專利名稱：電弧鍍膜裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電弧鍍膜裝置和使用電弧鍍膜在基板上涂覆薄膜的方法，特別涉及一種改進的直接陰極電弧鍍膜裝置和提高裝置操作的時間和效率的方法。
背景技術(shù)：
電弧處理的例子一般包括DC弧和AC電弧鍍膜(例如，參見“Comparisonof DC and AC arc thin film deposition techniques”，(直流弧和交流弧薄膜沉積技術(shù)的比較)Schuelke，等，Surface Coatings and Technology(表面鍍層和技術(shù))，120-121(1999)226-232)，過濾真空弧(FCVA，filtered cathode vacuum arc)鍍膜(比如WO-A-96/26531所描述的)。
電弧鍍膜處理通常包括在設(shè)置于真空腔室內(nèi)的一個陰極靶與一個陽極之間施加電場。自由電子從陰極流向陽極，在腔室內(nèi)形成具有帶正電的靶離子和帶負(fù)電的電子組成的等離子體蒸氣，離子沿著瞄準(zhǔn)線遠離靶。需要被涂覆的基板設(shè)置在腔室中，按照靶的位置排成行，從而被離子涂覆。
電弧鍍膜處理技術(shù)中存在的問題包括在靶表面上控制電弧以難以預(yù)料的方式移動時留下的電弧斑點，并可能離開靶的邊緣?？梢允褂脦追N技術(shù)控制電弧的移動，包括使用靠近靶的磁鐵以限定電弧。這種方法中使用的磁鐵通常具有一個環(huán)狀南極部分和一個中央圓形由南極部分圍繞的北極部分。上述磁鐵形成包含電弧的環(huán)形磁場。實際上，電弧易于在磁場內(nèi)繞著北極部分移動，從而環(huán)形磁場充當(dāng)路徑的作用。
使用上述磁鐵伴隨的問題是通過控制電弧在磁鐵的磁場內(nèi)移動，在電弧路徑上產(chǎn)生不均勻的靶腐蝕。由于發(fā)生不均勻的腐蝕，靶上更多腐蝕的磁場形成局部的熱點，并增加不希望的大粒子的發(fā)射。
本發(fā)明的目的是本發(fā)明的至少一個實施例能夠克服或改善上述現(xiàn)有技術(shù)中的至少一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供一種物理蒸氣鍍膜裝置，包括一個靶，設(shè)置成與抽真空的腔室內(nèi)部連通，其適合與電源進行電連接，從而在靶的表面上形成一個發(fā)射表面；以及在靶的附近提供磁場以控制電弧的部件，其中磁場部件相對靶可移動，從而按照預(yù)定的方式在發(fā)射表面上移動電弧。
具有優(yōu)點的是，通過相對移動磁場部件或靶中的一個，同時按照預(yù)定的方式控制或移動電弧，有可能提高靶的使用。通過提高靶的使用，增加裝置的操作時間，可以降低整個操作時間中停工期占的比率，從而可以降低每個被涂覆基板消耗的時間。
優(yōu)選的，靶是具有孔的管體，管體具有中心軸，磁場部件是可以在孔中繞軸旋轉(zhuǎn)的磁體，從而電弧按照預(yù)定的方式在發(fā)射表面附近移動。
優(yōu)選的，磁體包括一個支撐；支撐上至少兩個伸長的南極部件，南極部分具有平行的主體部分，上述主體部分從中心磁體軸線相互均勻地設(shè)置，在他們各自鄰近的末端相互連接在一起；以及支撐上至少一個伸長的北極部件，北極部分與主體部分平行并與其相互隔開。
優(yōu)選的，南極部件通過一個南極末端蓋在他們各自鄰近的末端相互連接起來?；蛘撸蠘O部件通過各個南極末端部分在他們各自鄰近的末端相互連接起來，上述南極末端部分向內(nèi)部呈放射狀，從而南極在軸線上連接起來。
優(yōu)選的有三個所述南極部分和三個所述北極部分，其中三個南極部分的各自主體部分繞軸相互均勻設(shè)置，其中南極部分的各末端部分在磁體軸線上連接起來，磁體構(gòu)造成各所述北極部分繞軸線與各南極的主體部分間隔設(shè)置。
優(yōu)選的，磁體可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在孔中，從而磁體軸線與靶的軸線共軸，靶以向上豎直的狀態(tài)設(shè)置在腔室內(nèi)的中心位置。靶和磁體的長度從0.1m至2m，靶的直徑從0.04m至0.2m。
具有優(yōu)點的是，通過使用內(nèi)部旋轉(zhuǎn)有磁體的圓柱形靶，能夠根據(jù)磁體旋轉(zhuǎn)的數(shù)量，從靶上按照360°輻射狀發(fā)射離子。這樣，可以提高設(shè)置在靶發(fā)射線上的基板的面積。
或者，靶是平板狀。在這樣的設(shè)置中，裝置可以包括使靶相對磁場部件橫向移動的裝置。或者，發(fā)射表面是圓形的。也可以是矩形的。而且在這樣的設(shè)置中，磁場部件優(yōu)選的包括下述結(jié)構(gòu)的磁體環(huán)狀的南極部分設(shè)置在平行于靶平面的平面上，北極部分設(shè)置在平面上，南極部分由北極部分包圍但是不接觸。優(yōu)選的，南極部分是橢圓形延伸的環(huán)狀，北極部分是延伸的條狀。而且，優(yōu)選的延伸的南極部分的長度至少是靶縱向長度的80％，南極部分的延伸長度是從0.05m至2m，寬度是從0.05m至0.5m。
具有優(yōu)點的是，通過使用平板狀靶，能夠作為靶的材料的增多，因為與形成中空圓柱靶相比，通常形成平板狀的靶比較容易。
在另外一種設(shè)置中，南極部分是圓環(huán)，北極部分是圓形，南極部分的直徑顯著小于靶的縱向長度，其中南極部分的直徑范圍是0.05m至0.1m。
優(yōu)選的在在平行于磁體平面的靶平面上設(shè)置移動靶的裝置，靶優(yōu)選的由靶的熱交換支撐部件來支撐。在這樣的一種設(shè)置中，靶支撐部件包括一個與靶的一個表面大范圍接觸的支撐板，支撐板包括使冷卻劑流體流過的通道，以吸取熱量。
裝置中優(yōu)選的包括一個用于相對靶調(diào)整磁場部件位置的調(diào)整裝置。
在一種設(shè)置中，裝置包括一個密封地固定在腔室側(cè)壁通道口上的外殼，外殼容納靶和磁場部件。
靶和磁場部件可以設(shè)置在腔室中或設(shè)置在腔室中央。
靶優(yōu)選的從碳、鈦、鉻、鎳、鋁、銅和他們合適的合金中選擇，但是也不限于上述材料。
電弧鍍膜裝置優(yōu)選的適于在DC電弧鍍膜、AC電弧鍍膜、陰極真空電弧(CVA)鍍膜和過濾陰極真空電弧(FCVA)鍍膜中使用。
磁場部件是永久性磁體和電磁石中的一種。
根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種物理蒸氣鍍膜系統(tǒng)，包括一個抽真空的腔室；以及一個根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述電弧鍍膜裝置與腔室內(nèi)部連接；以及一個與靶連接的電源，上述靶作為陰極，腔室側(cè)壁作為陽極。
優(yōu)選的，腔室包括一個蓋子，蓋子內(nèi)部具有蓋子端口，其中電弧鍍膜裝置構(gòu)造成根據(jù)上述本發(fā)明第一方面的結(jié)構(gòu)，上述裝置通過蓋子端口至少部分地依靠蓋子，從而靶的至少主要部分和磁體設(shè)置在腔室中。
優(yōu)選的，蓋子是圓的，蓋子端口設(shè)置在蓋子中心。
