CN106868463B - 真空阴极弧离子镀装置及控制弧斑刻蚀区域的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种真空阴极弧离子镀装置及控制弧斑刻蚀区域的方法，装置包括靶座系统、磁过滤系统、控制电路以及真空室，磁过滤系统包括磁过滤弯管和至少一组线圈；靶座系统包括靶材、控制弧斑沿着跑道型轨迹运动的靶磁场、稳弧线圈产生的稳弧磁场，这两种磁场共同形成该靶材表面的靶面磁场；控制电路包括控制线圈电流大小的线圈电流控制器，线圈电流控制器通过改变电流来改变磁过滤磁场与靶面磁场形成的叠加磁场，以控制靶材的刻蚀区域和刻蚀轨迹。本发明实现了弧斑运动的可控性，提高了靶材的利用率，尤其使大尺寸矩形靶镀膜设备可以有效得对小面积镀膜件进行镀膜，而不会形成靶材的浪费，且刻蚀区域的缩小，也能够使离子聚焦，沉积效率大大提高。

Description

真空阴极弧离子镀装置及控制弧斑刻蚀区域的方法

技术领域

本发明涉及一种真空阴极弧离子镀装置以及一种真空阴极弧离子镀控制弧斑刻蚀区域的方法。

背景技术

真空阴极弧离子镀技术是结合了蒸发与溅射技术而发展起来的一种PVD技术。它对产品，特别是刀具等工具表面起着装饰和提高寿命的作用。真空阴极弧离子镀由美国Multi-arc公司和Vac-Tec公司联合开发，并于1981年达到工业实用化阶段，它的发明使薄膜技术进入了一个崭新的阶段。在随后的几十年的时间里，该技术有了突飞猛进的发展，至今欧美国家仍在大力发展真空阴极弧离子镀膜技术。

阴极真空弧放电在产生金属等离子体的同时，往往伴随有宏观大颗粒的产生，对于阴极来说，宏观颗粒通常以固体碎屑或中性原子团的形式存在。这些宏观颗粒的尺寸在0.02～100μm之间，近期的一些研究表明阴极弧放电过程中也同时产生少量的纳米颗粒(<l00nm)。在简单的冶金学涂层或者工具涂层中，可以允许宏观颗粒的存在，但是宏观颗粒的存在严重阻碍了真空阴极弧放电等离子体技术在精密的光学及电子学仪器制备领域的应用。基于此原因，近年来研究者们进行了大量的研究工作，利用不同的宏观颗粒过滤器来减少或消除宏观颗粒的影响。迄今为止，磁过滤弯管是广泛采用的简单而有效的滤除宏观颗粒的方法，并有较大的等离子体输出量。

磁过滤器分为直线形磁过滤器和曲线形磁过滤器。

图7为直线形磁过滤器结构示意图。该结构中，宏观颗粒的数目随着磁场的增大而减小。该结构的工作机理概括如下：(a)在阴极前加入的磁场起到了导向离子流的作用，相对减小了宏观颗粒的比例；(b)在磁场的约束下等离子体内部的碰撞作用加强，中性粒子进一步转变为离子，使得宏观颗粒减少；(c)由于宏观颗粒相对于阴极表面的发射角较小，电弧管道起到机械挡板的作用；(d)在磁场的作用下，阴极斑点在阴极表面的运动速度加快，减小了阴极斑点尺寸，从而减少了宏观颗粒的数目。

直线形磁过滤器的优点是与传统真空阴极弧离子镀方法相比膜的沉积速率基本保持不变，克服了其他方法带来的效率大大降低的问题。但是对宏观颗粒的过滤效果不是很理想，该种方法可以使宏观颗粒数目减少到原来的10％左右。Treglio发明了一种与环形阴极等离子体源结合的直线形磁过滤器，如图8所示，两者结合之后，阴极和基体之间的直接视线连接消失了。

