575672 玖、發明說明 (發明之背景） 【發明所屬之領域領域】 本發明係關於一種真空電弧氣相沉積方法及裝置，用於 在一基板之表面形成一薄膜，以便改進諸如汽車零件，機 械零件，及金屬模具等之抗磨損特性，本發明尤指藉濾磁 器產生及控制磁場。 【先前技術】 通常，真空電弧氣相沉積爲一種簡單之薄膜形成方法， 其中在一陰極與一陽極之間導致電弧放電，並且陰極物質 蒸發沉積在一基板上，以在其上形成薄膜。一種在薄膜生 產效率優異之方法。 然而，在真空電弧氣相沉積方法，自一種陰極材料（在有 些放電狀況也自陰極）發射出直徑若干微米之大粒子（小 滴）°然後’如人們所知，小滴沉積至基板，從而惡化形成 薄膜之特徵。 爲防止小滴惡化形成薄膜之特徵，人們建議某些氣相沉 積技術。第一種氣相沉積技術藉一利用磁鐵，例如電磁線 圈在陰極與基板間所產生之磁場除去小滴，從而僅只電漿 流沿磁場輸送至基板。另一技術利用此種磁場使電漿聚 焦，以增加電槳之濃度，並藉高濃度電漿使小滴熔化。例 如由本專利申請案申請人所提出之Jp_A_2〇〇1_59165 (C 2 3 C 1 4 / 3 2 )號’揭示一種用於除去小滴，並僅輸送電漿流 至基板之真空電弧氣相沉積方法及裝置。 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 7 575672 如所揭示之真空電弧氣相沉積裝置（電弧型離子電鍍裝 置）’構造如圖9之平面圖中所示。藉一真空排放裝置（未 示）’通過一排氣口 3，將一形成一薄膜形成室1之金屬真 空容器2抽空。將一種非活性氣體諸如氬氣或一種反應氣 體’通過一在左側之氣體導入口 4導入金屬真空容器2中。 J p - A - 2 0 0 1 - 5 9 1 6 5號中，例示一種結構，其中將複數之 基板附著至薄膜形成室1中之一圓柱形托座。在圖9中， 爲求解釋簡單，將一似板形托座5置於薄膜形成室1中之 一中央部份。托座5予以可旋轉式提供，而其表面向前朝 向一金屬導管9。一基板6可拆開式固持在托座5之表面 上。 基板6通過托座5連接至一偏壓電源7之陰極，並且一 般相對於真空容器2予以DC(直流）脈衝偏壓至-0.5kV(千 伏）至 5.OkV。 在圖9中，元件符號8標示一絕緣構件，其提供在真空 容器2之一後表面，並供使偏壓電源7之陰極絕緣。 在剖面爲矩形之金屬導管9，自金屬真空容器2向前伸 延，同時向左彎曲（在圖9中）。一蒸發源1 1提供在一端板 9 ’之一中央部份。端板9 ’之一端予以接地。蒸發源U位 於導管9之前端，成一絕緣構件1 〇插置於其間之狀態。〜 約爲幾十伏之電弧電源1 2之陰極連接至蒸發源11。電弧 電源1 2之陽極予以接地。因此，導管9作用如一陰極，及 蒸發源1 1作用如一陽極。 單獨提供一陽極電極代替導管9。 8 312/發明說明書(補件)/9厶〇2/91134753 575672 蒸發源1 1包括一水冷式機構，真空密封機構’觸發器機 構及類似機構。 在導管9之兩端間之複數之位置，提供磁場產生線圈1 4 a 至14d，同時包圍導管9。 自導管 9之一端編號# 1至# 4之磁場產生線圈1 4 a至 1 4 d，予以配置平行於導管9之剖面。 端子磁鐵之電磁線圈1 4d平行於導管9之剖面及電漿注 射孔1 3之電漿注射面以及基板配置。 磁場產生線圈1 4 a至1 4 d串聯連接在一線圈電源1 5之輸 出端子之間，作爲一電流源。磁場產生線圏1 4 a至1 4 d之 線圈電流在控制單元1 6之線圈電流控制下予以控制。受控 制之電流饋給至磁場產生線圈1 4 a至1 4 d時，便產生一偏 轉磁場1 7 a，其沿導管9彎曲如一實線回路所指示。偏轉 磁場1 7 a形成一濾磁器1 8 a。 磁場產生線圈1 4 a至1 4 d係設置在導管9之兩端之間複 數之位置，同時包圍導管9。此諸磁場產生線圈1 4 a至1 4 d ’ 自導管9之一端予以編號# 1至# 4。 #4電磁線圈1 4d爲最靠近電漿注射孔丨3之端子磁鐡， 以及其餘# 1至# 3電磁線圈1 4 a至1 4 c之匝數及大小相等。 電磁線圈1 4 d實際平行於導管9之剖面平面，其如一二 點鏈線所指示，垂直於導管9之延伸方向，並且平行於電 漿注射孔1 3之電漿注射面。其餘電磁線圈1 4也實際平行 於導管9之剖面平面。 導管9之另一端安裝在真空容器2之前板2，，之中央部 9 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 份。導管9之另一端之電漿注射孔1 3與薄膜形成室1連 通。電漿注射孔 1 3之電漿注射面水平（於水平方向）延 伸，其與托座5及基板6之組合之中心對準。 