本發(fā)明涉及一種雙功能柱對稱大尺寸高均勻性線型磁控靶鍍膜設(shè)備，屬于納米級光學(xué)薄膜制備設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著我國天文探索需求的不斷增加，嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡的研制已經(jīng)提上日程。嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡的鏡片具有大尺寸、柱對稱等特點，而現(xiàn)有的鍍膜機(jī)大多采用自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)的行星運動模式，這樣的運動模式使得其制備的鏡片具有圓對稱的特性，不能滿足我們現(xiàn)在對于制備柱對稱的嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡的大尺寸柱面鏡鏡片的要求，同時由于運動模式的限制，使得一次性可安放的樣品數(shù)量較少，其生產(chǎn)效率不能滿足嵌套式的結(jié)構(gòu)對于鏡片大量制備需求。因此，能夠批量穩(wěn)定生產(chǎn)，并且具有柱對稱性質(zhì)的大型磁控濺射鍍膜機(jī)的設(shè)計成為了研制嵌套式掠入射聚焦x射線天文望遠(yuǎn)鏡的前提。同時在望遠(yuǎn)鏡鏡片制備的過程中，由于在熱彎玻璃成型的工藝中對于凸柱面鏡的薄膜制備需求，使得能夠同時滿足對于柱面基底凹面和凸面的薄膜制備需求，也成為了這一磁控鍍膜設(shè)備的設(shè)計要求。在這樣特定的鏡片結(jié)構(gòu)和特定的生產(chǎn)需求下，一種使用線型磁控濺射靶槍的雙功能柱對稱大尺寸高均勻性鍍膜機(jī)應(yīng)運而生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了同時滿足對凸形和凹形柱面鏡片的制備和穩(wěn)定批量生產(chǎn)的需求，本發(fā)明的目的在于提供一種雙功能柱對稱大尺寸高均勻性線型磁控靶鍍膜設(shè)備，該裝置不僅可以對柱面鏡的凹面進(jìn)行高均勻性的x射線薄膜鍍制，同時還可以對柱面鏡的凸面進(jìn)行高均勻性x射線薄膜的鍍制，并且滿足了批量化高精度生產(chǎn)的需求。本裝置主要結(jié)構(gòu)包括：三個可以轉(zhuǎn)動改變?yōu)R射方向的豎直放置線型磁控濺射靶槍，靶槍前安裝有氣動擋板；一個可以控制自轉(zhuǎn)速度的用于安裝凸形柱面基底的轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動軸上可以按照需求安裝夾持鍍膜基底的工裝；一個可以控制轉(zhuǎn)動速度的用于安裝凹形柱面基底的轉(zhuǎn)動圓環(huán)，轉(zhuǎn)動圓環(huán)安裝有樣品板，利用樣品板完成對鍍膜基底的加持。靶槍安裝在轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)環(huán)之間，通過調(diào)整靶槍濺射方向，完成對不同的樣品載臺上的樣品進(jìn)行鍍制，利用轉(zhuǎn)動軸和轉(zhuǎn)動圓環(huán)的轉(zhuǎn)動方式及與靶槍相對位置的不同，完成對柱面鏡凹面和凸面的薄膜制備。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種雙功能柱對稱大尺寸高均勻性線型磁控靶鍍膜設(shè)備，由真空腔體、轉(zhuǎn)動圓環(huán)、樣品架、磁控濺射靶槍、氣動擋板和靶槍基座組成，其中：柱狀的真空腔體內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)動圓環(huán)支撐柱，所述轉(zhuǎn)動圓環(huán)支撐柱由外層柱套和內(nèi)層轉(zhuǎn)動塊組成，外層柱套固定于真空腔體底部,內(nèi)層轉(zhuǎn)動塊頂部設(shè)有可調(diào)整轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)動圓環(huán)，內(nèi)層轉(zhuǎn)動塊的底部連接步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)動圓環(huán)上安放有樣品架，用于安裝樣品；所述轉(zhuǎn)動軸固定于真空腔體底部，轉(zhuǎn)動軸穿過轉(zhuǎn)動圓環(huán)，且轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動圓環(huán)和真空腔體同軸布置；轉(zhuǎn)動軸上安裝有樣品；所述轉(zhuǎn)動軸通過磁流體軸與電機(jī)相連，可控制自轉(zhuǎn)速度；真空腔體內(nèi)底部設(shè)有三個導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上設(shè)有靶槍基座，兩兩間隔90度，即分別安裝于真空腔體的3點鐘、6點鐘和9點鐘方向；磁控濺射靶槍位于靶槍基座上，所述三個磁控濺射靶槍穿過轉(zhuǎn)動圓環(huán)的空心部分，導(dǎo)軌上不同位置設(shè)有螺絲孔，當(dāng)三個靶槍基座設(shè)置于不同的螺絲孔位置時，可以調(diào)整磁控濺射靶槍與轉(zhuǎn)動圓環(huán)或轉(zhuǎn)動軸的相對位置，氣動擋板連接件固定于靶槍基座上，氣動擋板通過氣動擋板連接件連接氣動快門，完成氣動擋板的開關(guān)控制，氣動擋板位于磁控濺射靶槍的內(nèi)側(cè)，通過變換氣動擋板的開關(guān)，控制磁控濺射靶槍的測射粒子是否沉積到基底上。