曲线形磁过滤器的工作原理如下所述。磁过滤器产生的轴向磁场使带电粒子在磁场中作拉莫尔运动，一方面绕磁力线作圆周运动，另一方面又以磁力线为轴作漂移运动，电子由于质量很小，因此旋转半径很小，旋转频率很高，所以几乎紧贴磁力线运动；而离子由于质量大，因此旋转半径很大，频率很低。由于等离子体是电中性或准中性的，在空间电荷力的作用下，离子的拉莫尔运动就无法完全展示出来，而是被电子牵扯着也沿着磁力线运动，所以，在弯转的轴向磁场中运动的等离子体，沿着轴向弯转的磁力线走了一条弯曲的路线，液滴走的却是直线路径，从而在磁过滤器之中被分离出来，并最终打在磁导管管壁上，磁过滤器起了过滤与传输的双重作用。

图9-13为现有技术的五种曲线形磁过滤器的示意图。其中，图9示出45°弯管磁过滤器的结构示意图。图10示出U形磁过滤器的结构示意图。图11示出90°弯管磁过滤器的结构示意图。图12示出S形磁过滤器的结构示意图。图13示出轴对称磁过滤器的结构示意图。

20世纪70年代，弯曲电弧离子镀技术最早由Aksenov等人发明，其采用了经典的90°弯管作为磁过滤器，小圆靶作为离子源；后续又出现了45°/120°/180°/360°磁过滤器、双弯曲磁过滤器、对称型磁过滤器等，这些磁过滤器的设计都是基于经典的90°弯曲磁过滤器设计，实现了不同程度的磁过滤效果。

90°磁过滤弯曲电弧离子镀技术可以用于工件镀单质或者多元素膜层。相比传统的多弧离子镀技术，磁过滤系统的设计可以过滤掉靶材表面发射出的中性粒子，中性原子团和大颗粒，使得制备的涂层更加光滑、致密，由于弯曲电弧离子镀方法离子离化率高，离子能量大，因此，这种方法制备膜层的沉积效率高，制备的特殊功能膜层具有其它方法无法比拟的硬度值。其用途涵盖民用、医疗、军用、航空等领域。

弧斑运动的轨迹受限于靶面附近的磁场配置。固定的磁场配置产生的弧斑刻蚀轨迹也是固定的，且刻蚀靶材面积非常小，这样的刻蚀结果不利于靶材的有效利用。当在不改变镀膜设备的前提下，大尺寸矩形靶进行小面积工件涂层沉积时，其浪费靶材，溅射离子利用率低的弊端更是无法避免。

发明内容

本发明目的之一提供一种真空阴极弧离子镀控制弧斑刻蚀区域的方法，其能够简便地改变靶材的刻蚀区域和刻蚀轨迹。

本发明另一目的提供一种真空阴极弧离子镀装置，其能够简便地改变靶材的刻蚀区域和刻蚀轨迹。

由此，本发明提供一种真空阴极弧离子镀控制弧斑刻蚀区域的方法，其包括下述步骤：靶材的刻蚀范围需要改变时，为磁过滤器上的线圈施加不同大小的电流值，使磁过滤器上的线圈产生的磁过滤磁场发生变化，当所述磁过滤磁场与靶面磁场叠加后，弧斑的运动轨迹也会相应得发生变化，从而使靶材刻蚀区域可控，其中，对磁过滤器线圈的施加较小的所述电流值，使靶面刻蚀轨道靠近靶材表面的边缘，或者对磁过滤器线圈施加较大的所述电流值，使靶面刻蚀轨道向靶材的中心位置收缩。

作为优选方式，上述方法还包括如下步骤：通过线圈电流控制器来控制磁过滤器线圈电流，从而改变多组线圈自身产生的磁场，这几组线圈的磁场叠加后形成所述磁过滤磁场，该磁过滤磁场与所述靶面磁场叠加来改变弧斑的运动轨迹。

本发明还提供一种真空阴极弧离子镀装置，其包括靶座系统、磁过滤系统、控制电路、以及真空室，其中，所述磁过滤系统包括磁过滤弯管和沿该磁过滤弯管排列的至少一组线圈，所述至少一组线圈通过控制电路提供的电流产生并形成磁过滤磁场；所述靶座系统包括靶材、控制弧斑沿着跑道型轨迹运动的靶磁场、稳弧线圈产生的稳弧磁场，这两种磁场共同形成该靶材表面的靶面磁场；并且，所述控制电路包括控制所述至少一组线圈电流大小的线圈电流控制器，该线圈电流控制器通过改变所述至少一组线圈的电流来改变所述磁过滤磁场与所述靶面磁场形成的叠加磁场，以控制靶材的刻蚀区域和刻蚀轨迹。

