本發(fā)明涉及一種真空陰極弧離子鍍裝置以及一種真空陰極弧離子鍍控制弧斑刻蝕區(qū)域的方法。

背景技術(shù)：

真空陰極弧離子鍍技術(shù)是結(jié)合了蒸發(fā)與濺射技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種PVD技術(shù)。它對(duì)產(chǎn)品，特別是刀具等工具表面起著裝飾和提高壽命的作用。真空陰極弧離子鍍由美國(guó)Multi-arc公司和Vac-Tec公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，并于1981年達(dá)到工業(yè)實(shí)用化階段，它的發(fā)明使薄膜技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。在隨后的幾十年的時(shí)間里，該技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，至今歐美國(guó)家仍在大力發(fā)展真空陰極弧離子鍍膜技術(shù)。

陰極真空弧放電在產(chǎn)生金屬等離子體的同時(shí)，往往伴隨有宏觀大顆粒的產(chǎn)生，對(duì)于陰極來(lái)說(shuō)，宏觀顆粒通常以固體碎屑或中性原子團(tuán)的形式存在。這些宏觀顆粒的尺寸在0.02～100μm之間，近期的一些研究表明陰極弧放電過(guò)程中也同時(shí)產(chǎn)生少量的納米顆粒(<l00nm)。在簡(jiǎn)單的冶金學(xué)涂層或者工具涂層中，可以允許宏觀顆粒的存在，但是宏觀顆粒的存在嚴(yán)重阻礙了真空陰極弧放電等離子體技術(shù)在精密的光學(xué)及電子學(xué)儀器制備領(lǐng)域的應(yīng)用。基于此原因，近年來(lái)研究者們進(jìn)行了大量的研究工作，利用不同的宏觀顆粒過(guò)濾器來(lái)減少或消除宏觀顆粒的影響。迄今為止，磁過(guò)濾彎管是廣泛采用的簡(jiǎn)單而有效的濾除宏觀顆粒的方法，并有較大的等離子體輸出量。

磁過(guò)濾器分為直線形磁過(guò)濾器和曲線形磁過(guò)濾器。

圖7為直線形磁過(guò)濾器結(jié)構(gòu)示意圖。該結(jié)構(gòu)中，宏觀顆粒的數(shù)目隨著磁場(chǎng)的增大而減小。該結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理概括如下：(a)在陰極前加入的磁場(chǎng)起到了導(dǎo)向離子流的作用，相對(duì)減小了宏觀顆粒的比例；(b)在磁場(chǎng)的約束下等離子體內(nèi)部的碰撞作用加強(qiáng)，中性粒子進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子，使得宏觀顆粒減少；(c)由于宏觀顆粒相對(duì)于陰極表面的發(fā)射角較小，電弧管道起到機(jī)械擋板的作用；(d)在磁場(chǎng)的作用下，陰極斑點(diǎn)在陰極表面的運(yùn)動(dòng)速度加快，減小了陰極斑點(diǎn)尺寸，從而減少了宏觀顆粒的數(shù)目。

直線形磁過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)真空陰極弧離子鍍方法相比膜的沉積速率基本保持不變，克服了其他方法帶來(lái)的效率大大降低的問(wèn)題。但是對(duì)宏觀顆粒的過(guò)濾效果不是很理想，該種方法可以使宏觀顆粒數(shù)目減少到原來(lái)的10％左右。Treglio發(fā)明了一種與環(huán)形陰極等離子體源結(jié)合的直線形磁過(guò)濾器，如圖8所示，兩者結(jié)合之后，陰極和基體之間的直接視線連接消失了。