本發(fā)明中，所述磁控濺射靶槍為線型磁控濺射靶槍，該靶槍濺射面為38mm×508mm，可180°反向安裝，實現(xiàn)對真空腔體中心的轉(zhuǎn)動軸上樣品和外圍轉(zhuǎn)動圓環(huán)上樣品的鍍制。同時磁控濺射靶槍通過靶槍基座安裝在導(dǎo)軌組件上，可以沿著真空腔體的半徑方向滑動，用以調(diào)整在不同模式中磁控濺射靶槍所需的不同位置；當(dāng)磁控濺射靶槍朝向轉(zhuǎn)動圓環(huán)時，樣品架與靶面距離為60mm~160mm；當(dāng)磁控濺射靶槍朝向轉(zhuǎn)動軸時，樣品尺寸為ф60mm，樣品表面與靶面距離為65mm~160mm。

本發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)動圓環(huán)的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍為0.01~1轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)速控制精度為0.01轉(zhuǎn)/分鐘。

本發(fā)明中，轉(zhuǎn)動圓環(huán)上樣品架的尺寸為：高600mm，寬245mm，樣品架為12個，所述樣品架可安裝凹形柱面鏡基底，所述凹形柱面鏡基底的尺寸為：曲率直徑為100mm~260mm，母線長度為230mm以內(nèi)，弧角度為0°~90°。

本發(fā)明中，所述轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍為0.1~100轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)動軸放置凸形柱面鏡基底，所述凸形柱面鏡基底直徑為60mm~220mm，長50mm~45mm。