作为优选方式，所述磁过滤弯管包括外型弯曲度为0°～180°的磁过滤器，其中弯曲度为0°的磁过滤器为直管；并且，所述至少一组线圈为多组线圈，所述多组线圈包括一组离子引导线圈，该一组离子引导线圈设置于磁过滤弯管与所述真空室相连的出口处，用于引导离子进入真空室，所述多组线圈中的其它组线圈用于产生弯曲所述磁过滤磁场，并相继排列于所述磁过滤弯管上。

作为优选方式，所述靶座系统中的靶面磁场来源于永磁体或线圈所产生的磁场，所述稳弧磁场来源于与靶面平行位置的稳弧线圈，所述靶面磁场与所述稳弧线圈提供弧斑在靶面沿着一定的跑道型轨迹稳定燃烧的条件。

作为优选方式，所述靶座系统中的靶材为矩形靶或圆形靶，靶材尺寸可以采用工业级的大尺寸靶或实验室内使用的小尺寸靶。

作为优选方式，所述至少一组线圈为多组线圈，所述线圈电流控制器包括用于控制所述多组磁过滤线圈电流的多个电源，所述多个电源分别单独调节，以分别独立控制所述多组线圈的电流。

作为优选方式，所述线圈电流控制器可以根据实际需要通过手动调节或自动调节来改变电流的。

作为优选方式，所述至少一组线圈为一组线圈，所述一组线圈是使用一组沿着弯管首尾方向围绕磁过滤弯管进行缠绕、并完全包络磁过滤弯管首端和末端的单组线圈。

作为优选方式，所述磁过滤弯管为90°磁过滤弯管，所述至少一组线圈是5组线圈；该5组线圈中第一组线圈是离子引导线圈，设置于90°磁过滤弯管的与所述真空室相连的出口处；并且，该5组线圈中第二至第第四组线圈是磁过滤线圈，相继沿所述90°磁过滤弯管排列。

本发明基于大尺寸靶能够对靶面刻蚀区域进行选择性的要求，采用控制弯曲磁过滤线圈电流，改变弯曲磁场的强度，并达到与靶面磁场叠加的目的，从而影响弧斑运动轨迹，改变靶材刻蚀区域的方法。实现了弧斑运动的可控性，提高了靶材的利用率，尤其使大尺寸靶镀膜设备可以有效得对小面积镀膜件进行镀膜，而不会形成靶材的浪费且刻蚀区域的缩小，也能够使离子聚焦，沉积效率大大提高。

附图说明

下面将简要说明本申请所使用的附图，显而易见地，这些附图仅用于解释本发明的构思。

图1为本发明实施例的真空阴极弧离子镀装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的磁过滤线圈电流为4A时铝靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹示意图。

图3为本发明实施例的磁过滤线圈电流为6A时铝靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹示意图。

图4为本发明实施例的磁过滤线圈电流为8A时铝靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹示意图。

图5为本发明实施例的磁过滤线圈电流为10A时铝靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹示意图。

图6为本发明实施例的弧斑运动方向示意图。

图7为现有技术的直线形磁过滤器(0°磁过滤弯管)的结构示意图。

图8为现有技术的环形阴极等离子体源直线形磁过滤器的结构示意图。

图9为现有技术的45°弯管磁过滤器的结构示意图。

图10为现有技术的U形磁过滤器的结构示意图。

图11为现有技术的90°弯管磁过滤器的结构示意图。

图12为现有技术的S形磁过滤器的结构示意图。

图13为现有技术的轴对称磁过滤器的结构示意图。

附图标记汇总：

1、靶座系统 2、靶材 3、稳弧线圈 4、磁过滤弯管

5、磁过滤线圈 6、离子引导线圈 7、真空室

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的真空阴极弧离子镀装置以及真空阴极弧离子镀控制弧斑刻蚀区域的方法的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间不一定按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。此外，在参照附图进行描述时，为了表述方便，采用了方位词如“上”、“下”等，它们并不构成对特征的结构特定地限制。