優(yōu)選的，被電弧鍍膜裝置涂覆的至少一個基板設(shè)置在腔室中靶和腔室側(cè)壁之間。
優(yōu)選的，系統(tǒng)還包括設(shè)置在腔室中的至少一個第二陽極，其與電源進行電連接，設(shè)置成基板設(shè)置在側(cè)壁和第二陽極之間。
如果不使用第二陽極，對于能夠放置在腔室中的待涂覆的基板的數(shù)量就會受到限制，這是因為如果腔室因為基板而過度擁擠的話，從陰極(靶)到陽極(側(cè)壁)之間的通道就會被堵塞，電弧將會消失。因此，在基板之間必須留有空間以保證電子流的通道。通過使用第二陽極具有的優(yōu)點是能夠在腔室內(nèi)設(shè)置更多的基板，這樣的話連通至腔室側(cè)壁(作為第一陽極)的通路就不會被阻塞。
優(yōu)選的，腔室包括一個側(cè)壁和一個側(cè)壁上的端口，其中外殼可拆卸地、密封地固定在端口上。
優(yōu)選的，腔室包括多個端口，系統(tǒng)包括多個裝置，每個裝置可拆卸地、密封地固定在各個端口上。
優(yōu)選的，系統(tǒng)包括至少一個第一和第二所述電弧鍍膜裝置，其中第一電弧鍍膜裝置具有一個第一靶，其是從碳、鈦、鉻、鎳、鋁、銅和他們合適的合金中選擇出的材料構(gòu)成，第二靶的材料從碳、鈦、鉻、鎳、鋁、銅和他們合適的合金中選擇，其中第二靶的材料與第一靶的材料不同。
通過使用兩個或多個與腔室連通的裝置，所具有的優(yōu)點是能夠使用不止一種靶材料涂覆基板，可以使用另外一種不同材料的層覆蓋基板，或是使用不止一種材料的混合層涂覆基板。
系統(tǒng)可以包括至少一個基板支撐部件，用于在腔室內(nèi)支撐基板，至少一個基板支撐部件是可移動的，從而在腔室內(nèi)移動基板。
根據(jù)本發(fā)明第三方面，提供一種用于涂敷基板的物理蒸氣鍍膜方法，包括如下步驟靶以及要被涂敷的基板設(shè)置成與抽真空腔室內(nèi)部連通；對腔室抽真空達到預(yù)定的壓力；為靶提供電源以在靶的發(fā)射表面上產(chǎn)生電弧，電弧在發(fā)射表面上離子化靶；在靶附近提供磁場，從而控制發(fā)射表面的電?。幌鄬Π幸苿哟艌?，從而以預(yù)定的方式在發(fā)射表面上移動電弧。
優(yōu)選的，靶是具有孔的管體，管體具有中心軸，磁場部件是可以在孔中繞軸旋轉(zhuǎn)的磁體，從而電弧按照預(yù)定的方式在發(fā)射表面附近移動。在這種設(shè)置中，磁體按照一個旋轉(zhuǎn)方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)預(yù)定數(shù)量的轉(zhuǎn)數(shù)，從而靶從靶的發(fā)射表面沿大約360°發(fā)射。
如前面所討論的，靶可以是平板狀。
優(yōu)選的，預(yù)定的壓力是大約1μ托。本發(fā)明的方法還可以包括在對腔室抽真空的步驟后，引入氣體以增加1m托至20m托范圍的腔室壓力。優(yōu)選的，氣體是氮氣或氧氣中的一種，其中引入氣體以將腔室的壓力增加到大約3m托。
優(yōu)選的，經(jīng)過預(yù)定的時間后，磁場的移動和供應(yīng)的電源停止，腔室的壓力升高到大氣壓力，在重復(fù)步驟之前，相對靶調(diào)整磁體的軸向位置?；蛘撸?jīng)過預(yù)定的時間后，在重復(fù)步驟之前，磁場的移動和供應(yīng)的電源停止，腔室的壓力升高到大氣壓力，相對靶調(diào)整磁體的軸向位置，在磁體平面上，垂直于靶的橫向移動。
優(yōu)選的，本發(fā)明的方法包括設(shè)置繞腔室一部的第二磁場，第二磁場具有與磁體相反的極性，從而第二磁場相鄰并平行于發(fā)射表面。
優(yōu)選的，腔室內(nèi)至少一個第二陽極與電源進行電連接，設(shè)置成基板設(shè)置在側(cè)壁和第二陽極之間。
本發(fā)明的方法中，電弧鍍膜裝置適于在DC電弧鍍膜、AC電弧鍍膜、陰極真空(CVA)電弧鍍膜和過濾陰極真空電弧(FCVA)鍍膜中使用。
優(yōu)選的，電源是由直流裝置(DC)提供，提供的電流范圍是60至300A，更好的是，電流是大約150A?；蛘?，電源由交流裝置提供。
磁場強度是大約1000G(3.4×10-7Cs-1)。
根據(jù)本發(fā)明另外一方面，提供一種用于電弧鍍膜裝置的磁體，上述磁體包括一個支撐；支撐上至少兩個伸長的南極部件，南極部分具有平行的主體部分，上述主體部分從中心磁體軸線相互均勻地設(shè)置，在他們各自鄰近的末端相互連接在一起；以及支撐上至少一個伸長的北極部件，北極部分與主體部分平行并與其相互隔開。
磁體優(yōu)選的在DC電弧鍍膜、AC電弧鍍膜、陰極真空(CVA)電弧鍍膜和過濾陰極真空電弧(FCVA)鍍膜中之一使用。


下面將描述本發(fā)明優(yōu)選實施例，僅通過舉例的方式，類似的附圖標(biāo)記代表類似的部分，參考附圖如下圖1A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例使用電弧鍍膜裝置的腔室的俯視圖；圖1B是圖1A顯示的腔室的1B-1B線正剖視圖；圖2是圖1中顯示的電弧鍍膜裝置的正視圖；圖3是圖2中顯示的電弧鍍膜裝置的剖視圖；圖4是圖2中顯示的電弧鍍膜裝置的3-3線剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例電弧鍍膜裝置的透視圖；圖6是圖5中顯示的電弧鍍膜裝置的分解透視圖；圖7A至圖7C圖5中顯示的電弧鍍膜裝置的各種視圖；圖7D是圖7C顯示的電弧鍍膜裝置中線7D的詳細(xì)視圖；圖8是圖7C中顯示的電弧鍍膜裝置線8-8的剖開俯視圖；圖9是圖5中顯示的電弧鍍膜裝置的組成部件的透視圖；圖10是圖9中顯示的部件的分解視圖；圖11A和11B是圖9中顯示的部件各示意圖；圖11C是圖11B中顯示的部件的11C-11C線剖開俯視圖；圖12A和12B是圖5中顯示的電弧鍍膜裝置所使用的磁鐵的側(cè)視圖；圖13是根據(jù)本發(fā)明電弧鍍膜裝置第三實施例的透視圖；
圖14是圖13中顯示的電弧鍍膜裝置的側(cè)透視圖；圖15是圖14中顯示的電弧鍍膜裝置的15-15線剖視圖；圖16是圖13中顯示的電弧鍍膜裝置的詳細(xì)側(cè)透視圖；圖17是圖13中顯示的電弧鍍膜裝置使用的副腔室部件的透視圖；圖18是圖17中顯示的部件的頂視圖；圖19是圖18中顯示的部件的19-19線剖視圖；圖20是圖18中顯示的部件的20-20線剖視圖；圖21和22是圖13中顯示的電弧鍍膜裝置使用的部件的透視圖；圖23是圖13中顯示的電弧鍍膜裝置使用的磁鐵的透視圖。
具體實施例方式
參照應(yīng)用了本發(fā)明主要原理的三個實施例，可以很清楚地說明本發(fā)明優(yōu)選實施方式。
實施例1參照圖1至4，尤其是圖1，本發(fā)明實施方式中第一實施例是圓柱形DC(直流)電弧裝置50形式的電弧鍍膜裝置，其用于使優(yōu)選的不銹鋼金屬發(fā)射離子，抽真空并密閉的密封性腔室52具有一個底座54，一個從底座向上延伸的側(cè)壁56，以及一個蓋子58。DC電弧裝置50通過形成在蓋子58上的孔60而在腔室52中得到使用。O形環(huán)62形式的絕緣和密封部件在DC電弧裝置50和蓋子58之間提供電絕緣和真空密封。腔室52進一步包括一個用于對腔室抽真空的出口64，一個在需要的情況下引入空氣的入口66。本實施例中腔室的直徑大約為1m，但是，在其他實施方式中，尺寸可以更大或更小。