在該真空電弧氣相沉積裝置，在作爲陽極之導管9與作 爲陰極之蒸發源之間發生真空電弧放電。在此時間，導電 陰極材料1 9，蒸發源1 1之此諸簡單之金屬如Ti、Cr、Mo、 Ta、W、A1及Cn，以及合金例如TiAl自蒸發源蒸發。 由附箭頭之斷線所指不，含電弧放電所產生之電子及陰 極材料1 9之離子，自導管9之一端，沿偏轉磁場1 7 a輸送 至位於其另一端之電漿注射孔1 3。 自蒸發源1 1所射出之每一小滴，爲電中性或在電漿帶負 電荷。在任何情形，小滴之質量均爲相當大。因之，其獨 立於偏轉磁場1 7 a筆直向前移動，以射在導管9之內壁， 因而自電發流2 0 a除去小滴。因此，小滴無法達到基板6 及托座5之表面。 已到達電漿注射孔1 3之陰極材料1 9之離子，在偏壓電 源7所導致之基板6之負偏壓電位下，被導入至薄膜形成 室1中。離子被噴濺至基板6之表面，從而在基板6之表 面形成一以陰極材料1 9作成之氣相沉積薄膜。 將一種反應氣體通過氣體導入口 4導入至薄膜形成室 1。然後，氣體與陰極電極材料1 9之離子起反應，以在基 板6之表面氣相沉積一薄膜之金屬化合物，諸如碳化鈦， 氮化鈦，氧化鋁及二氧化鈦。 在未導入反應氣體時’藉氣相沉積在基板之表面形成碳 10 312/發明說明書(補件)/92-〇2/9113W53 575672 薄膜或類似薄膜。 在藉圖9之習知裝置之真空電弧氣相沉積，將端+磁鐡 之電磁線圈4d配置平行於電漿注射孔3之電漿注射面及基 板6 ° 在圖9之習知真空電弧氣相沉積裝置之真空電弧氣相沉 積，將磁場產生線圈1 4a至丨4d配置平行於導管9之剖面， 旅使所產生之濾磁器1 8 a之磁場特徵固定至如其安裝條件 戶斤界定之各種特徵。 在藉圖9之習知裝置之真空電弧氣相沉積，將端子磁鐵 之電磁線圏4 d配置平行於導管9之剖面，以及電發注射孔 3之電漿注射面及基板6。其餘諸電磁線圈至i4c，也 在其位置實際平行於導管9之剖面平面。 當電子在均勻磁場中輸送時，如人們所熟知，休 丨災卜歹丨J公 式1，電子接收洛倫玆力F。 [公式1] F = q · (vxB) 其中v =垂直於磁場方向之電子（外）速度 B =磁場 x =向量積之運算子 •=內向量之運算子 在洛倫玆力F之下，電子沿偏轉磁場7 a之磁場線行進 同時螺旋式旋轉。 陰極材料1 9之離子在導管9內並沿其行進，同日寺被_ 子所牽拉，並輸送至電漿注射孔1 3。 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 在此時，在作爲端子磁鐵之電磁線圈1 4 d之附近，如圖 1 Ο A及1 0B中實線之磁場線所指示，存在一輻散磁場。已 到達電漿注射孔1 3之電子及離子沿輻散磁場行進。 圖1 ΟA及1 0B爲平面圖及右側視圖，顯示在電流饋給至 此諸磁場產生線圈14a至14d之僅只二磁場產生線圈14b 及1 4d時，分別所產生之磁場線之分布。 電子沿磁場線之行進路徑對應於陰極電極材料1 9之離 子之行進路徑，其在被電子吸引時行進。因此，人們可自 電子行進路徑掌握陰極電極材料1 9之離子之路徑。 藉圖1 Ο A及1 Ο B之磁場線之電子行進路徑，係如在圖 1 1 A及1 1 B之平面圖及右側視圖中所例示。 在輻散磁場下，電子在基板上所到達之一位置，自基板 6之中心水平偏轉，並根據其彎曲方向在上下方向（垂直方 向）輻散。 如在圖19之平面圖中所示，一向外方向之離心力Fcf， 一向內方向之磁場傾斜（梯度）▽ B ’在一真空彎曲磁場，諸 如偏轉磁場1 7 a作用在電子及離子’並如下列公式2所列 示發生偏移。 [公式2] v(R) + v(VB) = (m/q)· (Rc x B)· (v(ll) + v(±)2/2) 其中 v (R) =Fcf之速度偏移 v( V B) = v(VB)之速度偏移 m = 質量 12 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 (v( II ) =在導管9之B方向（延伸方向）之速度 v (丄） =垂直線之速度
Rc =在圖19中之一位置x之曲率半徑 q =電荷 在以上方程，” RcxB”指示一有一方向之向量，在該方 向，在曲率半徑Rc旋轉’同時置於磁場B上時，一右旋 螺釘在該方向前進。
在電漿20a中之離子，顯示一種離子在被電子牽引時行 進之傾向。藉該偏移效應，使離子沉積位置更偏離靶位置。 導管9之剖面及磁場產生線圈1 4 a至1 4 d在剖面各爲矩 形。因爲磁場產生線圈1 4 a至1 4 d之磁場特徵，磁場之傾 斜▽ B向剖面之外側增加。因之，具有傾斜向下方向之偏 移速度增加’及因而至向下方向之輻散增加。