本发明的真空阴极弧离子镀装置包括靶座系统、磁过滤系统、控制电路、以及真空室，其中：

所述磁过滤系统包括磁过滤弯管和沿该磁过滤弯管排列的多组线圈，所述多组线圈形成磁过滤磁场；

所述靶座系统，提供靶材的镶嵌位置和弧斑在靶面进行跑道型刻蚀并稳定燃烧的磁场；并且

所述控制电路包括磁过滤线圈的电流控制器，该线圈电流控制器通过改变所述多组线圈的电流来改变所述磁过滤磁场与所述靶磁场形成的叠加磁场，以控制靶材的刻蚀区域和刻蚀轨迹。

图1示出了本发明的真空阴极弧离子镀装置的实施例的结构示意图。该实施例基于90°弯曲电弧离子镀技术，采用大尺寸矩形靶作为离子源，以Ar为背景气体，恒流弧焊电源阴阳两极分别连接阴极靶与真空室腔体，维持电弧稳定燃烧。直流电源作为线圈电源。

该实施例将90°弯曲电弧磁过滤装置与大尺寸矩形靶相结合，通过控制磁过滤线圈电流来控制磁过滤磁场，从而改变靶材刻蚀轨迹和利用面积。

如图1所示，该真空阴极弧离子镀装置包括矩形靶座系统1、矩形靶2、磁过滤弯管4、磁过滤线圈5以及真空室7。该真空阴极弧离子镀装置还包括控制电路，所述控制电路包括用于控制磁过滤线圈电流的线圈电流控制器。

矩形靶座系统1设置两组稳弧线圈3。磁过滤系统包括90°弯管4和沿该弯管4排列的五组线圈，第一组线圈是离子引导线圈6，其设置于90°弯管4的与真空室7相连的出口处，第二至第第四组线圈是磁过滤线圈5，相继沿所述90°弯管排列。

矩形靶座系统1内嵌永磁体，矩形靶2安装在矩形靶座系统1内并与电弧电源的阴极相连。真空室7和电源的阳极接地构成无辅助阳极式连接。稳弧线圈3套在矩形靶座系统1上，矩形靶座系统1安装在套有磁过滤线圈5的弯管4的一端，弯管4另一端与开口端套有离子引导线圈6的真空室7相连形成密封的通道。磁过滤器的线圈电流控制器控制磁过滤线圈5和离子引导线圈6的电流，通过改变线圈电流来实现弯曲磁场的变化，并由此来影响和控制弧斑运动的刻蚀轨迹。

本实施例的真空阴极弧离子镀装置采用的靶材不同于现有技术中常用的圆形截面和小尺寸圆形靶，而是一种矩形靶2，通常称为大尺寸矩形靶，其尺寸较大，长度至少400mm，宽度至少50mm。在本实施例中选用的长度为450mm，宽度为60mm。

本实施例的大尺寸矩形靶其相比圆形靶具有更高的沉积效率，且适用于大面积工件的沉积，在工业生产中具有广阔的应用前景。

但是，由于大尺寸靶可利用面积较大，如果不能改变靶材的刻蚀轨迹，会造成靶材的浪费。尤其是对于各种贵金属靶材，如果不能有效利用，会提高工业生产成本，丧失市场优势。

对于本发明的真空阴极弧离子镀装置，有两个方面需要注意。一方面，要尽量保持弧斑的稳定，避免熄弧和对镀膜造成不利影响。另一方面，要通过调节磁过滤系统的磁过滤线圈的电流，包括调节磁过滤线圈5和离子引导线圈6的电流，来改变弧斑运动轨迹和弧斑刻蚀区域，同时，将离子流引向真空室7中的工件。因此，虽然本发明的构思是通过将靶座系统的靶磁场和磁过滤系统的磁场叠加来对弧斑的产生区域和运动轨迹进行控制，但是，为了保持弧斑的稳定以及使控制相对简单，一般尽量使靶座系统的磁场保持稳定，以维持弧斑的稳定性。在本实施例中就是采用靶座系统的磁场保持稳定的方式，当然，如果有特殊设计需要，本领域技术人员也可以尝试采用调节稳弧磁场和磁过滤磁场相结合的方式来控制弧斑。另外，在本实施例中，由于采用90°弯管4，离子引导线圈6产生的磁场是与靶座系统磁场正交的，调节离子引导线圈6的电流是为了利于将离子流引向真空室中的工件。