曲線形磁過(guò)濾器的工作原理如下所述。磁過(guò)濾器產(chǎn)生的軸向磁場(chǎng)使帶電粒子在磁場(chǎng)中作拉莫爾運(yùn)動(dòng)，一方面繞磁力線作圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面又以磁力線為軸作漂移運(yùn)動(dòng)，電子由于質(zhì)量很小，因此旋轉(zhuǎn)半徑很小，旋轉(zhuǎn)頻率很高，所以幾乎緊貼磁力線運(yùn)動(dòng)；而離子由于質(zhì)量大，因此旋轉(zhuǎn)半徑很大，頻率很低。由于等離子體是電中性或準(zhǔn)中性的，在空間電荷力的作用下，離子的拉莫爾運(yùn)動(dòng)就無(wú)法完全展示出來(lái)，而是被電子牽扯著也沿著磁力線運(yùn)動(dòng)，所以，在彎轉(zhuǎn)的軸向磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的等離子體，沿著軸向彎轉(zhuǎn)的磁力線走了一條彎曲的路線，液滴走的卻是直線路徑，從而在磁過(guò)濾器之中被分離出來(lái)，并最終打在磁導(dǎo)管管壁上，磁過(guò)濾器起了過(guò)濾與傳輸?shù)碾p重作用。

圖9-13為現(xiàn)有技術(shù)的五種曲線形磁過(guò)濾器的示意圖。其中，圖9示出45°彎管磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10示出U形磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖11示出90°彎管磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12示出S形磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖13示出軸對(duì)稱(chēng)磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。

20世紀(jì)70年代，彎曲電弧離子鍍技術(shù)最早由Aksenov等人發(fā)明，其采用了經(jīng)典的90°彎管作為磁過(guò)濾器，小圓靶作為離子源；后續(xù)又出現(xiàn)了45°/120°/180°/360°磁過(guò)濾器、雙彎曲磁過(guò)濾器、對(duì)稱(chēng)型磁過(guò)濾器等，這些磁過(guò)濾器的設(shè)計(jì)都是基于經(jīng)典的90°彎曲磁過(guò)濾器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了不同程度的磁過(guò)濾效果。

90°磁過(guò)濾彎曲電弧離子鍍技術(shù)可以用于工件鍍單質(zhì)或者多元素膜層。相比傳統(tǒng)的多弧離子鍍技術(shù)，磁過(guò)濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以過(guò)濾掉靶材表面發(fā)射出的中性粒子，中性原子團(tuán)和大顆粒，使得制備的涂層更加光滑、致密，由于彎曲電弧離子鍍方法離子離化率高，離子能量大，因此，這種方法制備膜層的沉積效率高，制備的特殊功能膜層具有其它方法無(wú)法比擬的硬度值。其用途涵蓋民用、醫(yī)療、軍用、航空等領(lǐng)域。

弧斑運(yùn)動(dòng)的軌跡受限于靶面附近的磁場(chǎng)配置。固定的磁場(chǎng)配置產(chǎn)生的弧斑刻蝕軌跡也是固定的，且刻蝕靶材面積非常小，這樣的刻蝕結(jié)果不利于靶材的有效利用。當(dāng)在不改變鍍膜設(shè)備的前提下，大尺寸矩形靶進(jìn)行小面積工件涂層沉積時(shí)，其浪費(fèi)靶材，濺射離子利用率低的弊端更是無(wú)法避免。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的之一提供一種真空陰極弧離子鍍控制弧斑刻蝕區(qū)域的方法，其能夠簡(jiǎn)便地改變靶材的刻蝕區(qū)域和刻蝕軌跡。

本發(fā)明另一目的提供一種真空陰極弧離子鍍裝置，其能夠簡(jiǎn)便地改變靶材的刻蝕區(qū)域和刻蝕軌跡。

由此，本發(fā)明提供一種真空陰極弧離子鍍控制弧斑刻蝕區(qū)域的方法，其包括下述步驟：靶材的刻蝕范圍需要改變時(shí)，為磁過(guò)濾器上的線圈施加不同大小的電流值，使磁過(guò)濾器上的線圈產(chǎn)生的磁過(guò)濾磁場(chǎng)發(fā)生變化，當(dāng)所述磁過(guò)濾磁場(chǎng)與靶面磁場(chǎng)疊加后，弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡也會(huì)相應(yīng)得發(fā)生變化，從而使靶材刻蝕區(qū)域可控，其中，對(duì)磁過(guò)濾器線圈的施加較小的所述電流值，使靶面刻蝕軌道靠近靶材表面的邊緣，或者對(duì)磁過(guò)濾器線圈施加較大的所述電流值，使靶面刻蝕軌道向靶材的中心位置收縮。