在利用濾磁器1 8 a除去小滴之此型真空電弧氣相沉積裝 置，蒸氣難以在基板6上在一靶位置沉積一陰極電極材料 1 9之薄膜，以便有一有預計厚度之薄膜。在此方面，在禅-得均勻薄膜形成特徵上’上述之習知真空電弧氣相沉積裝 置不令人滿意。 發生相似問題，而無關於蒸發源1 1之數目。 現有一種可能之方法，用以改善薄膜形成特徵，其中調 整fe場產生線圈1 4 a至1 4 d之安裝角度（傾斜），藉以設定 及控制濾fe窃1 8 a所產生之磁場，以校正離子及電子之行 進路徑（電漿路徑）。要實際移動磁場產生線圈14a至l4d， 而藉以調整磁場產生線圈14a至Md之安裝角度（傾斜 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 13 575672 必須使用一種複雜昂貴之立體回轉機構’以供使磁場產生 線圈1 4 a至1 4 d移動。因此，無法通過一種容易而不昂貴 之調整，設定及控制濾磁器1 8 a所產生之磁場特徵。 吾人考慮一種情形，其中垂直配置三蒸發源1 1，並且在 此三蒸發源當中，頂部蒸發源1 1名爲上陰極，中間者名爲 中陰極，及底部者名爲下陰極。主要自上陰極所射出之電 子，受磁場B之向上曲線所影響，以及自下陰極所射出之 電子主要受磁場B之向下曲線所影響。當吾人自陰極至基 板6觀之，來自上下陰極之電子，根據線圈電流之正向及 逆向（順鐘向及逆鐘向），而在下列方向偏移，如表1中所 示。電子偏移方向相對於上下陰極以及線圈電流之正向及 逆向對稱。 [表1] 偏移方向 電流方向 順鐘向 逆鐘向 陰極 上 左下 右上 下 右下 左上 在電漿20a中之離子，顯示一種離子在被電子牽引時行進 之傾向。藉該偏移效應，使離子沉積位置更偏離靶位置。 在利用濾磁器1 8 a除去小滴之此型真空電弧氣相沉積裝 置，蒸氣難以在基板6上之一靶位置沉積一負陰極電極材 料1 9之薄膜，以便有一有預計厚度之薄膜。在此方面，在 獲得均勻薄膜形成特徵上，習知真空電弧氣相沉積裝置不 14 312/發明說明補件)/92-02/91134753 575672 令人滿意。 在利用濾磁器之功能除去小滴之此型真空電弧沉積，發 生相似問題，而無關於蒸發源1 1之數目。 在另一情形，一輻散磁場B有一梯度▽ B。帶電粒子， 例如電子，在一右旋螺釘在梯度▽ B在下列公式1 〇2所給 定之速度旋轉時前進之方向偏移。▽ B偏移使電子路徑更 爲偏離。 [公式1 〇 2 ] VB = -// · (VB X B)/(q· B2) 其中=磁導率 q = 電荷 B =磁場向量 V B =磁場B之梯度向量 X =向量積之運算子 • =內向量之運算子 在此情況，無法使陰極材料1 9之離子著陸在希望之位 置，例如右基板6之表面上之中央部份，及其周圍。 導管9之剖面及磁場產生線圈1 4 a至1 4 d在剖面各爲矩 形。因爲磁場產生線圈1 4 a至1 4 d之磁場特徵，磁場之傾 斜▽ B向剖面之外側增加。因之，具有傾斜向下方向之偏 移速度增加，及因而至向下方向之輻散增加。 例如，不可能將陰極材料1 9之離子之著陸中心設定在 基板6之表面之中央。即使周期性使流過每一電磁線圈1 4 a 及1 4 d之電流方向逆反，而藉以使陰極材料1 9之離子之著 15 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 陸位置周期性偏移，也無法將陰極材料1 9氣相沉積 6上之希望位置，而藉以在基板6上形成薄膜。在姐 在獲得均勻薄膜形成上，該真空電弧氣相沉積裝置 滿意。 【發明內容】 本發明之一項目的，爲防止由於在端子磁鐵（電石 附近之輻散磁場而致陰極材料之著陸位置之水平偏 及陰極材料之垂直轉向，並因而在一基板上氣相沉 勻薄膜，及依希望控制陰極材料之離子在基板著 置，藉以更增強薄膜形成特徵。 本發明之一另外目的，爲在此型之真空電弧氣相 置，以簡單而不昂貴之方式，調整一濾磁器之磁場 而不實際移動一磁場產生線圈，並因而改進薄膜形反 本發明之另一目的，爲集中注意位於較靠近濾磁 管之一端（蒸發源）之磁鐵，而非端子磁鐵（電磁線g 之磁場所導致之電子偏移，藉以改進基板之薄膜形技 本發明之另一目的，爲依希望控制負電極材料之電 板達到之位置，而藉以增強薄膜形成特徵。 爲達成本發明，本發明之一種真空電弧氣相沉積 其特徵在於位於最靠近電漿注射孔之端子磁鐵，配 於電漿注射孔之電漿注射面，並且離子之行進方向 磁鐵產生之磁場所控制。 端子磁鐵予以安裝對電漿注射孔之電漿注射面 當角度，而在習知技藝，其平行於電漿注射面。利 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 在基板 方面， 不令人 兹線圈） 移，以 積一均 陸之位 沉積裝 特徵， 之特徵。 