在本发明的真空阴极弧离子镀的装置中，磁场的建立要以相对平缓为主，避免瞬间剧烈改变以及避免“磁镜效应”，以防止对离子流的引出和镀膜起负作用。

虽然在本发明中，磁过滤器的各组线圈的电流可以相同也可以不同，但是，在图1所示实施例，优选相同，这样有利于建立一致的磁过滤器磁场。

另外，虽然本发明并不特别限定调节各组线圈的顺序，该顺序以具体设计需要为准，但是，为了磁场的稳定，优选从离靶座系统较远的线圈开始顺次调节。如果从离靶座系统较近的线圈开始调节，相对对合成磁场进而对弧斑的影响较大。此外，如果同时调节磁过滤系统的各组线圈，那么不仅对磁场的稳定性影响大，对与靶座系统磁场的叠加的影响也大。在图1所示实施例中，在调节磁过滤系统的各组线圈时，是从离子引导线圈6开始顺次进行的。本发明之所以要将磁过滤系统的线圈设置为多组而不是仅一组，就是为了便于分段控制磁场。

在本实施例中，线圈电流控制器包括用于控制五组线圈5和6的五个电源，这五个电源分别单独调节，以分别独立控制所述五组线圈的电流。

线圈电流控制器可以通过手动调节来改变电流的，也可以利用芯片自动调节来改变电流，本领域技术人员根据需要进行设计。

本发明容许磁过滤系统的各组线圈形成一定的电流梯度，但是，一般采用正梯度，即相对于靶座系统由远到近各组线圈电流基本上增大。一般不采用负梯度，即相对于靶座系统由远到近各组线圈电流基本上减小，因为这样易于造成“磁镜效应”。

在图1所示实施例中磁过滤器采用的是90°弯管，但本领域技术人员能够理解，本发明也可以采用其它形式的磁过滤器，只要能够满足通过叠加靶座系统与磁过滤器的磁场从而控制弧斑即可。例如，磁过滤器可以为0～180°弯管磁过滤器，0°即为直管磁过滤器。

本实施例中的磁过滤系统中的线圈数量为五组，这只是一个示例性的实施例，本领域技术人员在设计本发明的装置时可以根据需要设计磁过滤器的线圈数量以及具体布置，例如线圈数量也可以为3、4、6、7、10等组，而且线圈种类也可以不同具体情况具体设置，以能够满足叠加磁场来控制弧斑、以及按需将离子束引向工件为准。

本发明的真空阴极弧离子镀控制弧斑刻蚀区域的方法包括下述步骤：

靶材的刻蚀范围需要改变时，为磁过滤器上的线圈施加不同大小的电流值，使磁过滤器上的线圈产生的磁过滤磁场发生变化，当所述磁过滤磁场与靶面磁场叠加后，弧斑的运动轨迹也会相应得发生变化，从而使靶材刻蚀区域可控；

其中，对磁过滤器线圈的施加较小的所述电流值，使靶面刻蚀轨道靠近靶材表面的边缘，或者对磁过滤器线圈施加较大的所述电流值，使靶面刻蚀轨道向靶材的中心位置收缩。

本发明的真空电弧离子镀控制电弧刻蚀区域的方法还可以包括如下步骤：通过线圈电流控制器来控制磁过滤器线圈电流，从而改变多组线圈自身产生的磁场，这几组线圈的磁场叠加后形成所述磁过滤磁场，该磁过滤磁场与所述靶面磁场叠加来改变弧斑的运动轨迹。

下面描述本发明实施例的真空阴极弧离子镀装置的具体实验工艺的示例。

本实用例采用大尺寸矩形靶作为离子源，以Ar为背景气体，恒流弧焊电源的阴阳两极分别为阴极靶和腔体，维持电弧稳定燃烧，直流电源作为线圈电源，可以设置磁过滤线圈的电流为4～10A。

本领域技术人员可以理解，背景气体不仅限于Ar，也可以为其它惰性气体。

此外，请注意在此各工艺条件只是示例，本领域技术人员根据本发明的构思和目的来具体确定工艺条件。

图2所示为本发明磁过滤线圈5电流为4A时铝靶的刻蚀轨迹示意图，其相应的实验工艺为：

(1)将背底真空度抽至1.0×10^-2Pa；

(2)Ar流量15sccm(标准毫升/分)，真空室整体气压2.0×10^-2Pa；

(3)设置弧焊电源的电流值为90A；

(4)设置稳弧线圈的电流为1.5A；

(5)设置磁过滤线圈5的电流为4A，刻蚀时间约30min，得到铝靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹。