作為優(yōu)選方式，上述方法還包括如下步驟：通過(guò)線圈電流控制器來(lái)控制磁過(guò)濾器線圈電流，從而改變多組線圈自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這幾組線圈的磁場(chǎng)疊加后形成所述磁過(guò)濾磁場(chǎng)，該磁過(guò)濾磁場(chǎng)與所述靶面磁場(chǎng)疊加來(lái)改變弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡。

本發(fā)明還提供一種真空陰極弧離子鍍裝置，其包括靶座系統(tǒng)、磁過(guò)濾系統(tǒng)、控制電路、以及真空室，其中，所述磁過(guò)濾系統(tǒng)包括磁過(guò)濾彎管和沿該磁過(guò)濾彎管排列的至少一組線圈，所述至少一組線圈通過(guò)控制電路提供的電流產(chǎn)生并形成磁過(guò)濾磁場(chǎng)；所述靶座系統(tǒng)包括靶材、控制弧斑沿著跑道型軌跡運(yùn)動(dòng)的靶磁場(chǎng)、穩(wěn)弧線圈產(chǎn)生的穩(wěn)弧磁場(chǎng)，這兩種磁場(chǎng)共同形成該靶材表面的靶面磁場(chǎng)；并且，所述控制電路包括控制所述至少一組線圈電流大小的線圈電流控制器，該線圈電流控制器通過(guò)改變所述至少一組線圈的電流來(lái)改變所述磁過(guò)濾磁場(chǎng)與所述靶面磁場(chǎng)形成的疊加磁場(chǎng)，以控制靶材的刻蝕區(qū)域和刻蝕軌跡。

作為優(yōu)選方式，所述磁過(guò)濾彎管包括外型彎曲度為0°～180°的磁過(guò)濾器，其中彎曲度為0°的磁過(guò)濾器為直管；并且，所述至少一組線圈為多組線圈，所述多組線圈包括一組離子引導(dǎo)線圈，該一組離子引導(dǎo)線圈設(shè)置于磁過(guò)濾彎管與所述真空室相連的出口處，用于引導(dǎo)離子進(jìn)入真空室，所述多組線圈中的其它組線圈用于產(chǎn)生彎曲所述磁過(guò)濾磁場(chǎng)，并相繼排列于所述磁過(guò)濾彎管上。

作為優(yōu)選方式，所述靶座系統(tǒng)中的靶面磁場(chǎng)來(lái)源于永磁體或線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，所述穩(wěn)弧磁場(chǎng)來(lái)源于與靶面平行位置的穩(wěn)弧線圈，所述靶面磁場(chǎng)與所述穩(wěn)弧線圈提供弧斑在靶面沿著一定的跑道型軌跡穩(wěn)定燃燒的條件。

作為優(yōu)選方式，所述靶座系統(tǒng)中的靶材為矩形靶或圓形靶，靶材尺寸可以采用工業(yè)級(jí)的大尺寸靶或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)使用的小尺寸靶。

作為優(yōu)選方式，所述至少一組線圈為多組線圈，所述線圈電流控制器包括用于控制所述多組磁過(guò)濾線圈電流的多個(gè)電源，所述多個(gè)電源分別單獨(dú)調(diào)節(jié)，以分別獨(dú)立控制所述多組線圈的電流。

作為優(yōu)選方式，所述線圈電流控制器可以根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)或自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)改變電流的。

作為優(yōu)選方式，所述至少一組線圈為一組線圈，所述一組線圈是使用一組沿著彎管首尾方向圍繞磁過(guò)濾彎管進(jìn)行纏繞、并完全包絡(luò)磁過(guò)濾彎管首端和末端的單組線圈。

作為優(yōu)選方式，所述磁過(guò)濾彎管為90°磁過(guò)濾彎管，所述至少一組線圈是5組線圈；該5組線圈中第一組線圈是離子引導(dǎo)線圈，設(shè)置于90°磁過(guò)濾彎管的與所述真空室相連的出口處；并且，該5組線圈中第二至第第四組線圈是磁過(guò)濾線圈，相繼沿所述90°磁過(guò)濾彎管排列。

