，從而保持陽極面始終處于良好的導電狀態(tài)，提高了工藝的穩(wěn)定、可控和重現(xiàn)性。
文檔編號B08B7/00GK2835254SQ20052011018
公開日2006年11月8日 申請日期2005年6月22日 優(yōu)先權日2005年6月22日
發(fā)明者劉陽 申請人:北京實力源科技開發(fā)有限責任公司, 劉陽