本發(fā)明通過改變轉(zhuǎn)動圓環(huán)內(nèi)靶槍的濺射方向，朝向轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)側(cè)，形成圓柱內(nèi)壁對稱的濺射模式，通過改變轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)環(huán)上樣品掃過靶槍濺射區(qū)的轉(zhuǎn)動速率，調(diào)控薄膜厚度，完成對柱面鏡的凹面進(jìn)行薄膜制備；在真空腔體的中心安置可調(diào)節(jié)自轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)動軸，并在轉(zhuǎn)動軸上安放薄膜基底，改變磁控濺射靶槍的濺射方向，朝向轉(zhuǎn)動軸，形成圓柱外壁對稱的濺射模式，通過調(diào)控磁控濺射靶槍前快門擋板的開關(guān)時間，調(diào)控鍍制的薄膜厚度，完成對柱面鏡凸面的薄膜制備。主要通過切換安裝在轉(zhuǎn)動圓環(huán)和轉(zhuǎn)動軸之間可以變換朝向的磁控濺射靶槍的濺射方向，完成對轉(zhuǎn)動軸或轉(zhuǎn)動圓環(huán)上基底鍍膜的功能切換，利用柱對稱形式的不同，完成不同鍍膜模式的轉(zhuǎn)換。同時本裝置由于轉(zhuǎn)動圓環(huán)和轉(zhuǎn)協(xié)軸在轉(zhuǎn)動過程中不同位置上的基底有柱對稱特性，因而在轉(zhuǎn)動圓環(huán)和轉(zhuǎn)動軸上不同位置安裝基底都可以具有相同的薄膜制備能力，因而可以穩(wěn)定批量的制備薄膜鏡片，極大的提高了生產(chǎn)效率。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明實現(xiàn)了一機(jī)兩用，改變了傳統(tǒng)的圓對稱鍍膜方式，實現(xiàn)了對柱對稱樣品的柱凸面及柱凹面的薄膜鍍制，并且極大的提高了鍍膜設(shè)備的應(yīng)用范圍，并在鍍制轉(zhuǎn)動圓環(huán)上的樣品時可以通過氣動擋板和轉(zhuǎn)動圓環(huán)的配合完成對轉(zhuǎn)動圓環(huán)上不同位置樣品架上樣品的獨立控制，提高了制備效率。

附圖說明

圖1為真空腔俯視圖和機(jī)器實體照片。

圖1為靶槍朝外，指向轉(zhuǎn)動圓環(huán)的鍍膜模式示意圖。此時靶槍朝向轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)側(cè)，形成圓柱內(nèi)壁對稱的濺射模式，通過改變轉(zhuǎn)環(huán)上基底掃過靶槍濺射區(qū)的轉(zhuǎn)動速率，調(diào)控薄膜厚度，完成對柱面鏡的凹面進(jìn)行薄膜制備。

圖2為靶槍朝內(nèi)，指向轉(zhuǎn)動軸的鍍膜模式示意圖。此時靶槍朝向轉(zhuǎn)動軸，形成圓柱外壁對稱的濺射模式，通過調(diào)控靶槍前快門擋板的開關(guān)時間，調(diào)控鍍制的薄膜厚度，完成對柱面鏡凸面的薄膜制備。

圖3為鍍膜機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)實物圖1。

圖4為鍍膜機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)實物圖2。

圖5為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動軸的結(jié)構(gòu)圖示。

圖中標(biāo)號：1為真空腔體，2為轉(zhuǎn)動圓環(huán)，3為樣品架，4為轉(zhuǎn)動軸，5為氣動擋板，6為磁控濺射靶槍，7為靶槍基座，8為氣動檔板連接件，9為氣動快門，10為轉(zhuǎn)動圓環(huán)支撐柱，11為步進(jìn)電機(jī)，12為電機(jī)，13磁流體軸。

具體實施方式

下面通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實施例１：

在真空腔體1的中心處安放有轉(zhuǎn)動軸4，轉(zhuǎn)動軸4與磁流體軸13相連，磁流體軸13穿過真空腔體1底部與電機(jī)12相連，完成電機(jī)12帶動轉(zhuǎn)動軸4的傳動過程。在轉(zhuǎn)動軸4沿真空腔體1半徑方向間隔90度分別安置有3個磁控濺射靶槍6，磁控濺射靶槍6通過靶槍基座7與真空腔體1底部相連，利用調(diào)整靶槍基座7的不同位置，可以調(diào)整磁控濺射靶槍6在真空腔體1內(nèi)沿半徑方向所處的位置。在靶槍基座7側(cè)壁套有可以轉(zhuǎn)動的氣動擋板連接件8，氣動擋板連接件8在真空腔體1內(nèi)與氣動擋板5連接，穿過真空腔體1底部與氣動快門9連接，完成氣動快門9對氣動擋板5的控制。在真空腔體1的最外側(cè)套有轉(zhuǎn)動圓環(huán)2，轉(zhuǎn)動圓環(huán)2上安放有樣品架3，轉(zhuǎn)動圓環(huán)2依靠三個均勻分布的可以轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動圓環(huán)支撐柱10支撐，轉(zhuǎn)動圓環(huán)支撐柱10穿過真空腔體1底部與步進(jìn)電機(jī)11相連，完成步進(jìn)電機(jī)11對轉(zhuǎn)動圓環(huán)2的轉(zhuǎn)動控制。