本發(fā)明基于大尺寸靶能夠?qū)Π忻婵涛g區(qū)域進(jìn)行選擇性的要求，采用控制彎曲磁過(guò)濾線圈電流，改變彎曲磁場(chǎng)的強(qiáng)度，并達(dá)到與靶面磁場(chǎng)疊加的目的，從而影響弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡，改變靶材刻蝕區(qū)域的方法。實(shí)現(xiàn)了弧斑運(yùn)動(dòng)的可控性，提高了靶材的利用率，尤其使大尺寸靶鍍膜設(shè)備可以有效得對(duì)小面積鍍膜件進(jìn)行鍍膜，而不會(huì)形成靶材的浪費(fèi)且刻蝕區(qū)域的縮小，也能夠使離子聚焦，沉積效率大大提高。

附圖說(shuō)明

下面將簡(jiǎn)要說(shuō)明本申請(qǐng)所使用的附圖，顯而易見(jiàn)地，這些附圖僅用于解釋本發(fā)明的構(gòu)思。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的真空陰極弧離子鍍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的磁過(guò)濾線圈電流為4A時(shí)鋁靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的磁過(guò)濾線圈電流為6A時(shí)鋁靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的磁過(guò)濾線圈電流為8A時(shí)鋁靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例的磁過(guò)濾線圈電流為10A時(shí)鋁靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的弧斑運(yùn)動(dòng)方向示意圖。

圖7為現(xiàn)有技術(shù)的直線形磁過(guò)濾器(0°磁過(guò)濾彎管)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形陰極等離子體源直線形磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為現(xiàn)有技術(shù)的45°彎管磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為現(xiàn)有技術(shù)的U形磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為現(xiàn)有技術(shù)的90°彎管磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖12為現(xiàn)有技術(shù)的S形磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為現(xiàn)有技術(shù)的軸對(duì)稱(chēng)磁過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記匯總：

1、靶座系統(tǒng) 2、靶材 3、穩(wěn)弧線圈 4、磁過(guò)濾彎管

5、磁過(guò)濾線圈 6、離子引導(dǎo)線圈 7、真空室

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍裝置以及真空陰極弧離子鍍控制弧斑刻蝕區(qū)域的方法的實(shí)施例。

在此記載的實(shí)施例為本發(fā)明的特定的具體實(shí)施方式，用于說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)思，均是解釋性和示例性的，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式及本發(fā)明范圍的限制。除在此記載的實(shí)施例外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠基于本申請(qǐng)權(quán)利要求書(shū)和說(shuō)明書(shū)所公開(kāi)的內(nèi)容采用顯而易見(jiàn)的其它技術(shù)方案，這些技術(shù)方案包括采用對(duì)在此記載的實(shí)施例的做出任何顯而易見(jiàn)的替換和修改的技術(shù)方案。

本說(shuō)明書(shū)的附圖為示意圖，輔助說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)思，示意性地表示各部分的形狀及其相互關(guān)系。請(qǐng)注意，為了便于清楚地表現(xiàn)出本發(fā)明實(shí)施例的各部件的結(jié)構(gòu)，各附圖之間不一定按照相同的比例繪制。相同的參考標(biāo)記用于表示相同的部分。此外，在參照附圖進(jìn)行描述時(shí)，為了表述方便，采用了方位詞如“上”、“下”等，它們并不構(gòu)成對(duì)特征的結(jié)構(gòu)特定地限制。

本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍裝置包括靶座系統(tǒng)、磁過(guò)濾系統(tǒng)、控制電路、以及真空室，其中：

所述磁過(guò)濾系統(tǒng)包括磁過(guò)濾彎管和沿該磁過(guò)濾彎管排列的多組線圈，所述多組線圈形成磁過(guò)濾磁場(chǎng)；

所述靶座系統(tǒng)，提供靶材的鑲嵌位置和弧斑在靶面進(jìn)行跑道型刻蝕并穩(wěn)定燃燒的磁場(chǎng)；并且

所述控制電路包括磁過(guò)濾線圈的電流控制器，該線圈電流控制器通過(guò)改變所述多組線圈的電流來(lái)改變所述磁過(guò)濾磁場(chǎng)與所述靶磁場(chǎng)形成的疊加磁場(chǎng)，以控制靶材的刻蝕區(qū)域和刻蝕軌跡。