器之導 ϋ)產生 ^寺徵。 子在基 方法， 置傾斜 受端子 成一適 用此特 16 575672 色，在端子磁鐵所產生之磁場下，陰極材料之離子行進， 並在基板之表面著陸在中央部份。 設定端子磁鐵之安裝角度在適當値，陰極材料之離子藉 以在基板之表面著陸在一靶位置。因此，可在希望之薄膜 形成特徵形成一氣相沉積薄膜。 在本發明之一種較佳實施例，端子磁鐵之安裝角度爲可 變 〇 可在薄膜形成過程前或過程間改變端子磁鐵之安裝角 度。因之，可依希望形成各種薄膜形成特徵之氣相沉積薄 膜。 在另一預定實施例，端子磁鐵在大小上不同於其餘磁 鐵。 改變端子磁鐵之大小，端子磁鐵之輻散磁場，特別是其 垂直轉向，藉以可予以不同控制。例如，如果端子磁鐵大 於每一其餘磁鐵，在一較電漿注射面更靠近基板之位置， 磁場之垂直轉向受到在高水準之抑制，並防止將行予以沉 積之陰極材料之粒子擴展。因此，更均勻形成薄膜，而具 有更優異之薄膜形成特徵。 切合實際並較佳爲，每一磁鐵較佳爲以一電磁線圈組 成。 而且，端子磁鐵之安裝角度較佳爲予以自動控制。 要獲得滿意之薄膜形成特徵，每一磁鐵較佳爲以一電 磁線圈組成，並且饋給至磁鐵之每一電磁線圈之線圈電 流，配合控制端子磁鐵之安裝角度予以控制。 17 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 如果使用複數之蒸發源，便改進薄膜形成能力，並可使 用複數種類之陰極材料供薄膜形成。 饋給至形成每一磁鐵之電磁線圈之線圈電流，其方向可 在固定之時間間隔予以逆反。如果完成如此，電子偏移方 向便逆反，並使陰極材料之離子之著陸位置周期性移位， 並且因而在大面積之基板上均勻形成一薄膜。 根據本發明之另一方面，提供一種真空電弧氣相沉積裝 置，其特徵爲，位於最靠近電漿注射孔之端子磁鐵，配置 傾斜於電漿注射孔之電漿注射面。 真空電弧氣相沉積裝置包括裝置，用以改變端子磁鐵之 安裝角度。 因之，可使用如此構造之真空電弧氣相沉積裝置，供執 行第一及第二真空電弧氣相沉積方法。 端子磁鐵在大小上不同於其餘磁鐵。 藉如此構造，便對第一及第二真空電弧氣相沉積裝置賦 予抑制磁場之垂直轉向之功能。 每一磁鐵較佳爲以一種電磁線圈組成，爲切合實際。 而且，較佳爲使用一種自動控制裝置，用以自動控制端 子磁鐵之安裝角度。 爲獲得滿意之薄膜形成特徵，較佳爲每一磁鐵由一電磁 線圈組成，並配合控制端子磁鐵之安裝角度，使用裝置控 制饋給至每一電磁線圈之線圈電流。 可使用複數之蒸發源，並且饋給至形成每一磁鐵之每一 電磁線圈之線圈電流，可在固定時間間隔予以逆反。 18 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 爲達成本發明之第二方面，本發明之真空電弧氣相沉積 裝置之特徵爲至少磁場產生線圈之一形成有複數之電磁線 圈，其相對於導管之剖面傾斜成不同角度，同時包圍導管， 並且電磁線圈由如依濾磁器之磁場之設定及控制所饋給之 電流予以選擇性通電。 形成一濾磁器之至少磁場產生線圈之一，形成有複數之 電磁線圈，其相對於導管之剖面傾斜成不同角度，同時包 圍導管。選擇電磁線圈之一，並饋給電流。每一磁場產生 之磁場特徵，爲在饋給電流時之電磁線圈之磁場特徵。可 調整、設定及控制濾磁器之特徵，而不使磁場產生線圈實 際傾斜。 因此’無需使用複雜，昂貴之回轉機構，用以使磁場產 生線圈以成圓形移動。因之，容易及利用簡單而不昂貴之 構造設定及控制濾磁器之磁場特徵，藉以在基板形成一均 勻薄膜，並因而改進薄膜形成特徵及類似特徵。 提供複數之電磁線圈包圍導管，同時在二垂直於導管剖 面之平面之一傾斜成不同角度，爲切合實際。 包圍導管之複數電磁線圈，在線圈大小不同，或在線圈 大小相等或實際相等。 爲達成本發明之第三方面，在第一·真空電弧氣相沉積方 法，在形成濾磁器之諸磁鐵當中，至少一較之接近至電漿 注射孔之端子磁鐵較靠近蒸發源之特定磁鐵，傾斜於導管 之剖面平面，並且離子行進方向受該特定磁鐵產生之磁場 控制。 19 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 在形成濾磁器之諸磁鐵當中’除了端子磁鐵外’ 一個或 多個磁鐵係活動地傾斜於導管之剖面平面’同時配置在導 管周圍。此等磁鐵所產生之偏轉磁場之方向，不同於習知 方法所產生之磁場’其實際平行於導管之剖面表面。如果 適當選擇磁鐵之傾斜角度’便校正自電漿流所析取之電子 及離子之行進方向，抑制上述之偏移，並且陰極材料之著 陸位置很少受該偏移所影響。因而，改進薄膜形成特徵。 在第二真空電弧氣相沉積方法。