[发明专利]电弧沉积系统及其过滤器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(macro content)。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·A(Anders，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》(S_URFACE AND C_OATINGS T_ECHNOLOGY)，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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术解决方案是：

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。

本发明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。