圖1示出了本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍裝置的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例基于90°彎曲電弧離子鍍技術(shù)，采用大尺寸矩形靶作為離子源，以Ar為背景氣體，恒流弧焊電源陰陽(yáng)兩極分別連接陰極靶與真空室腔體，維持電弧穩(wěn)定燃燒。直流電源作為線圈電源。

該實(shí)施例將90°彎曲電弧磁過(guò)濾裝置與大尺寸矩形靶相結(jié)合，通過(guò)控制磁過(guò)濾線圈電流來(lái)控制磁過(guò)濾磁場(chǎng)，從而改變靶材刻蝕軌跡和利用面積。

如圖1所示，該真空陰極弧離子鍍裝置包括矩形靶座系統(tǒng)1、矩形靶2、磁過(guò)濾彎管4、磁過(guò)濾線圈5以及真空室7。該真空陰極弧離子鍍裝置還包括控制電路，所述控制電路包括用于控制磁過(guò)濾線圈電流的線圈電流控制器。

矩形靶座系統(tǒng)1設(shè)置兩組穩(wěn)弧線圈3。磁過(guò)濾系統(tǒng)包括90°彎管4和沿該彎管4排列的五組線圈，第一組線圈是離子引導(dǎo)線圈6，其設(shè)置于90°彎管4的與真空室7相連的出口處，第二至第第四組線圈是磁過(guò)濾線圈5，相繼沿所述90°彎管排列。

矩形靶座系統(tǒng)1內(nèi)嵌永磁體，矩形靶2安裝在矩形靶座系統(tǒng)1內(nèi)并與電弧電源的陰極相連。真空室7和電源的陽(yáng)極接地構(gòu)成無(wú)輔助陽(yáng)極式連接。穩(wěn)弧線圈3套在矩形靶座系統(tǒng)1上，矩形靶座系統(tǒng)1安裝在套有磁過(guò)濾線圈5的彎管4的一端，彎管4另一端與開(kāi)口端套有離子引導(dǎo)線圈6的真空室7相連形成密封的通道。磁過(guò)濾器的線圈電流控制器控制磁過(guò)濾線圈5和離子引導(dǎo)線圈6的電流，通過(guò)改變線圈電流來(lái)實(shí)現(xiàn)彎曲磁場(chǎng)的變化，并由此來(lái)影響和控制弧斑運(yùn)動(dòng)的刻蝕軌跡。

本實(shí)施例的真空陰極弧離子鍍裝置采用的靶材不同于現(xiàn)有技術(shù)中常用的圓形截面和小尺寸圓形靶，而是一種矩形靶2，通常稱(chēng)為大尺寸矩形靶，其尺寸較大，長(zhǎng)度至少400mm，寬度至少50mm。在本實(shí)施例中選用的長(zhǎng)度為450mm，寬度為60mm。

本實(shí)施例的大尺寸矩形靶其相比圓形靶具有更高的沉積效率，且適用于大面積工件的沉積，在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

但是，由于大尺寸靶可利用面積較大，如果不能改變靶材的刻蝕軌跡，會(huì)造成靶材的浪費(fèi)。尤其是對(duì)于各種貴金屬靶材，如果不能有效利用，會(huì)提高工業(yè)生產(chǎn)成本，喪失市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍裝置，有兩個(gè)方面需要注意。一方面，要盡量保持弧斑的穩(wěn)定，避免熄弧和對(duì)鍍膜造成不利影響。另一方面，要通過(guò)調(diào)節(jié)磁過(guò)濾系統(tǒng)的磁過(guò)濾線圈的電流，包括調(diào)節(jié)磁過(guò)濾線圈5和離子引導(dǎo)線圈6的電流，來(lái)改變弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡和弧斑刻蝕區(qū)域，同時(shí)，將離子流引向真空室7中的工件。因此，雖然本發(fā)明的構(gòu)思是通過(guò)將靶座系統(tǒng)的靶磁場(chǎng)和磁過(guò)濾系統(tǒng)的磁場(chǎng)疊加來(lái)對(duì)弧斑的產(chǎn)生區(qū)域和運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制，但是，為了保持弧斑的穩(wěn)定以及使控制相對(duì)簡(jiǎn)單，一般盡量使靶座系統(tǒng)的磁場(chǎng)保持穩(wěn)定，以維持弧斑的穩(wěn)定性。在本實(shí)施例中就是采用靶座系統(tǒng)的磁場(chǎng)保持穩(wěn)定的方式，當(dāng)然，如果有特殊設(shè)計(jì)需要，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以嘗試采用調(diào)節(jié)穩(wěn)弧磁場(chǎng)和磁過(guò)濾磁場(chǎng)相結(jié)合的方式來(lái)控制弧斑。另外，在本實(shí)施例中，由于采用90°彎管4，離子引導(dǎo)線圈6產(chǎn)生的磁場(chǎng)是與靶座系統(tǒng)磁場(chǎng)正交的，調(diào)節(jié)離子引導(dǎo)線圈6的電流是為了利于將離子流引向真空室中的工件。