根據(jù)下面描述的涉及本實施方式的使用將理解，優(yōu)選DC電弧裝置50處于垂直方向，但在其他的實施方式中，可能希望DC電弧裝置50處于任何角度，或者通過穿過側(cè)壁56上的孔，在腔室52的水平方向使用上述DC電弧裝置。
參照圖3，DC電弧裝置50包括一個儀器支撐部件70，其密封地設(shè)置在蓋子的孔60中，在其上設(shè)置呈中空圓柱形陰極71形式的靶。構(gòu)成陰極71的材料適用于電弧鍍膜處理，但常用的是銅、鈦或是鋁中的一種，或是一種合適的上述金屬的合金。也可以使用其他材料如鉻或是鎳，然而在實踐中，材料的選擇受到能夠成型、模制或加工成中空圓柱體的限制。陰極71軸向長度大約是1m，其他實施方式中可以在0.1至2m的范圍內(nèi)選擇。陰極71的直徑大約是0.06m，壁厚通常是0.01m，但直徑的范圍也可以是大約0.04m至0.2m，壁厚的范圍也可以是0.01m至0.02m。本實施例中陰極71的一個末端72通過套環(huán)73固定到支撐70上，但在另外一個設(shè)計中，陰極71也可以通過螺紋螺合到支撐70上。使用設(shè)置有螺紋的套環(huán)73的優(yōu)點是減少陰極所需要的加工。儀器支撐部件70包括一個主要部分74和一個位于主要部分74附近的凸緣76。凸緣76承受了DC電弧裝置50在蓋子58上的主要重量。可以理解的是，陰極71設(shè)置成“浮”在腔室中-也即，陰極不接地。
DC電弧裝置50還包括一個可旋轉(zhuǎn)的軸78，其支撐一個用于繞軸的軸線82旋轉(zhuǎn)的磁體80。用于旋轉(zhuǎn)軸78旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部件83設(shè)置在儀器支撐部件70的內(nèi)部。
磁體80包括軸78上的中心鐵芯84，其具有一個低摩擦的裝配。摩擦裝配具有足夠小的摩擦系數(shù)，以允許磁體80在軸78上進行調(diào)整，但是提供足夠使得軸78繞著其軸線旋轉(zhuǎn)的摩擦，從而使得磁體80旋轉(zhuǎn)。鐵芯84通過墊圈90支撐磁體80的南極部分86和北極部分88。南極部分86包括三個伸長的且相互平行的主要部分86a，他們與軸82之間以及主要部分86a之間均勻地設(shè)置。主要部分86a在一端86b通過末端蓋部分86c連接在一起，另外一端86d通過末端蓋部分86e連接在一起。在本實施方式中，如圖2和3所示，末端部分86c和86e是盤形的。磁體80還包括三個能分清楚的伸長的而且是相互平行的北極部分88，每個北極部分88與軸82之間以及北極部分88相互之間均勻地設(shè)置。北極部分88設(shè)置在南極部分86的主要部分86a之間，從而北極部分88與南極部分86的主要部分86a之間交替設(shè)置，但是不接觸到主要部分86a。南極部分86和北極部分88的設(shè)置提供了三個沿著磁體80長度方向的伸長的環(huán)形磁場。這種效果能提供圍繞在每個北極部分88和在發(fā)射表面89上延伸的由磁性限制的圈形“通道”。磁體的發(fā)射表面89所希望的橫向場強度的范圍是50G-300G(優(yōu)選大約100G)。這是由具有1000G的磁場強度的磁體所提供的?？紤]到磁體80相對陰極71的尺寸，通道的長度大約是陰極長度的80％，以允許在陰極表面上更多地控制電弧，從而電弧不容易從陰極的末端72或91離開。在另外一個實施方式中，通道的長度可以是陰極長度的50％至95％。
在另外一種設(shè)置中，末端部分是輪輻狀并呈放射狀方向，末端在軸線82上連接起來，并且，主要部分86a的相對末端86b和86d從軸線呈放射狀。這樣另外一種設(shè)置中，輪輻狀末端部分不需要與軸線82正交，而是可以與軸線成一定角度，比如從20°至89°。
一個末端蓋92可通過蓋套環(huán)96固定在陰極71的另外一個末端91上。一個調(diào)整螺釘98通過螺紋進入末端蓋92中，以便手動調(diào)整磁體80相對陰極71的軸向位置。磁體也是可旋轉(zhuǎn)地支承在螺釘98的末端100上。一個有彈性的偏置部件以螺旋彈簧的形式設(shè)置在固定地安裝在軸78上的支座凸緣104和磁體80的末端104之間。偏置部件將磁體80向末端蓋92和螺釘末端100偏壓。
如圖1所示，DC的電源105設(shè)置在陰極71和側(cè)壁56之間，側(cè)壁56作為陽極。在本實施例中，DC電源的電流大約是105A，但也可以是60-300A的范圍。根據(jù)陰極71的電阻，電壓通常是25V。將DC施加在陰極71上具有陰極過熱這樣不希望得到的效果。設(shè)置冷卻劑入口和出口端口106，用于使冷卻劑在磁體80和陰極71之間流動。出于這樣的原因，磁鐵通常涂覆環(huán)氧涂層涂料以防止腐蝕。冷卻劑通常是水，但也可以是任何合適的用于從陰極傳送熱量的流體。
使用本發(fā)明實施方式的一種優(yōu)選方法是，將要涂覆的基板107放置在腔室大約中間位置，優(yōu)選的鄰近腔室側(cè)壁56。具有DC電弧裝置50的蓋子58位于中間，密封地關(guān)閉腔室52。腔室52接著通過出口64抽真空，直到腔室壓力大約1μ托，接著通過入口66引導(dǎo)氣體進入，以將腔室52的壓力提高到大約3m托，但在其他實施方式中也可以是1至20m托的范圍。應(yīng)當(dāng)注意，進口66的位置并不重要。
引導(dǎo)進入腔室52的氣體的選擇取決于希望涂覆的種類。引導(dǎo)的氣體作為舉例包括氮氣或氧氣。將會明了的是，導(dǎo)入氮氣會導(dǎo)致在基板上形成金屬氮化物涂層，而導(dǎo)入氧氣會導(dǎo)致形成氧化物涂層，氮化物或氧化物的成分取決于陰極71所用的金屬。
一旦達到希望的腔室壓力，軸78在旋轉(zhuǎn)部件83的作用下旋轉(zhuǎn)，軸的旋轉(zhuǎn)接著引起磁體80在陰極71內(nèi)旋轉(zhuǎn)。這引起磁場通道隨著磁體80旋轉(zhuǎn)，從而他們繞著靜止的陰極71的表面89旋轉(zhuǎn)。雖然磁體在陰極71內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度不重要，但在本實施方式中是大約10rpm。磁體在靶內(nèi)旋轉(zhuǎn)完成預(yù)定的轉(zhuǎn)數(shù)。需要的旋轉(zhuǎn)數(shù)取決于希望覆蓋在基板上陰極材料的厚度。
啟動DC電源105向陰極71提供電子。這樣引起在陰極71的表面上積累負(fù)電電荷。一旦達到預(yù)先決定的電量，隨著電荷從陰極向腔室側(cè)壁傳送，就會在陰極的表面上形成電弧，上述腔室側(cè)壁起到陽極的作用。為了幫助形成電弧，通常使用撞針(未顯示)。撞針在本領(lǐng)域是公知的，因此沒有在本實施例中詳細(xì)描述。
磁場通道包含電弧在其中的移動。在理論上可能有一個、兩個或三個在陰極表面上移動的弧，每個都在各自的磁場通道中。然而，在實踐中，單個的弧形成在撞針撞擊陰極71的地方，并在陰極表面89上圍繞在靠近北極部分88中的一個附近移動，并且是限制在各自的磁場通道中。
