电弧沉积系统及其过滤器技术方案

本发明专利技术公开了一种电弧沉积系统及其过滤器，其主要是在真空电弧沉积系统中，电弧源过滤器设置在电弧阴极与衬底之间。所述过滤器包括围绕所述电弧源的多个导管元件。所述导管元件具有足够的空间维度来阻碍粒子。此外，所述导管元件具有电磁性质，这有助于等离子体通过所述过滤器进行传输。在通过所述过滤器时，高度电离电弧等离子体基本上清除了粒子，从而形成已反应以及未反应的涂层的源等离子体，所述涂层的特征在于，密度较高且几乎没有任何质量缺陷。此设计在过滤程度、涂层区长度以及电弧源选择方面具有一定灵活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电弧沉积系统，确切地说，涉及从此类电弧沉积系统中过滤粒子从而改善涂层质量的电弧沉积系统及其过滤器。
技术介绍
在过去20年中，阴极电弧沉积已成为高度电离等离子体的可靠来源，用于使已反应以及未反应的涂层沉积，所述涂层由诸如锆、钛、铬、铝、铜及其合金等导电靶材料构成。电弧蒸发工艺中产生的高度电离等离子体及相关电子束还用于表面处理技术，例如离子溅射、蚀刻、注入和扩散工艺。该电弧蒸发工艺的不良副作用在于，生成宏观上较大的粒子(“宏观粒子”)，这些粒子倾向于最终停留在待处理的衬底上。这些宏观粒子可能会在膜形成过程中造成缺陷，使膜松散地附着杂质、表面不均匀，以及表面粗糙度增加。宏观粒子的存在降低了涂层在一些要求较高的应用中的价值和普遍适用性，因为这些应用要求诸如防腐性能、均质性、硬度、光泽或阻隔性能等方面的优良性质。已知的过滤器可减少从电弧蒸发等离子体到达衬底的宏观内含物(macrocontent)。此类现有技术过滤器通常依赖于以下机制。一些过滤器会提供物理障碍(physical barrier),其可在宏观粒子沿着视线从阴极上的电弧点朝衬底扩散时,拦截这些宏观粒子。此类障碍的特征在于，可部分阻碍活跃的宏观粒子到达衬底。其他现有技术过滤器使用成形磁场在轨道中引导电弧电子束，使之绕开物理障碍，而且所述成形磁场的强度至少部分使物理障碍磁绝缘，从而防止其成为接收电子的阳极。最后，一些现有技术过滤器使用物理障碍的正电势，从而排斥电弧所产生的等离子体中存在的离子。依赖于这三种过滤原理的组合的过滤器在科学和专利文献中进行了描述。关于概述，参阅安德斯^AMnders, A)的“除去宏观粒子和纳米粒子中的阴极电弧等离子体的方法-评论(Approaches to rid cathodic arc plasmas of macro-and nanoparticles-a review)”,《表面和涂层技术》(Sukfage and Coatings Technology)，1999 年，第 120 卷，第 319 至 330 页。已过滤的电弧源的阴极通常是点源，即圆形阴极，同时描述了一些细长配置，例如线性对齐的多点源和线源。电弧源的线性布置可容纳细长涂层区，并可能极大地增加已过滤的电弧技术的大量形成。但是，就大型衬底、轧辊板材的涂层或离子处理以及线性传送器或圆形传送带上较小衬底的数量而言，更需要圆柱形靶过滤的电弧等离子体源。尽管用于从电弧沉积过程中过滤出宏观粒子的现有技术方法相当有效，但这些方法仍存在一些缺点。例如，使用现有技术过滤器的沉积系统中，阴极靶的净离子输出电流较低。而且，现有技术方法对阴极表面的使用并不理想。最后，通过此类方法形成的涂层仍可能存在不必要的缺陷。因此，需要具有改进的宏观粒子过滤装置的改进阴极电弧沉积系统