在本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍的裝置中，磁場(chǎng)的建立要以相對(duì)平緩為主，避免瞬間劇烈改變以及避免“磁鏡效應(yīng)”，以防止對(duì)離子流的引出和鍍膜起負(fù)作用。

雖然在本發(fā)明中，磁過(guò)濾器的各組線圈的電流可以相同也可以不同，但是，在圖1所示實(shí)施例，優(yōu)選相同，這樣有利于建立一致的磁過(guò)濾器磁場(chǎng)。

另外，雖然本發(fā)明并不特別限定調(diào)節(jié)各組線圈的順序，該順序以具體設(shè)計(jì)需要為準(zhǔn)，但是，為了磁場(chǎng)的穩(wěn)定，優(yōu)選從離靶座系統(tǒng)較遠(yuǎn)的線圈開(kāi)始順次調(diào)節(jié)。如果從離靶座系統(tǒng)較近的線圈開(kāi)始調(diào)節(jié)，相對(duì)對(duì)合成磁場(chǎng)進(jìn)而對(duì)弧斑的影響較大。此外，如果同時(shí)調(diào)節(jié)磁過(guò)濾系統(tǒng)的各組線圈，那么不僅對(duì)磁場(chǎng)的穩(wěn)定性影響大，對(duì)與靶座系統(tǒng)磁場(chǎng)的疊加的影響也大。在圖1所示實(shí)施例中，在調(diào)節(jié)磁過(guò)濾系統(tǒng)的各組線圈時(shí)，是從離子引導(dǎo)線圈6開(kāi)始順次進(jìn)行的。本發(fā)明之所以要將磁過(guò)濾系統(tǒng)的線圈設(shè)置為多組而不是僅一組，就是為了便于分段控制磁場(chǎng)。

在本實(shí)施例中，線圈電流控制器包括用于控制五組線圈5和6的五個(gè)電源，這五個(gè)電源分別單獨(dú)調(diào)節(jié)，以分別獨(dú)立控制所述五組線圈的電流。

線圈電流控制器可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)改變電流的，也可以利用芯片自動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)改變電流，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本發(fā)明容許磁過(guò)濾系統(tǒng)的各組線圈形成一定的電流梯度，但是，一般采用正梯度，即相對(duì)于靶座系統(tǒng)由遠(yuǎn)到近各組線圈電流基本上增大。一般不采用負(fù)梯度，即相對(duì)于靶座系統(tǒng)由遠(yuǎn)到近各組線圈電流基本上減小，因?yàn)檫@樣易于造成“磁鏡效應(yīng)”。

在圖1所示實(shí)施例中磁過(guò)濾器采用的是90°彎管，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，本發(fā)明也可以采用其它形式的磁過(guò)濾器，只要能夠滿(mǎn)足通過(guò)疊加靶座系統(tǒng)與磁過(guò)濾器的磁場(chǎng)從而控制弧斑即可。例如，磁過(guò)濾器可以為0～180°彎管磁過(guò)濾器，0°即為直管磁過(guò)濾器。

本實(shí)施例中的磁過(guò)濾系統(tǒng)中的線圈數(shù)量為五組，這只是一個(gè)示例性的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在設(shè)計(jì)本發(fā)明的裝置時(shí)可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)磁過(guò)濾器的線圈數(shù)量以及具體布置，例如線圈數(shù)量也可以為3、4、6、7、10等組，而且線圈種類(lèi)也可以不同具體情況具體設(shè)置，以能夠滿(mǎn)足疊加磁場(chǎng)來(lái)控制弧斑、以及按需將離子束引向工件為準(zhǔn)。