如同在第一真空電弧氣 相沉積方法，規定之磁鐵傾斜於導管之剖面平面，端子磁 鐵傾斜於電漿注射孔之電漿注射面，並且陰極材料之離子 之行進方向受規定磁鐵及端子磁鐵產生之磁場所控制。 在此方面，端子磁鐵產生之磁場，不同於在端子磁鐵配 置與電漿注射孔之電漿注射面平行之習知情形者。 適當設定規定磁鐵及端子磁鐵之安裝角度，規定磁鐵 及端子磁鐵之磁場，便校正電子及離子之行進方向。上述 之偏移受到抑制，並更改進薄膜形成特徵。 在本發明之真空電弧氣相沉積方法，規定磁鐵及/或端子 磁鐵之安裝角度爲可變。 可在形成過程前及期間改變規定磁鐵及/或端子磁鐵之 安裝角度。各種薄膜形成特徵之氣相沉積薄膜可形成爲具 有預計特徵。 在第二或第三真空電弧氣相沉積方法，諸磁鐵較佳爲電 磁線圈。規定磁鐵及/或端子磁鐵之安裝角度予以自動控 制0 20 犯/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 每一磁鐵由一電磁線圈所組成，並且饋給至磁鐵之電磁 線圈之線圈電流，配合控制規定磁鐵及/或端子磁鐵之安裝 角度予以控制。依據薄膜形成特徵而言，此技術特色爲較 佳。 使用複數之蒸發源，改進薄膜形成能力，並可使用多種 陰極材料供薄膜形成。饋給至形成每一磁鐵之每一電磁線 圈之線圈電流，可在固定之時間間隔予以逆反。如果如此， 電子偏移方向便逆反，並且陰極材料之離子之著陸位置周 期移位，並因而在大面積之基板上均勻形成薄膜。 根據本發明之另一方面，提供一種真空電弧氣相沉積裝 置’其特徵爲至少一較之接近至電漿注射孔之端子磁鐵較 靠近蒸發源之特定磁鐵，傾斜於導管之剖面平面，並且離 子行進方向受該特定磁鐵產生之磁場控制。 本發明之一種真空電弧氣相沉積裝置，該特定磁鐵傾斜 於導管之剖面平面，並且端子磁鐵傾斜於電漿注射孔之電 漿注射面。 本發明提供一種適合第一及第二真空電弧氣相沉積方 法之真空電弧氣相沉積裝置。 本發明之一*種真空電弧热相丨几積裝置，包括用於改變規 定磁鐵及/或端子磁鐵之安裝角度，並執行第三真空電弧氣 相沉積方法。 在本發明之真空電弧氣相沉積裝置，磁鐵實際爲電磁線 圈，並且較佳爲包括裝置，用以自動控制規定磁鐵及/或端 子磁鐵之安裝角度。 21 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 每一磁鐵由一電磁線圈所組成，並另包括裝置，用以配 合控制規定磁鐵及/或端子磁鐡之安裝角度，控制饋給至磁 鐵之每一電磁線圈之線圈電流。由於薄膜形成特徵’此技 術特色爲較佳。 可提供複數之蒸發源，並另包括電流控制裝置，用以在 固定時間間隔，使饋給至形成每一磁鐵之每一電磁線圈之 線圈電流之方向逆反。 【實施方式】 將參照圖1至8，說明本發明之一種實施例。 圖1爲平面圖，顯示一種對應於圖9者之真空電弧氣相 沉積裝置。 在圖1中，使用一電磁線圈2 1代替電磁線圈1 4d作爲 圖9中之端子磁鐵。電磁線圈2 1大於其他電磁線圈1 4 a 至 1 4 c ϋ 如在圖2之透視圖中所示，一電磁線圈2 1形狀如一矩 形框架。在圖3 Α及3 Β顯示電磁線圈安裝至導管之電磁線 圈之平面圖及右側視圖中，一 χ _軸線方向表示一水平方向 (“正”指定至右側），一 Y-軸線方向爲一前後方向（“正，，指定 至後側），及一 Z-軸線方向爲一垂直方向（“正，，指定至上 側）°電磁線圈安裝在導管上，或成一種狀態，其在一由 X-Y-軸線所界定之平面’自其平行於電漿注射孔13之電 漿注射面之斷線姿態，傾斜成一角度α，並在一 γ-ζ平面 傾斜一角度点。 角度α及/3最佳爲藉一帶電粒子分析模擬及一種測試 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 22 575672 氣相沉積方法預先確疋。在本貫施例，手動調整電磁線圈 2 1安裝在導管9上之角度。在該g周整’電磁線圈相對於電 磁線圈2 1之電漿注射面傾斜成角度α及/或点。 電磁線圈2 1所產生之fe場’根據角度^及/或$予以控 制。在電漿注射孔1 3之附近形成一偏轉磁場1 7，之濾磁器 2 2，其不同於圖9中之偏轉磁場1 7。濾磁器2 2產生一電 漿流2 3，對應於圖9中之電漿流2 0。 在此時間，如在圖4Α及4Β中顯示電子路徑之平面圖及 右側視圖中所示，電子路徑通過導管，並到達基板6之表 面，予以調整爲致使在基板上電子所到達之中心位置，實 際與基板6之表面之中心重合。 爲顯示電磁線圈2 1之安裝角之效應，圖4 Α及4 Β中所 例示之電子路徑，係顯示爲在電磁線圈2 1由電磁線圈2 1 ’ 替代之狀況下，其爲在大小上相等於每一其餘電磁線圈1 4 者。然後使電磁線圈2 1 ’順時鐘方向傾斜成一角度1 5 °， 從而藉轉換校正磁場在水平方向之轉向。