图3所示为本发明磁过滤线圈5电流为6A时铝靶的刻蚀轨迹示意图，其相应的实验工艺为：

(1)将背底真空度抽至1.0×10^-2Pa；

(2)Ar流量15sccm(标准毫升/分)，真空室整体气压2.0×10^-2Pa；

(3)设置弧焊电源的电流值为90A；

(4)设置稳弧线圈的电流为1.5A；

(5)设置磁过滤线圈5的电流为6A，刻蚀时间约30min，得到铝靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹。

图4所示为本发明磁过滤线圈5电流为8A时铝靶的刻蚀轨迹示意图，其相应的实验工艺为：

(1)将背底真空度抽至1.0×10^-2Pa；

(2)Ar流量15sccm(标准毫升/分)，真空室整体气压2.0×10^-2Pa；

(3)设置弧焊电源的电流值为90A；

(4)设置稳弧线圈的电流为1.5A；

(5)设置磁过滤线圈5的电流为8A，刻蚀时间约30min，得到铝靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹。

图5所示为本发明磁过滤线圈5电流为10A时铝靶的刻蚀轨迹示意图，其相应的实验工艺为：

(1)将背底真空度抽至1.0×10^-2Pa；

(2)Ar流量15sccm(标准毫升/分)，真空室整体气压2.0×10^-2Pa；

(3)设置弧焊电源的电流值为90A；

(4)设置稳弧线圈的电流为1.5A；

(5)设置磁过滤线圈5的电流为10A，刻蚀时间约30min，得到铝靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹。

图6为不同磁过滤线圈电流下4块矩形靶的弧斑跑道型刻蚀轨迹(白色虚线为实验所得实际刻蚀轨迹)。从图中可以看出，当磁过滤线圈电流设置为4A时，矩形靶刻蚀轨迹呈一个较大范围的跑道型贴近靶材外轮廓边缘。随着磁过滤线圈的电流不断增大，一直到10A时，矩形靶的刻蚀轨迹逐渐缩小，这一过程实现了弧斑运动的变轨刻蚀行为。正是这一行为使得我们可以有效控制弧斑的刻蚀范围。当需要进行大面积工件时，只需要将磁过滤线圈电流值设置为较小的电流，例如4A，就可以得到较大的弧斑刻蚀范围，对大面积工件进行均匀镀膜；当需要进行小尺寸工件进行镀膜或者进行试验研究时，只需将磁过滤线圈电流设置为较大的线圈电流值，如10A，即可得到较小范围的靶材刻蚀，有效利用靶材，避免靶材浪费，节约成本。

由上面的描述可知，本实施例的真空阴极弧离子镀装置使用磁过滤磁场耦合永磁体磁场的方式，实现了靶材刻蚀轨迹的有效控制，使靶材利用率提升达数十倍，甚至更高。

此外，本实施例不仅能够使大尺寸矩形靶适用于大尺寸工件的镀膜，也能够在不改变设备的前提下，实现离子聚焦，进行各种小尺寸工件的高效率镀膜或者进行小批量实验研究。这样，也提高了靶材的有效利用率。

本发明能够基于大尺寸矩形靶对靶面刻蚀区域进行选择性的要求，采用控制弯曲磁过滤线圈电流，改变弯曲磁场，从而影响弧斑运动轨迹，改变靶材刻蚀区域的方法。本发明能够实现弧斑运动的可控性，提高了靶材的利用率，尤其使得大尺寸矩形靶镀膜设备可以有效得对小面积镀膜件进行镀膜，而不会形成靶材的浪费且刻蚀区域的缩小，也能够使离子聚焦，沉积效率大大提高。

总之，本发明的真空阴极弧离子镀控制靶材刻蚀区域的方法和装置不仅能有效利用靶材，而且能够根据工件尺寸调整离子束，从而提高生产效率和镀膜质量。

以上对本发明的真空阴极弧离子镀控制靶材刻蚀区域的方法和装置的实施方式进行了说明。对于本发明的真空阴极弧离子镀装置的具体特征如形状、尺寸、位置和电路可以根据上述披露的特征的作用进行具体设计，这些设计均是本领域技术人员能够实现的。而且，上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (10)