本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍控制弧斑刻蝕區(qū)域的方法包括下述步驟：

靶材的刻蝕范圍需要改變時(shí)，為磁過(guò)濾器上的線圈施加不同大小的電流值，使磁過(guò)濾器上的線圈產(chǎn)生的磁過(guò)濾磁場(chǎng)發(fā)生變化，當(dāng)所述磁過(guò)濾磁場(chǎng)與靶面磁場(chǎng)疊加后，弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡也會(huì)相應(yīng)得發(fā)生變化，從而使靶材刻蝕區(qū)域可控；

其中，對(duì)磁過(guò)濾器線圈的施加較小的所述電流值，使靶面刻蝕軌道靠近靶材表面的邊緣，或者對(duì)磁過(guò)濾器線圈施加較大的所述電流值，使靶面刻蝕軌道向靶材的中心位置收縮。

本發(fā)明的真空電弧離子鍍控制電弧刻蝕區(qū)域的方法還可以包括如下步驟：通過(guò)線圈電流控制器來(lái)控制磁過(guò)濾器線圈電流，從而改變多組線圈自身產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這幾組線圈的磁場(chǎng)疊加后形成所述磁過(guò)濾磁場(chǎng)，該磁過(guò)濾磁場(chǎng)與所述靶面磁場(chǎng)疊加來(lái)改變弧斑的運(yùn)動(dòng)軌跡。

下面描述本發(fā)明實(shí)施例的真空陰極弧離子鍍裝置的具體實(shí)驗(yàn)工藝的示例。

本實(shí)用例采用大尺寸矩形靶作為離子源，以Ar為背景氣體，恒流弧焊電源的陰陽(yáng)兩極分別為陰極靶和腔體，維持電弧穩(wěn)定燃燒，直流電源作為線圈電源，可以設(shè)置磁過(guò)濾線圈的電流為4～10A。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，背景氣體不僅限于Ar，也可以為其它惰性氣體。

此外，請(qǐng)注意在此各工藝條件只是示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思和目的來(lái)具體確定工藝條件。

圖2所示為本發(fā)明磁過(guò)濾線圈5電流為4A時(shí)鋁靶的刻蝕軌跡示意圖，其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工藝為：

(1)將背底真空度抽至1.0×10^-2Pa；

(2)Ar流量15sccm(標(biāo)準(zhǔn)毫升/分)，真空室整體氣壓2.0×10^-2Pa；

(3)設(shè)置弧焊電源的電流值為90A；

(4)設(shè)置穩(wěn)弧線圈的電流為1.5A；

(5)設(shè)置磁過(guò)濾線圈5的電流為4A，刻蝕時(shí)間約30min，得到鋁靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡。

圖3所示為本發(fā)明磁過(guò)濾線圈5電流為6A時(shí)鋁靶的刻蝕軌跡示意圖，其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工藝為：

(1)將背底真空度抽至1.0×10^-2Pa；

(2)Ar流量15sccm(標(biāo)準(zhǔn)毫升/分)，真空室整體氣壓2.0×10^-2Pa；

(3)設(shè)置弧焊電源的電流值為90A；

(4)設(shè)置穩(wěn)弧線圈的電流為1.5A；

(5)設(shè)置磁過(guò)濾線圈5的電流為6A，刻蝕時(shí)間約30min，得到鋁靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡。

圖4所示為本發(fā)明磁過(guò)濾線圈5電流為8A時(shí)鋁靶的刻蝕軌跡示意圖，其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工藝為：

(1)將背底真空度抽至1.0×10^-2Pa；

(2)Ar流量15sccm(標(biāo)準(zhǔn)毫升/分)，真空室整體氣壓2.0×10^-2Pa；

(3)設(shè)置弧焊電源的電流值為90A；

(4)設(shè)置穩(wěn)弧線圈的電流為1.5A；

(5)設(shè)置磁過(guò)濾線圈5的電流為8A，刻蝕時(shí)間約30min，得到鋁靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡。