電弧接觸在表面89的點形成了固定的熱點，在上述熱點，陰極71更強烈地被離子化或蒸發(fā)。負(fù)電荷電子接著被拉向陽極，或者是腔室的側(cè)壁56。更多帶正電的離子從陰極被拉開，但是由于離子帶有正電荷，又回到了帶負(fù)電的陰極。然而，有些離子脫離陰極71的控制并沿從陰極71離開的瞄準(zhǔn)線移動。由于基板放置在上述瞄準(zhǔn)線上，一定的離子覆蓋在基板上。
由于腔室中提供了氣體，電子脫離陰極影響并離子化氣體分子。上面描述了能得到的涂覆的類型。
如上面的討論，磁體在涂覆的過程中旋轉(zhuǎn)。因此，隨著電弧在移動的磁場路徑內(nèi)沿著陰極表面89移動，陰極和氣體離子被發(fā)射，或者從陰極以漂移的方式放射狀連續(xù)發(fā)射，或者相對陰極71以成一定角度引導(dǎo)。這里的DC電弧裝置50及其使用方法相對現(xiàn)有技術(shù)具有兩個顯著的特點。首先，由于該裝置和方法允許電弧圍繞靶進行預(yù)先確定的、受到控制的移動，陰極釋放的離子在陰極附近基本上均勻。如果磁場不相對陰極71移動，最終沿著電弧的路徑形成腐蝕的槽溝，這樣由于未充足使用陰極71而不經(jīng)濟。另外，沿著電弧路徑的局部發(fā)熱會比陰極其他地方大，結(jié)果導(dǎo)致增多產(chǎn)生不希望的大粒子。而且，由于發(fā)射的離子從腔室52的陰極71的中心部分按照360°角度移動，相比從固定的陰極放射狀發(fā)射以及設(shè)置在腔室內(nèi)位于側(cè)邊的磁體，能夠涂覆更多的基板表面。
如上面討論的，每個磁場通道的縱向長度是陰極71縱向長度的80％。在實踐中，在使用DC電弧裝置50時，在陰極上圍繞軸線形成兩個腐蝕的環(huán)形槽溝，上述槽溝是已經(jīng)通過上一個電弧的點上再次通過電弧。上述環(huán)狀槽溝鄰近于北極部分88的縱向末端108。出于這種理由，使用了調(diào)整螺釘98。在經(jīng)過預(yù)先決定的一定數(shù)量的涂覆程序后，手動旋轉(zhuǎn)螺釘以改變磁體相對于陰極的軸向位置，以至少部分地防止腐蝕的槽溝的形成，從而延長陰極的使用壽命。
如果將太多的基板放置在腔室52中，從而陰極71和側(cè)壁(陽極)56之間的路徑基本上被阻斷，在電弧掠過的期間，電弧可能停止，這樣導(dǎo)致阻止等離子體分解或者陰極離子的發(fā)射。為了克服這個問題，并考慮到提高能夠被涂覆的基板的容量，在腔室52中陰極71和基板107之間設(shè)置輔助陰極，上述輔助陰極的形式是垂直金屬棒109，優(yōu)選的是不銹鋼，從而提供電子路徑。典型的是使用6個棒109，然而根據(jù)需要的多少也可以使用更多或更少的棒。棒109與側(cè)壁56和/或DC電源105進行電連接，其足夠窄因而不會不必要地阻斷離子從陰極71上發(fā)射。當(dāng)然，類似于腔室側(cè)壁56，由于棒109設(shè)置在電子發(fā)射的路徑上，因此棒109會不可避免地被發(fā)射的電子涂覆。
在該實施例中，基板設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)的圓盤傳送帶上，形式是基板設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)的板體111上，從而基板所有的側(cè)壁暴露給離子發(fā)射。板體設(shè)置在腔室52的中心附近，在涂覆的過程中可以旋轉(zhuǎn)。在圖1A顯示的實例中，有四個基板107和四個板體111。將會明了的是，能夠使用或更多或更少的板體來涂覆或更多或更少的基板?；蛘?，圓盤傳送帶111可以是向上的圓柱形，基板置于其上。具有圓柱形圓盤傳送帶還能提高基板的數(shù)量，上述基板可以在電電弧鍍膜涂覆的過程中被涂覆。
可以在腔室中使用線性氬離子束在涂覆之前清潔基板。
有很多類型的基板107可以在上述處理過程中被涂覆。比如，工具沖壓機或砧板可以被氮化物涂覆，從而為相對柔軟的內(nèi)部(比如鐵)提供堅硬的覆蓋層。在上述實施方式中，在腔室內(nèi)的溫度大約是500℃條件下的處理過程中，但也可以是大約400-600℃，導(dǎo)致大約1-2Gpa的涂覆壓力和大約2500Kgmm-2的硬度，其中腔室內(nèi)的熱量通過等離子體提供。相比而言，現(xiàn)有技術(shù)中提供的標(biāo)準(zhǔn)的金屬鈦氮化物涂層是大約2-3Gpa。相比通過已知方法得到的壓力，這大大降低了合成應(yīng)力，因為本發(fā)明優(yōu)選的3m托的操作壓力比已知方法使用的(～20m托)要小，因此可以降低離子化粒子的溫度。以前還不能使用較低的壓力，因為很難在較低的壓力下保持較低的壓力，很難控制電弧。通過本發(fā)明提供的改進，使得這種較低的壓力可以在實踐上應(yīng)用。
由于得到較低的操作溫度，在其他的實施例中，出于裝飾或功能性目的，一定量具有高熔點的塑料可以被金屬涂覆。作為例子包括鏡片上的應(yīng)用和移動電話。比如，一個具有美感的反射表面可以用在太陽眼鏡或耐久的光學(xué)透鏡，或者移動電話的涂覆層能夠在硬度、抗剮蹭和抗沖擊上得到提高。而且，在移動電話的實例中，塑料涂層的內(nèi)部可以涂覆合適的金屬以降低從電話向使用者手方向的電磁輻射。這將有助于降低使用移動電話有可能出現(xiàn)的患腦瘤的危險。
實施例2下面參照圖5至12B描述本發(fā)明的另外一個實施例，與前面描述的部件類似的部件使用相同的附圖標(biāo)記。在本實施例中，DC電弧裝置50 ′設(shè)置在裝置副腔室110中。裝置副腔室110在其五個側(cè)邊112上密封，并具有一個開口通道114，用于與腔室側(cè)壁上的輔助腔室通道(未顯示)進行流體上的交流。在本實施方式中，DC電弧裝置50′通過側(cè)壁56與腔室52進行交流，而不是在腔室的中心。因此將會明了，在本實施方式中，蓋子58上沒有孔。而且，在本實施例中，陰極71′和磁體80′是平板的，靠在最近的平行平面上。陰極71′具有一個矩形放射平面89′，其尺寸是0.2m×0.05m×0.02m。然而，將會理解的是，陰極71′可以是正方形，或是尺寸更大或更小。比如，陰極可以是1m×0.2m×0.03m。而且，陰極可以具有圓角，或者是橢圓形、圓形。
如圖5、6、9和10所示，陰極71′是可滑動地安裝在腔室110內(nèi)的陰極組件116的一個元件。緊固件117可釋放地嵌合在位于第一和第二框架子元件118、120以及支撐板122之間的陰極組件116的陰極71′上。第一和第二框架子元件118、120，陰極71′和支撐板122固定在陰極框架123上并受其支撐。支撐板還起到冷卻結(jié)構(gòu)的作用，使用時將熱量從陰極71′傳送。為了這樣做，支撐板122構(gòu)造成顯著與陰極71′的后表面124相接觸，并具有中空部分以促進冷卻劑比如水的流動。入口125和出口126提供冷卻劑通過支撐板122的入口和出口。入口125和出口126與陰極框架123進行流體上的連接，如圖9和10所示。
陰極組件116相對磁體80′在副腔室110內(nèi)橫向移動。這是通過氣動子部件129形式的移動部件得到的。氣動子部件129如下面描述的按常規(guī)操作。在另外一個設(shè)置中，磁體80′在移動部件的作用下橫向移動，陰極71′固定其上。在又一個實施例中，陰極71′與磁體80′橫向移動。