1.一种真空阴极弧离子镀控制弧斑刻蚀区域的方法，包括下述步骤：

靶材的刻蚀范围需要改变时，为磁过滤器上的线圈施加不同大小的电流值，使磁过滤器上的线圈产生的磁过滤磁场发生变化，当所述磁过滤磁场与靶面磁场叠加后，弧斑的运动轨迹也会相应得发生变化，从而使靶材刻蚀区域可控，

其中，对磁过滤器线圈的施加较小的所述电流值，使靶面刻蚀轨道靠近靶材表面的边缘，或者对磁过滤器线圈施加较大的所述电流值，使靶面刻蚀轨道向靶材的中心位置收缩。

2.根据权利要求1所述的真空阴极弧离子镀控制弧斑刻蚀区域的方法，还包括如下步骤：通过线圈电流控制器来控制磁过滤器线圈电流，从而改变多组线圈自身产生的磁场，这几组线圈的磁场叠加后形成所述磁过滤磁场，该磁过滤磁场与所述靶面磁场叠加来改变弧斑的运动轨迹。

3.一种真空阴极弧离子镀装置，包括靶座系统、磁过滤系统、控制电路、以及真空室，

其中，所述磁过滤系统包括磁过滤弯管和沿该磁过滤弯管排列的至少一组线圈，所述至少一组线圈通过控制电路提供的电流产生并形成磁过滤磁场；

所述靶座系统包括靶材、控制弧斑沿着跑道型轨迹运动的靶磁场、稳弧线圈产生的稳弧磁场，这两种磁场共同形成该靶材表面的靶面磁场；并且

所述控制电路包括控制所述至少一组线圈电流大小的线圈电流控制器，该线圈电流控制器通过改变所述至少一组线圈的电流来改变所述磁过滤磁场与所述靶面磁场形成的叠加磁场，以控制靶材的刻蚀区域和刻蚀轨迹。

4.根据权利要求3所述的真空阴极弧离子镀装置，其中，所述磁过滤弯管包括外型弯曲度为0°～180°的磁过滤器，其中弯曲度为0°的磁过滤器为直管；并且

所述至少一组线圈为多组线圈，所述多组线圈包括一组离子引导线圈，该一组离子引导线圈设置于磁过滤弯管与所述真空室相连的出口处，用于引导离子进入真空室，所述多组线圈中的其它组线圈用于产生弯曲所述磁过滤磁场，并相继排列于所述磁过滤弯管上。

5.根据权利要求3所述的真空阴极弧离子镀装置，其中，所述靶座系统中的靶面磁场来源于永磁体或线圈所产生的磁场，所述稳弧磁场来源于与靶面平行位置的稳弧线圈，所述靶面磁场与所述稳弧线圈提供弧斑在靶面沿着一定的跑道型轨迹稳定燃烧的条件。

6.根据权利要求3所述的真空阴极弧离子镀装置，其中，所述靶座系统中的靶材为矩形靶或圆形靶，靶材尺寸可以采用工业级的大尺寸靶或实验室内使用的小尺寸靶。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的真空阴极弧离子镀装置，其中，所述至少一组线圈为多组线圈，所述线圈电流控制器包括用于控制所述多组磁过滤线圈电流的多个电源，所述多个电源分别单独调节，以分别独立控制所述多组线圈的电流。

8.根据权利要求3-6中任一项所述的真空阴极弧离子镀装置，其中，所述线圈电流控制器可以根据实际需要通过手动调节或自动调节来改变电流的。

9.根据权利要求3-6中任一项所述的真空阴极弧离子镀装置，所述至少一组线圈为一组线圈，所述一组线圈是使用一组沿着弯管首尾方向围绕磁过滤弯管进行缠绕、并完全包络磁过滤弯管首端和末端的单组线圈。

10.根据权利要求3-6中任一项所述的真空阴极弧离子镀装置，其中，所述磁过滤弯管为90°磁过滤弯管，所述至少一组线圈是5组线圈；

该5组线圈中第一组线圈是离子引导线圈，设置于90°磁过滤弯管的与所述真空室相连的出口处；并且

该5组线圈中第二至第第四组线圈是磁过滤线圈，相继沿所述90°磁过滤弯管排列。