圖5所示為本發(fā)明磁過(guò)濾線圈5電流為10A時(shí)鋁靶的刻蝕軌跡示意圖，其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工藝為：

(1)將背底真空度抽至1.0×10^-2Pa；

(2)Ar流量15sccm(標(biāo)準(zhǔn)毫升/分)，真空室整體氣壓2.0×10^-2Pa；

(3)設(shè)置弧焊電源的電流值為90A；

(4)設(shè)置穩(wěn)弧線圈的電流為1.5A；

(5)設(shè)置磁過(guò)濾線圈5的電流為10A，刻蝕時(shí)間約30min，得到鋁靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡。

圖6為不同磁過(guò)濾線圈電流下4塊矩形靶的弧斑跑道型刻蝕軌跡(白色虛線為實(shí)驗(yàn)所得實(shí)際刻蝕軌跡)。從圖中可以看出，當(dāng)磁過(guò)濾線圈電流設(shè)置為4A時(shí)，矩形靶刻蝕軌跡呈一個(gè)較大范圍的跑道型貼近靶材外輪廓邊緣。隨著磁過(guò)濾線圈的電流不斷增大，一直到10A時(shí)，矩形靶的刻蝕軌跡逐漸縮小，這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了弧斑運(yùn)動(dòng)的變軌刻蝕行為。正是這一行為使得我們可以有效控制弧斑的刻蝕范圍。當(dāng)需要進(jìn)行大面積工件時(shí)，只需要將磁過(guò)濾線圈電流值設(shè)置為較小的電流，例如4A，就可以得到較大的弧斑刻蝕范圍，對(duì)大面積工件進(jìn)行均勻鍍膜；當(dāng)需要進(jìn)行小尺寸工件進(jìn)行鍍膜或者進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)，只需將磁過(guò)濾線圈電流設(shè)置為較大的線圈電流值，如10A，即可得到較小范圍的靶材刻蝕，有效利用靶材，避免靶材浪費(fèi)，節(jié)約成本。

由上面的描述可知，本實(shí)施例的真空陰極弧離子鍍裝置使用磁過(guò)濾磁場(chǎng)耦合永磁體磁場(chǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)了靶材刻蝕軌跡的有效控制，使靶材利用率提升達(dá)數(shù)十倍，甚至更高。

此外，本實(shí)施例不僅能夠使大尺寸矩形靶適用于大尺寸工件的鍍膜，也能夠在不改變?cè)O(shè)備的前提下，實(shí)現(xiàn)離子聚焦，進(jìn)行各種小尺寸工件的高效率鍍膜或者進(jìn)行小批量實(shí)驗(yàn)研究。這樣，也提高了靶材的有效利用率。

本發(fā)明能夠基于大尺寸矩形靶對(duì)靶面刻蝕區(qū)域進(jìn)行選擇性的要求，采用控制彎曲磁過(guò)濾線圈電流，改變彎曲磁場(chǎng)，從而影響弧斑運(yùn)動(dòng)軌跡，改變靶材刻蝕區(qū)域的方法。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)弧斑運(yùn)動(dòng)的可控性，提高了靶材的利用率，尤其使得大尺寸矩形靶鍍膜設(shè)備可以有效得對(duì)小面積鍍膜件進(jìn)行鍍膜，而不會(huì)形成靶材的浪費(fèi)且刻蝕區(qū)域的縮小，也能夠使離子聚焦，沉積效率大大提高。

總之，本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍控制靶材刻蝕區(qū)域的方法和裝置不僅能有效利用靶材，而且能夠根據(jù)工件尺寸調(diào)整離子束，從而提高生產(chǎn)效率和鍍膜質(zhì)量。

以上對(duì)本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍控制靶材刻蝕區(qū)域的方法和裝置的實(shí)施方式進(jìn)行了說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明的真空陰極弧離子鍍裝置的具體特征如形狀、尺寸、位置和電路可以根據(jù)上述披露的特征的作用進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)均是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)的。而且，上述披露的各技術(shù)特征并不限于已披露的與其它特征的組合，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可根據(jù)發(fā)明之目的進(jìn)行各技術(shù)特征之間的其它組合，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的為準(zhǔn)。