磁體80′起到的作用與前面實施例中磁體80的作用相同。如圖12A和12B顯示的，磁體80′包括一個延伸的環(huán)狀南極部分130，南極部分130圍繞延伸的北極部分132。北極部分和南極部分通過隔片90′固定在離子支撐板134上。如前面描述的，磁體80′構(gòu)造提供了一個通道狀磁場。磁體80′固定在子腔室110之內(nèi)，并包括一個調(diào)整螺釘98′，調(diào)整螺釘98′通過一個支撐棒135調(diào)整磁體80′相對陰極71′的縱向位置，上述支撐棒135上固定有板體134。
如圖5、6所示，子腔室還包括由一對陽極板136構(gòu)成的陽極。陽極板136通過支架138固定在子腔室110上，設(shè)置上述支架138使得撞針140在空間內(nèi)移動，從而撞針140可以撞擊陰極71′。參考對于實施例1，已經(jīng)描述了設(shè)置撞針的目的。
在使用中，參考前面的實施例，在腔室抽真空和引導(dǎo)氣體進入之前，將要涂覆的基板設(shè)置在腔室52的中心。一個DC電源設(shè)置在陰極71′和陽極板136之間。撞針140用于在陰極71′上產(chǎn)生電弧。如上面描述的，電弧使陰極的發(fā)射成瞄準(zhǔn)線方式，然而由于陰極71′的平板結(jié)構(gòu)，通常直接發(fā)射到腔室的中心以涂覆基板?；蹇梢詤⒄諏嵤├?設(shè)置在可旋轉(zhuǎn)的圓盤傳送帶上，以保證他們在DC電弧處理中最終被涂覆。
由磁體80′提供的磁場通道控制電弧在陰極71′表面的路徑，從而電弧在通道內(nèi)圍繞北極磁體部分132移動。為了防止在陰極71′上形成腐蝕槽溝，使用氣動子部件129提供陰極71′在磁體80′的磁場中橫向往復(fù)移動，或者從側(cè)邊到側(cè)邊的移動。這樣使磁場通道移動并使得電弧的路徑跨過陰極71′的發(fā)射表面89′。
磁場通道的縱向長度是陰極71′縱向長度的80％。在使用DC電弧裝置50′的過程中，兩個橫向線性腐蝕槽溝形成在陰極上，上述槽溝是已經(jīng)通過上一個電弧的點再次通過電弧。腐蝕線緊靠北極部分132的縱向末端142。因此提供調(diào)整螺釘98′。經(jīng)過預(yù)先決定的一定數(shù)量的涂覆程序后，手工旋轉(zhuǎn)螺釘98′以改變磁體80′現(xiàn)對陰極71′在縱向的位置，以至少在部分上防止線性腐蝕槽溝的形成從而進一步提高陰極的使用壽命。
本發(fā)明實施方式作為舉例，與前面描述的實施例1相比，選擇在相同或相似的腔室壓力下進行操作，磁場和DC施加在陰極和陽極上。然而，DC電弧裝置的另外一種設(shè)置中，腔室52具有更多的空間，導(dǎo)致更低的操作壓力。與實施例1相比，后一實施例可以使用低熔點的將被涂覆的基板。
在實施例2的另外一種實施方式中，腔室52具有四個腔室端口，四個DC電弧裝置50′分別固定在四個腔室端口上。在這個另外一種實施方式中，四個腔室端口圍繞腔室側(cè)壁設(shè)置，DC電弧裝置50設(shè)置成朝向腔室中心方向直接發(fā)射。這種設(shè)置的優(yōu)點包括基板可以被涂覆一種以上的陰極材料。比如，為了在基板上提供鈦鋁氮化物(TiAIN)涂層，在腔室內(nèi)提供氮氣，兩個對置的DC電弧裝置50使用鈦陰極71′，而另外兩個對置的DC電弧裝置50使用鋁陰極71′?；褰又趫A盤傳送帶上旋轉(zhuǎn)，使其所有的側(cè)面都具有TiAIN涂層覆蓋。根據(jù)圓盤傳送帶的旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)速度，基板被涂覆成具有不同的發(fā)射材料層(低速旋轉(zhuǎn))，或者具有實際上復(fù)合的涂層(快速旋轉(zhuǎn))。
在實踐中，與管狀陰極相比，可以更容易地形成本實施例的平板陰極，因此與實施例1相比，本實施例中可以使用更多的材料用作陰極71′。因此，本實施例可以使用鉻或鎳，以及銅，鈦，鋁，或上述材料的合適的合金。雖然實施例1與實施例2都設(shè)計成使用金屬陰極，但是也可以使用四面體無定形碳(ta-C)。
在本實施例的另外一種實施方式中，陰極可以是固定的，磁體橫向移動。
在本實施例的另外一種變形中，腔室適于使基板跨過端口114進行線性移動。該實施方式基板的直線涂層具有很長的長度，比如玻璃嵌板。
實施例3下面參照圖13至23，描述本發(fā)明另外一種優(yōu)選實施方式的實施例，本實施例與前面的實施例相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。本實施例可以在不同的操作腔室壓力條件下實施本發(fā)明，從而使用過濾陰極中空電弧(FCVA)技術(shù)，比如專利WO-A-98/03988中描述的。本實施例因此構(gòu)造成能在比前述實施例更低的壓力下操作。本實施例中使用一個設(shè)置在裝置副腔室110″中的FCVA裝置50″，上述裝置副腔室110″有框架144支撐，從而副腔室110″不電接地。副腔室110″包括具有孔148的蓋146。端口150在其靠近蓋146的一端可進行固定，以通過孔148與副腔室110″進行交流。陽極153固定在端口150的側(cè)邊上。端口大致是圓柱形，在其末端154可固定在容納基板的腔室(未顯示)上。腔室可以是如WO-A-96/26531描述的雙彎管。
在本實施例中，如圖21和22顯示，陰極71″是平板，優(yōu)選尺寸為0.15m×0.2m×0.02m。雖然優(yōu)選發(fā)射表面89″是矩形，但是也可以是正方形、圓形、或環(huán)形。與前面的實施方式類似，陰極71″也是通過框架部件156和支撐板體122″固定，支撐板體122″具有中空部分以允許冷卻劑通過端口157流動，從而吸收陰極71″的熱量。
磁體80″固定在副腔室110″內(nèi)非常接近支撐板體122″。如圖23所示，磁體80″具有一個環(huán)狀南極部分130″，上述環(huán)狀南極部分130″圍繞一個固定的環(huán)狀北極部分132″。上述南極部分和北極部分通過隔片90″固定在離子支撐板體134″上。如根據(jù)前面的實施例所描述，磁體80″的構(gòu)造提供了南極部分132″附近的通道狀的磁場。南極部分130″具有大約70-80mm的直徑，在陰極發(fā)射表面89″上形成的電弧直徑大約是30-60mm。將會明了的是，在本實施例中，磁體80″與發(fā)射表面89″的尺寸比率比實施例1和2中的比率小。
設(shè)置移動裝置以使陰極71″在發(fā)射表面89″的平面上橫向或縱向移動。在本實施例中，提供了兩個第一馬達158a、第二馬達160a和第一軌道158b、第二軌道160b形式的移動裝置。在其他的實施方式中，移動裝置可以是氣動或液動裝置。如圖16所示，副腔室110″的大小能容納陰極71″在橫向和縱向上的移動，從而陰極71″的主要部分可以移動通過有磁體80″形成的磁場通道。
由于操作壓力低，在本實施例中更難控制電弧。其他的特征用來幫助控制電弧。比如，設(shè)置薄鐵片162來防止電弧直接形成在陰極71″和陽極153之間，上述薄鐵片162固定在陰極71″和陽極153之間。不設(shè)置鐵片，由于陰極71″和陽極153靠得很近，有直接產(chǎn)生電弧的危險。鐵片上形成有孔(未顯示)，其位置對應(yīng)于磁體80″的位置，以允許電弧形成在發(fā)射表面89″上。