如在圖 Π A及 1 1 B之情形，僅二電磁線圈2 1 ’及1 4，亦即此等電磁線圈 之每隔一電磁線圈予以提供電流° 電磁線圈2 1之大小不同於每一其餘電磁線圈1 4者，並 且在本實施例，電磁線圈2 1大於其餘電磁線圈1 4，以抑 制磁場在垂直方向之輻散。 如果電磁線圈2 1大於每一其他電磁線圈1 4者，其具有 使磁場在垂直方向聚焦之另外功能。利用該另外功能將磁 場轉換，以供在垂直方向之校正。如在顯示電子路徑之圖 23 312/發明說明書(補件)/92·〇2/9丨丨34753 575672 5 A及5 B之平面圖及右側視圖中所示，如在垂直方向所見 之電子路徑，向基板6之表面之中心校正。此事實經吾人 之實驗所證實 圖5 A及5 B中所例示之電子路徑，顯示爲在電磁線圈 2 1順時鐘方向傾斜時，其安裝角爲1 5 °之情況，並且電磁 線圈之大小爲每一其他電磁線圈1 4者之1 2 0 %。如在圖4 A 及4 B中之情形，僅二電磁線圈2 1及1 4，亦即此等電磁 線圈之每隔一電磁線圈予以提供電流。 如自圖4A、4B、5A及5B所見，電子路徑在垂直及水 平方向均向基板6之表面之中心校正。因此，陰極材料1 9 之離子在基板表面在垂直及水平方向之著陸位置偏移（此 等離子著陸位置偏移將稱作垂直及水平方向偏移），並且離 子之轉向在基板向中心校正。因此，在基板6之表面上均 勻形成一薄膜。 以下將列示諸特定實驗結果。 使電漿注射孔1 3之電漿注射面之中心，與基板6之表 面者對準在彼此分開400毫米距離之狀態。饋給100 A之 線圈電流至電磁線圈2 1及1 4。電磁線圈2 1之安裝角度設 定在1 5 °、2 0 °及2 5 °，而使該電磁線圈傾斜至順時鐘方 向。已沿其路徑台肩，自基板6之表面之中心在左右方向 (水平方向）及在上下方向（垂直方向）行進之電子，在基板6 之表面位置之偏移，係如圖6中所示。 在圖6中，記號♦指示α = 〇 °時，一參考（參考線圈）之 電子路徑之偏移；以及記號·、△及籲分別爲^ = 1 5 °、2 0 24 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 °及2 5 °時，電子路徑之偏移。 a = 1 5 °時，線圈電流設定在3 0 A、5 Ο A及1 0 0 A， 電子 路徑偏移係如圖7中所示。 在圖7中，記號♦指示α = 〇 °及線圈電流爲5 Ο A時，該 參考之電子路徑偏移；以及記號·、△及•分別爲α二1 5 。及線圈電流爲3 0 A，5 0 Α及1 〇 〇 Α時，該參考之電子路徑 偏移。 也如自圖6及7所見，如果根據線圈電流適當選擇安裝 角度α ，並使電磁線圈2 1適當傾斜至電漿注射孔1 3之電 漿注射面，則在基板6之表面上之電子著陸位置，特別是 在水平方向便校正至基板6之中心。因之，陰極材料1 9 沉積在基板6之表面之中央部份。 在圖8 A、8 Β和8 C中所顯示之結果係在α = 1 5 °，線圈 電流= 30Α、 50Α和100Α，以及電磁線圈之大小= 80%、 100% 和120%的條件下獲得。 在圖8Α、8Β和8C中，♦指示α =0 °以及電磁線圈之大 小=1 0 0 %時，該參考之電子著陸位置之偏移。·、△及# 爲（2=15 以及電fe線圈之大小=80%、100%和120%時，電 子著陸位置之偏移。 圖8B中的，如同△的情況，係指示α =15°以及電磁 線圈之大小=1 0 0 %時，電子著陸位置之偏移，且線圈電流 方向逆向於其他偏移情況的方向。 也如自圖8 A、8 Β和8 C所見，如果電磁線圈2 1之大小 係設定在1 2 0 %，磁場的分散受到抑制，從而校正垂直方向 25 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 之電子著陸位置至基板6之中心。因之，陰極材料1 9係更 優異地沉積在基板6之表面之中央部份，並確保均句形成。 因此，在此定實施例，作爲端子磁鐵之電磁線圈2 1，相 對於電漿注射孔1 3之電漿注射面傾斜成角度α及/或石， 並且電磁線圈2 1選擇爲大於每一其他電磁線圈1 4。因之， 陰極材料1 9之離子之行進，在垂直及水平方向受到控制， 以校正電子著陸位置至基板表面之中央。陰極材料1 9氣相 沉積在基板6之表面之中央部份，並因而在基板6之表面 上均勻形成一薄膜。 ♦ 在上述實施例，陰極材料1 9氣相沉積在基板6之表面 之中央部份，以校正電子著陸位置至基板表面之中央。在 有些類型之基板6，需將陰極材料1 9沉積在一離開基板表 面之中央部份之位置。 在此種情形，角度^及/或/3設定在根據使用目的之値， 並可在基板6之表面選擇一供沉積之希望位置。 在上述貫施例’以手動方式使電磁線圈2 1傾斜成角度 贏 α及/或/3。