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种电弧沉积系统及其过滤器，改善形成的涂层的质量。本专利技术的技术解决方案是 一种用于电弧沉积系统的过滤器，其中，所述电弧沉积系统包括细长阴极、阳极和至少一个衬底，所述过滤器包括偶数个导管组件，其围绕所述细长阴极对称地放置，所述导管组件定义用于引导等离子体的磁场，并且具有用于阻碍宏观粒子的阻挡部件。一种用于电弧沉积系统的过滤器，其中，所述电弧沉积系统包括细长阴极、阳极和至少一个衬底，所述过滤器包括偶数个导管组件，其围绕所述细长阴极对称地放置，所述导管组件定义用于引导等离子体的磁场，以及用于排斥正离子的电偏压，且所述导管组件具有用于阻碍宏观粒子的阻挡部件，所述阻挡部件具有带正电的表面。一种电弧沉积系统，其中，其包括细长阴极、衬底区、阳极、负偏压衬底区及过滤器；衬底区具有围绕电弧阴极设置的多个衬底；阳极位于远离细长电弧阴极的位置;过滤器设置在所述阴极和所述衬底之间，所述过滤器包括偶数个导管组件，其围绕所述细长阴极对称地放置，所述导管组件形成用于引导等离子体的磁场，并且具有用于阻碍宏观粒子的阻挡部件，其中所述导管组件能够选择施以电偏压，以排斥正离子。本专利技术的至少一项实施例提供一种用于电弧沉积系统的过滤器，所述电弧沉积系统包括细长阴极、阳极和至少一个衬底，从而解决了现有技术中的一个或多个问题。所述过滤器包括偶数个导管组件，其围绕所述细长阴极对称地放置。所述导管组件形成用于引导等离子体的磁场，并且具有用于阻碍宏观粒子的阻挡部件。在另一项实施例中，提供一种电弧沉积系统所使用的过滤器组件。所述过滤器组件包括偶数个导管组件，其围绕所述细长阴极对称地放置。导管组件形成可以将正离子从阴极靶引导至衬底的路径。为了完成这种引导，导管组件为电偏压，以排斥正离子。导管组件还包括用于产生磁场的部件，用于将等离子体从阴极靶引导至衬底。具体而言，磁场引导电子运动，从而有效地避免离子(即正离子)在运动时与过滤器碰撞。导管组件还包括用于阻碍宏观粒子到达衬底的挡板。由于中性粒子和带负电的粒子会导致涂层不完整和结块，因此这类粒子是不受欢迎的。中性粒子和带负电粒子与过滤器碰撞，因碰撞而被清除并且无法到达衬底。在又一项实施例中，提供一种用于从沉积于衬底上的阴极靶中清除材料的电弧沉积系统。所述电弧沉积系统包括位于真空室内的细长阴极靶。一个或多个衬底位于衬底区中，衬底区与真空室中的阴极靶相隔预定距离。过滤器组件也可置于真空室内，从而使过滤器组件介于阴极靶和衬底区之间所述过滤器组件的特征在于，包括偶数个导管组件，其围绕所述细长阴极靶对称地放置。导管组件形成可以将正离子从阴极靶引导至衬底的路径。为了完成此引导，导管组件为电偏压，以排斥正离子。导管组件还包括用于产生磁场的部件，用于将等离子体从阴极靶引导至衬底。具体而言，磁场引导电子运动，从而有效地避免离子(即正离子)在运动时与过滤器碰撞。导管组件还包括用于阻碍宏观粒子到达衬底的挡板。由于中性粒子和带负电的粒子会导致涂层不完整和结块，因此这类粒子是不受欢迎的。中性粒子和带负电粒子与过滤器碰撞，因碰撞而被清除并且无法到达衬底。本专利技术主要是在真空电弧沉积系统中，电弧源过滤器设置在电弧阴极与衬底之间。所述过滤器包括围绕所述电弧源的多个导管元件。所述导管元件具有足够的空间维度来阻碍粒子。此外，所述导管元件具有电磁性质，这有助于等离子体通过所述过滤器进行传输。在通过所述过滤器时，高度电离电弧等离子体基本上清除了粒子，从而形成已反应以及未反应的涂层的源等离子体，所述涂层的特征在于，密度较高且几乎没有任何质量缺陷。此设计在过滤程度、涂层区长度以及电弧源选择方面具有一定灵活性。 附图说明通过具体实施方式及附图，可以更完整地理解本专利技术的示例性实施例，其中图IA是增加了过滤器的电弧沉积系统的示意图；图IB是用于电弧沉积的沉积室及沉积室中的部件的截面示意图；图2是围绕阴极靶的导管元件的俯视图；图3是电弧沉积系统中围绕阴极放置的过滤器的透视图；图4是围绕安装在真空法兰上的阴极放置的过滤器的透视图；图5是在使用根据图IA至图4的过滤器、在铬阴极的情况下，以离子传输模式运行的过滤器的电磁轮廓图；图6是通过图4中所示的已过滤的圆柱形阴极电弧等离子体源所得到的磁通量密度的截面图；图7A是未过滤的Cr涂层放大了 200倍的光学显微图片；图7B是已过滤的Cr涂层放大了 200倍的光学显微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·邦度姆，
申请(专利权)人：蒸汽技术公司，
类型：发明
国别省市：