還提供磁性線圈163形式的輔助磁場。這樣的設(shè)置目的是提供覆蓋在陰極上的第二磁場，從而第二磁場以相對通道磁場相反的方向(反向場)流動。第二磁場設(shè)置成在陰極發(fā)射表面89″上形成一個零點，在陰極71″上形成電弧。
由于在使用中從陰極的發(fā)射通常是向上，環(huán)形儲槽164形式的收集部件設(shè)置在薄鐵片上面以收集從陰極71″釋放的大粒子，而不是落向陰極的。在另外一個基本上水平的發(fā)射實施方式中，不需要儲槽。在儲槽164中提供通道166以允許撞針140″按照已知的方式移動通過。
這個實施例的使用類似前面描述的實施例，但是一旦腔室抽真空大約至1μ托，不向腔室導(dǎo)入氣體。因此本實施例與前面的實施例相比，構(gòu)造成很低的操作壓力。
在本實施例的另外一個實施方式中，陰極固定，磁體在平行于靶平面的平面中移動。在這個實施方式中，磁體橫向移動并垂直移動以在發(fā)射表面的主要部分上提供磁場。
到目前為止描述的所有本發(fā)明的實施例中，基板優(yōu)選偏壓以減少合成涂層。通過在基板上施加電勢差或電壓提供偏壓。然而，為了進一步減少涂層壓力，需要較高的施加電壓，如果施加的電壓太高的話會產(chǎn)生問題，比如影響基板特性。而且，在腔室52中出現(xiàn)高電勢偏差通過引起離子衰減可能影響電弧。因此，為了能在基板上施加更高的電流以提高涂覆特性，在基板上施加脈沖電壓或脈沖偏壓。脈沖偏壓的電勢是-2至-3KV，但是也可以至-5KV。偏壓脈沖延遲5至10μs，但是可以延遲至120μs。脈沖頻率是1至3KHz，但可以至10kHz。與已知的大約-600V偏壓電勢，-2至-3KV偏壓大大提高了涂層特性。
根據(jù)實施例2、3，已經(jīng)描述過，陰極的橫向或橫向及縱向移動通過氣動裝置移動。將會明了的是，移動可以由其他裝置提供，比如液壓移動裝置。
在所有描述的實施例中，DC設(shè)置在陰極和陽極之間，但是對于熟知技術(shù)的人員來說很明顯的是，每個實施例都可以適合接受一個AC電源。而且，對于熟知技術(shù)的人員來說，描述過的每個實施例中的磁體具有被南極部分包圍的北極部分，在另外一種實施方式中，各部分的極性可以相反。在這樣另外的實施方式中，南極部分可以被北極部分包圍。
雖然本發(fā)明描述優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)理解使用的詞語是描述性詞語而不是限制性詞語，在不脫離權(quán)利要求限定的范圍情況下，可以對發(fā)明做出變化。
權(quán)利要求
1.一種物理蒸氣鍍膜裝置，包括一個靶，設(shè)置成與抽真空的腔室內(nèi)部連通，其適合與電源進行電連接，從而在靶的表面上形成一個發(fā)射表面；以及在靶的附近提供磁場以控制電弧的部件，其中磁場部件相對靶可移動，從而按照預(yù)定的方式在發(fā)射表面上移動電弧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中靶是具有孔的管體，管體具有中心軸，磁場部件是可以在孔中繞軸旋轉(zhuǎn)的磁體，從而電弧按照預(yù)定的方式在發(fā)射表面附近移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中磁體包括一個支撐；支撐上至少兩個伸長的南極部件，該南極部分具有平行的主體部分，上述主體部分從中心磁體軸線相互均勻地設(shè)置，在他們各自鄰近的末端相互連接在一起；以及支撐上至少一個伸長的北極部件，該北極部分與主體部分平行并與其相互隔開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中至少兩個伸長的南極部件通過一個南極末端蓋在他們各自鄰近的末端相互連接起來。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中其中至少兩個伸長的南極部件通過各個南極末端部分在他們各自鄰近的末端相互連接起來，上述南極末端部分向內(nèi)部呈放射狀，從而南極在軸線上連接起來。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的裝置，包括三個所述南極部分和三個所述北極部分，其中三個南極部分的各自主體部分繞軸相互均勻設(shè)置，其中南極部分的各末端部分在磁體軸線上連接起來，磁體構(gòu)造成各所述北極部分繞軸線與各南極的主體部分間隔設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6任意一項所述的裝置，其中磁體可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在孔中，從而磁體軸線與靶的軸線共軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任意一項所述的裝置，其中靶以向上豎直的狀態(tài)設(shè)置在腔室內(nèi)的中心位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至8任意一項所述的裝置，其中靶和磁體的長度從0.1m至2m，靶的直徑從0.04m至0.2m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中靶是平板狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，包括使靶相對磁場部件橫向移動的裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中發(fā)射表面是圓形的。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中發(fā)射表面是矩形的。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或13所述的裝置，其中磁場部件是包括下述結(jié)構(gòu)的磁體環(huán)狀的南極部分設(shè)置在平行于靶平面的平面上，北極部分設(shè)置在平面上，南極部分由北極部分包圍但是不接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述所述的裝置，其中南極部分是橢圓形延伸的環(huán)狀，北極部分是延伸的條狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的裝置，其中延伸的南極部分的長度至少是靶縱向長度的80％。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16任意一項所述的裝置，其中南極部分的延伸長度是從0.05m至2m，寬度是從0.05m至0.5m。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17任意一項所述的裝置，其中靶的長度從0.05m至2m，寬度從0.1m至0.5m。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中南極部分是圓環(huán)，北極部分是圓形，南極部分的直徑顯著小于靶的縱向長度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中南極部分的直徑范圍是0.05m至0.1m。