在一種替代情形，提供裝置用以改變電磁線圈 21之安裝角度，並且其包括一模架，用以在χ-γ平面轉動 電磁線圈2 1，藉以改變角度α，及提供另一模架，用以在 Ζ · Υ平面轉動電磁線圈2 1，藉以改變角度々。模架之一或 二模架用以改變電磁線圈之安裝角度。電磁線圈2 1之安裝 角度在初始依據使用安裝角度改變裝置之已作成之測試薄 膜形成之結果予以設定。如果需要，可在實際氣相沉積時， 使用該裝置改變電磁線圈2 1之安裝角度。 26 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 在上述實施例，端子磁鐵及其餘諸磁鐵均形成有電磁線 圈2 1及1 4。此等磁鐵可形成有永久磁鐵。 在上述貫施例’爲供谷易解釋’採用單—蒸發源1 1。在 基板6具有大面積或同時沉積多種陰極材料之情形，可在 垂直陣列提供複數之蒸發源1 1。 實際上，並且由於薄膜形成工作效率，較佳爲使用圖1 中之控制單元中之一種順序控制，一種程式控制或類似控 制所形成，並根據一厚度計（未示）先前或隨實際薄膜形成 過程之進行在基板6之表面測量薄膜厚度之結果，自動控 制二模架之自動控制手段，自動設定端子磁鐵之安裝角 度，或在薄膜形成過程中自動改變電磁線圈之安裝角度。 在磁鐵形成有電磁線圈1 4及2 1之情形，可在薄膜形成 過程中，使用控制單元24之電流饋給裝置，根據厚度計之 測量結果，配合控制電磁線圈2 1之安裝角度α及/5，控制 電磁線圈1 4及2 1之線圈電流。如果如此，便獲得更準確 之薄膜形成。 如果可在固定之時間間隔，藉控制單元24之電流饋給 裝置’使電磁線圈1 4及2 1之線圈電流之方向逆反，磁場 Β之方向便反相，而磁場β之梯度▽ Β保持不變。因此作 用在電漿流2 3之輸送之偏移速度改變，並且陰極材料i 9 向基板6之表面行進之方向改變。因此，薄膜分布更爲均 勻，並因而更改善薄膜形成特徵。 如果至電磁線圈2 1及1 4之線圈電流係自一交流電源饋 給，可在固定之時間間隔，使至電磁線圈2 1及1 4之線圈 27 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 電流之方向逆反’而不藉助電流饋給裝置。 在上述實施例，導管9之剖面爲矩形，但其可爲圓形， 橢圓形或類似形狀。在此情形，每一磁鐵之剖面較佳爲圓 形，橢圓形或類似形狀，與導管9之剖面構形一致。 在上述實施例之真空電弧氣相沉積裝置，將單一導管9 連接至真空容器2。或者，將複數之導管9連接至真空容 滞2 ’並且使此等導管之端子磁鐵相對於電漿注射孔之電 漿注射面傾斜。 爲解釋簡單起見，使一托座5位於薄膜形成室1內，並 在一基板6上藉氣相沉積形成一薄膜。本發明顯然可應用 於真空電弧氣相沉積應用於複數之基板之情形，如在已提 及之刊物中所揭示之電弧型離子電鍍裝置··在薄膜形成室 內提供一圓柱形托座，並將複數之基板固持在托座之表面。 在該實施例，電磁線圈2 1大於其餘電磁線圈1 4，並因 而端子磁鐵大於其餘諸磁鐵。例如，在有些薄膜形成狀況， 電漿注射孔1 3與基板6間之距離短，即使端子磁鐵小於其 餘諸磁鐵’有時候也獲得良好薄膜形成特徵。在此種情形， 自然，終端磁鐵可選擇爲小於其餘諸磁鐵。 雖然上述實施例採用曲線形導管9，但本發明可應用於 代之爲使用彎曲導管之情形。 爲更改進薄膜形成特徵，在水平及/或垂直方向調整終端 磁鐵（電磁線圈2 1 )之安裝角度，並且另外，在終端磁鐵如 此完成時，有些或所有其餘磁鐵（電磁線圈1 4)在水平及/ 或垂直方向，在其安裝角度予以調整。 28 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 如自上述說明看出，本發明具有下列效應。 在本發明第一方面之一種真空電弧氣相沉積方法，將位 於最靠近電漿注射孔3之端子磁鐵（電磁線圈2 1 )配置傾斜 至電漿注射孔1 3之電漿注射面，並藉端子磁鐵所產生磁場 控制陰極材料1 9之離子之行進方向。利用此特色，不同於 在習知技藝端子磁鐵平行於電漿注射面之習知情形，在端 子磁鐵所產生磁場下，陰極材料1 9之離子行進並著陸在基 板6之表面上之中央部份，從而獲得藉氣相沉積之均勻薄 膜形成。 設定端子磁鐵之安裝角度在適當値，陰極材料1 9之離 子便在基板之表面著陸在一靶位置。因此，可在希望之薄 膜形成特徵形成氣相沉積之薄膜。 在本發明，端子磁鐵之安裝角度爲可變。因此，可在薄 膜形成過程前或過程中改變端子磁鐵之安裝角度。因之， 可依希望形成各種薄膜形成特徵之氣相沉積薄膜。 在本發明第三方面之真空電弧氣相沉積方法，端子磁鐵 爲大於每一其他磁鐵者。