制備凸形柱面鏡時，靶槍濺射方向轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動軸，在轉(zhuǎn)動軸上安裝凸形柱面基底，根據(jù)基底尺寸調(diào)整靶槍位置得到合適的靶距。鍍膜開始后，轉(zhuǎn)動軸以一定速率自轉(zhuǎn)。鍍膜起始階段，靶槍前擋板處于關(guān)閉狀態(tài)，鍍膜開始后靶槍前的氣動擋板交替開關(guān)，利用控制鍍膜時間完成對鍍膜厚度控制，最終完成對凹形柱面鏡的鍍制。

凸形柱面鏡薄膜制備實施案例舉例：所鍍制的凸形柱面鏡曲率半徑為170mm，長度為210mm，鍍制薄膜為納米級pt/cr雙層膜。使用靶距為100mm，本底真空在優(yōu)于3×10^-4pa，向真空腔體內(nèi)充入濺射氣體ar氣，充入量為3mtorr，濺射材料為pt和cr，靶槍濺射功率分別選取為wpt=400w，wcr=400w，轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)速率為30轉(zhuǎn)/分鐘。通過控制pt和cr靶前氣動擋板的交替開關(guān)完成對凸形柱面鏡一定厚度的pt/cr雙層膜制備。

制備凹形柱面鏡時，靶槍濺射方向轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)動圓環(huán)，在轉(zhuǎn)動圓環(huán)的樣品架上安裝凹形柱面基底。鍍膜起始階段，靶槍前擋板處于關(guān)閉狀態(tài)，轉(zhuǎn)動圓環(huán)帶動凹形柱面基底轉(zhuǎn)動，當(dāng)需要鍍制的基底掃過靶槍濺射區(qū)的時候，靶槍快門擋板打開，在基底掃過靶槍濺射區(qū)的過程中對基底進(jìn)行薄膜鍍制，通過對轉(zhuǎn)動圓環(huán)轉(zhuǎn)動速率的控制完成對鍍膜厚度的調(diào)控，最終完成對凸形柱面鏡的鍍制。利用快門的開關(guān)和轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)動速率的梯度變化，可以獨立調(diào)控轉(zhuǎn)環(huán)上不同位置樣品架上基底的獨立鍍制，從而可以使得設(shè)備可以同時對轉(zhuǎn)環(huán)上不同位置安裝的基底，進(jìn)行相同或者不同結(jié)構(gòu)薄膜的制備，對鏡片進(jìn)行批量生產(chǎn)。

凹形柱面鏡薄膜制備實施案例舉例：所鍍制的凹形柱面鏡曲率半徑為167mm，長度為150mm，鍍制薄膜為納米級w/si多層膜。使用靶距為100mm，本底真空在優(yōu)于3×10^-4pa，向真空腔體內(nèi)充入濺射氣體ar氣，充入量為3mtorr，濺射材料為w和si，靶槍濺射功率分別選取為ww=200w，wsi=400w，當(dāng)樣品轉(zhuǎn)至工作靶槍濺射區(qū)域時，氣動擋板打開，轉(zhuǎn)動圓環(huán)轉(zhuǎn)動速率改變?yōu)轭A(yù)先設(shè)定速率，控制薄膜鍍制厚度；樣品轉(zhuǎn)出工作區(qū)域后，氣動擋板關(guān)閉，轉(zhuǎn)動圓環(huán)速率升至1轉(zhuǎn)/分鐘，直至樣品進(jìn)入下一個工作靶槍濺射區(qū)，重復(fù)氣動擋板打開轉(zhuǎn)動圓環(huán)變速過程，完成w/si多層膜的鍍制。