21.根據(jù)權(quán)利要求14至18任意一項所述的裝置，包括在平行于磁體平面的靶平面上移動靶的裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中移動部件構(gòu)造成橫向移動靶。
23.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的裝置，其中移動部件構(gòu)造成在橫向和縱向移動靶。
24.根據(jù)權(quán)利要求10至23所述的裝置，其中靶由靶的熱交換支撐部件來支撐。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中靶支撐部件包括一個與靶的一個表面大范圍接觸的支撐板，支撐板包括使冷卻劑流體流過的通道，以吸取熱量。
26.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的裝置，包括用于相對靶調(diào)整磁場部件位置的調(diào)整裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求10至26任意一項所述的裝置，包括一個密封地固定在腔室側(cè)壁通道口上的外殼，外殼容納靶和磁場部件。
28.根據(jù)權(quán)利要求10至26任意一項所述的裝置，其中靶和磁場部件設(shè)置在腔室中。
29.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中靶可以從碳、鈦、鉻、鎳、鋁、銅和他們合適的合金中選擇。
30.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中電弧鍍膜裝置適于在DC電弧鍍膜、AC電弧鍍膜、陰極真空電弧鍍膜和過濾陰極真空電弧鍍膜中之一使用。
31.根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述的裝置，其中磁場部件是永久性磁體和電磁石中的一種。
32.一種物理蒸氣鍍膜系統(tǒng)，包括一個抽真空的腔室；以及一個根據(jù)上述任意一項權(quán)利要求所述電弧鍍膜裝置與腔室內(nèi)部連接；以及一個與靶連接的電源，上述靶作為陰極，腔室側(cè)壁作為陽極。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中腔室包括一個蓋子，蓋子內(nèi)部具有蓋子端口，其中電弧鍍膜裝置根據(jù)上述權(quán)利要求1-8中任何一項構(gòu)造，上述裝置通過蓋子端口至少部分地依靠蓋子，從而靶的至少主要部分和磁體設(shè)置在腔室中。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，其中蓋子是圓的，蓋子端口設(shè)置在蓋子中心。
35.根據(jù)權(quán)利要求33或34所述的系統(tǒng)，其中被電弧鍍膜裝置涂覆的至少一個基板設(shè)置在腔室中靶和腔室側(cè)壁之間。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，還包括設(shè)置在腔室中的至少一個第二陽極，其與電源進行電連接，設(shè)置成基板設(shè)置在側(cè)壁和第二陽極之間。
37.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中腔室包括一個側(cè)壁和一個側(cè)壁上的端口，電弧鍍膜裝置根據(jù)權(quán)利要求27構(gòu)造，其中外殼可拆卸地、密封地固定在端口上。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中腔室包括多個端口，系統(tǒng)包括多個裝置，每個裝置可拆卸地、密封地固定在各個端口上。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，包括至少一個第一和第二所述電弧鍍膜裝置，其中第一電弧鍍膜裝置具有一個第一靶，其是從碳、鈦、鉻、鎳、鋁、銅和他們合適的合金中選擇出的材料構(gòu)成，第二靶的材料從碳、鈦、鉻、鎳、鋁、銅和他們合適的合金中選擇，其中第二靶的材料與第一靶的材料不同。
40.根據(jù)權(quán)利要求37至39任意一項所述的系統(tǒng)，其中通過電弧鍍膜裝置涂覆的基板設(shè)置在腔室中。
41.根據(jù)權(quán)利要求35、36或40所述的系統(tǒng)，包括至少一個基板支撐部件，用于在腔室內(nèi)支撐基板。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中至少一個基板支撐部件是可移動的，從而在腔室內(nèi)移動基板。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其中至少一個基板支撐部件是可旋轉(zhuǎn)的，從而在腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)基板。
44.一種用于涂敷基板的物理蒸氣鍍膜方法，包括如下步驟靶以及要被涂敷的基板設(shè)置成與抽真空腔室內(nèi)部連通；對腔室抽真空達到預(yù)定的壓力；為靶提供電源以在靶的發(fā)射表面上產(chǎn)生電弧，電弧在發(fā)射表面上離子化靶；在靶附近提供磁場，從而控制發(fā)射表面的電??；相對靶移動磁場，從而以預(yù)定的方式在發(fā)射表面上移動電弧。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中靶是具有孔的管體，管體具有中心軸，磁場部件是可以在孔中繞軸旋轉(zhuǎn)的磁體，從而電弧按照預(yù)定的方式在發(fā)射表面附近移動。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中磁體按照一個旋轉(zhuǎn)方向持續(xù)旋轉(zhuǎn)預(yù)定數(shù)量的轉(zhuǎn)數(shù)，從而靶從靶的發(fā)射表面沿大約360°發(fā)射。
47.根據(jù)權(quán)利要求45或46所述的方法，其中磁體包括一個支撐；支撐上至少兩個伸長的南極部件，南極部分具有平行的主體部分，上述主體部分從中心磁體軸線相互均勻地設(shè)置，在他們各自鄰近的末端相互連接在一起；以及支撐上至少一個伸長的北極部件，北極部分與主體部分平行并與其相互隔開；其中磁場是繞北極部分的環(huán)形。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中至少兩個伸長的南極部件通過一個南極末端蓋在他們各自鄰近的末端相互連接起來。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中其中至少兩個伸長的南極部件通過各個南極末端部分在他們各自鄰近的末端相互連接起來，上述南極末端部分向內(nèi)部呈放射狀，從而南極在軸線上連接起來。
50.根據(jù)權(quán)利要求47至49任意一項所述的方法，包括三個所述南極部分和三個所述北極部分，其中三個南極部分的各自主體部分繞軸相互均勻設(shè)置，其中南極部分的各末端部分在磁體軸線上連接起來，磁體構(gòu)造成各所述北極部分繞軸線與各南極的主體部分間隔設(shè)置。
51.根據(jù)權(quán)利要求45至50任意一項所述的方法，其中靶和磁體的長度從0.1m至2m，靶的直徑從0.04m至0.2m。
52.根據(jù)權(quán)利要求45至51任意一項所述的方法，其中經(jīng)過預(yù)定的時間后，磁場的移動和供應(yīng)的電源停止，腔室的壓力升高到大氣壓力，在重復(fù)步驟之前，相對靶調(diào)整磁體的軸向位置。
53.根據(jù)權(quán)利要求45至52任意一項所述的方法，其中靶和磁體設(shè)置在腔室內(nèi)。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的方法，其中靶和磁體設(shè)置在腔室的中央，基板設(shè)置在靶和腔室的一個側(cè)壁之間，側(cè)壁作為電源的陽極。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的方法，還包括設(shè)置在腔室中的至少一個第二陽極，其與電源進行電連接，設(shè)置成基板設(shè)置在側(cè)壁和第二陽極之間。
56.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中靶是平板狀。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中磁場部件設(shè)置在固定位置，靶相對磁場部件在其平面內(nèi)橫向移動。
58.根據(jù)權(quán)利要求56或57所述的方法，其中提供磁場的磁體包括設(shè)置在基本上平行于靶平面的平面上的環(huán)狀南極部分，設(shè)置在平面上的北極部分，北極部分由南極部分包圍但是不接觸，磁場是繞著北極部分的環(huán)狀。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其中南極部分是橢圓形延伸的環(huán)狀，北極部分是延伸的條狀。
60.根據(jù)權(quán)利要求58或59所述的方法，其中南極部分的長度至少是靶長度的80％。
61.根據(jù)權(quán)利要求58所述的方法，其中南極部分是圓環(huán)，北極部分是圓形，南極部分的直徑顯著小于靶的縱向長度。
62.根據(jù)權(quán)利要求56至61任意一項所述的方法，其中經(jīng)過預(yù)定的時間后，在重復(fù)步驟之前，磁場的移動和供應(yīng)的電源停止，腔室的壓力升高到大氣壓力，相對靶調(diào)整磁體的軸向位置，在磁體平面上，垂直于靶的橫向移動。
63.根據(jù)權(quán)利要求56至62任意一項所述的方法，包括一個密封地固定在腔室側(cè)壁通道口上的外殼，外殼容納靶和磁場部件。
64.根據(jù)權(quán)利要求56至63任意一項所述的方法，包括設(shè)置繞腔室一部的第二磁場，第二磁場具有與磁體相反的極性，從而第二磁場相鄰并基本上平行于發(fā)射表面。
65.根據(jù)權(quán)利要求44至64任意一項所述的方法，其中預(yù)定的壓力是大約1μ托。
66.根據(jù)權(quán)利要求44至65任意一項所述的方法，其中在對腔室抽真空的步驟后，引入氣體以增加1m托至20m托范圍的腔室壓力。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中引入氣體以將腔室的壓力增加到大約3m托。
68.根據(jù)權(quán)利要求66或67所述的方法，其中氣體是氮氣或氧氣中的一種。
69.根據(jù)權(quán)利要求44至68任意一項所述的方法，其中電弧鍍膜裝置適于在DC電弧鍍膜、AC電弧鍍膜、陰極真空電弧鍍膜和過濾陰極真空電弧鍍膜中使用。
70.根據(jù)權(quán)利要求44至69任意一項所述的方法，其中靶從碳、鈦、鉻、鎳、鋁、銅中選擇。
71.根據(jù)權(quán)利要求44至70任意一項所述的方法，其中電源是由直流裝置提供，提供的電流范圍是60至300A。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中電流是大約150A。
73.根據(jù)權(quán)利要求44至70任意一項所述的方法，其中電源由交流裝置提供。
74.根據(jù)權(quán)利要求44至73任意一項所述的方法，其中磁場強度是大約1000G。
75.一種用于電弧鍍膜裝置的磁體，上述磁體包括一個支撐；支撐上至少兩個伸長的南極部件，南極部分具有平行的主體部分，上述主體部分從中心磁體軸線相互均勻地設(shè)置，在他們各自鄰近的末端相互連接在一起；以及支撐上至少一個伸長的北極部件，北極部分與主體部分平行并與其相互隔開。
76.根據(jù)權(quán)利要求75所述的磁體，其中南極部件通過一個南極末端蓋在他們各自鄰近的末端相互連接起來。
77.根據(jù)權(quán)利要求75所述的磁體，其中其中至少兩個伸長的南極部件通過各個南極末端部分在他們各自鄰近的末端相互連接起來，上述南極末端部分向內(nèi)部呈放射狀，從而南極在軸線上連接起來。
78.根據(jù)權(quán)利要求75或77所述的磁體，包括三個所述南極部分和三個所述北極部分，其中三個南極部分的各自主體部分繞軸相互均勻設(shè)置，其中南極部分的各末端部分在磁體軸線上連接起來，磁體構(gòu)造成各所述北極部分繞軸線與各南極的主體部分間隔設(shè)置。
79.根據(jù)權(quán)利要求75至78任意一項所述用于權(quán)利要求1或2的裝置的磁體。
80.基本上如參照附圖描述的裝置。
81.基本上如參照附圖描述的系統(tǒng)。
82.基本上如參照附圖描述的方法。
83.基本上如參照附圖1A到4描述的磁體。
全文摘要
一種物理蒸氣鍍膜裝置，包括一個靶，設(shè)置成與抽真空的腔室內(nèi)部連通。裝置適合與比如DC電源這樣的電源進行電連接，從而在靶的表面上形成一個發(fā)射表面。腔室的側(cè)壁通常作為陽極。提供磁場的部件，比如磁體，設(shè)置在靶的附近，以在靶的表面提供磁場，從而控制電弧。磁體以預(yù)定的方式相對靶移動，從而在發(fā)射表面上移動電弧。在一些實施方式中，磁體固定而靶是可移動的，而在另外一些實施方式中，靶是固定的，磁體可移動。
文檔編號C23C14/06GK1648281SQ20051000556
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月21日
發(fā)明者史旭, 謝麗康 申請人:納峰科技私人有限公司