因此，端子磁鐵之輻散磁場，特 別是其垂直轉向，藉改變端子磁鐵之大小予以不同控制。 例如，如果端子磁鐵大於每一其餘磁鐵，磁場之垂直轉向 便受到高度之抑制，並且更均勻形成具有更優異薄膜形成 特徵之薄膜。 而且諸磁鐵切合實際及較佳爲電磁線圈1 4及2 1。另外， 較佳爲端子磁鐵之安裝角度予以自動控制。 爲獲得滿意之薄膜形成特徵，較佳爲每一磁鐵由一電磁 29 312/發明說明書(補件)/92-02/9 Π 34753 線圈1 4 ( 2 1 )所組成，並且饋給至磁鐵之電磁線圈1 4 ( 2 1 )之 線圈電流，配合控制端子磁鐵之安裝角度予以控制。 如果使用複數之蒸發源11，便改進薄膜形成能力，並可 使用多種可供薄膜形成之陰極材料1 9，藉以進行同時薄膜 形成。 饋給至形成每一磁鐵之每一電磁線圈1 4(2 1 )之線圈電 流，其方向可在固定之時間間隔予以逆反。如果如此，陰 極材料1 9之離子之著陸位置便周期性移位，並因而在大面 積之基板6上面均勻形成薄膜。 上述之真空電弧氣相沉積裝置，提供一特定裝置，用於 執行每一真空電弧氣相沉積方法。 本發明之另一較佳實施例，將參照圖1 2至1 8予以說明。 圖12爲平面圖，顯示一種對應於圖9中所示者之真空 電弧氣相沉積裝置，並且相同元件符號標示圖9中之相同 或同等部份。 在圖1 2中，在一位置提供一形成有三電磁線圈2 1 a、2 1 b 及21c之磁場產生線圈14d’，其中磁場產生線圈Hd’作爲 圖9中之端子磁鐵。 如在圖1 3中分別所示之磁場產生線圈1 4d ’之電磁線圈 2 1 a、2 1 b及2 1 c，爲不同大小（直徑）及複數匝數之矩形線 圈。在圖1 2中，電磁線圈2 1 a、2 1 b及2 1 c彼此不同，在 大小上分別爲大、中及小。電磁線圈 2 1 b套入電磁線圈 2 1 a，而電磁線圈2 1 c套入電磁線圈2 1 b。 在圖1 2中，一點鏈線a、b及c指示在磁場產生線圈1 4 a 30 312/發明說明_ 補件)/92-02/91134753 575672 至1 4 c及1 4 d，之導管9之剖面之方向。如果方向爲R -軸線 方向，垂直於每一此等剖面之二平面爲一己R-軸線之水平 平面，及一含Z-軸線在上下方向延伸之垂直平面。 〜在圖1 3中左右方向延伸之一點鏈線指不R 軸線’及 〜在上下方向延伸之一點鏈線指示Z -軸線。電磁線圈 2 1 a，2 1 b及2 1 c配置爲致使在水平平面，此等線圈繞Z -軸線在斜角方向不同方式間隔開，並且圍繞導管9，同時 對該導管傾斜成不同角度。 在圖1 3中，電磁線圈2 1 b平行於該導管之剖面（傾斜角 ==0)電磁線圈2 1 a及2 1 c在水平平面與電磁線圏2 1 b斜向間 隔開預設之角度。 自此等電磁線圈2 1 a、2 1 b及2 1 c當中，手動方式或藉一 種順序控制（運動選擇），選擇一電磁線圈。將所選擇之電 磁線圈連接至一線圈電源1 5之一電源饋給回路。然後，所 選擇之電磁線圈予以饋給電流。 在此情形，調整如磁場產生線圈1 4a至1 4c、1 4d產生之 偏轉磁場1 7b所形成之圖1 2中之濾磁器1 8b之磁場特徵。 然後，如在習知裝置磁場產生線圈14cT藉回轉機構在水 平平面旋轉之情形，選擇性饋給電流至磁場產生線圈1 4d ’ 之電磁線圈2 1 a、2 1 b及2 1 c，藉以設定及控制所調整之磁 場特徵。 而且，濾磁器1 8 b產生一電漿流2 0 b對應於圖8中之 電漿流20a。 如自圖3 A及3 B中顯示電子路徑之平面圖及右側視圖所 31 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 見，電磁線圈1 4 ’校正通過導管9並到達基板6之表面之 電子之路徑，因而電子著陸位置之中心與基板6之表面之 中心對準。 圖1 4A及1 4B顯示電流僅饋給至實線所指示之二電磁線 圏1 4 b及1 4 d ’’亦即供顯示磁場產生線圈〗4 d，之安裝角度 之效應之目的。 因之，不提供複雜及昂貴回轉機構及類似機構，可容易 利用簡單及不昂貴之構造，設定及控制濾磁器之磁場特 徵，並因而改進薄膜形成特徵及類似特徵。 使具有如圖2中所示不同線圈大小之電磁線圈2 1 a、2 1 b 及2 1 c合倂’藉以形成磁場產生線圈1 4 d ’時，其容易藉將 小電磁線圈套入大者而形成。 電磁線圈2 1 a、2 1 b及2 1 c可爲具有相等或實際相等線圈 大小之電磁線圈。 將複數之具有相同線圈大小之電磁線圈合倂，藉以形成 磁場產生線圈14d5時，如圖15中透視方式所示，使用相 0 等大小之電磁線圈22a、22b及22c，代替圖13中之不同 線圈大小之電磁線圈2 1 a、2 1 b及2 1 c。 此等電磁線圈2 2 a、2 2 b及2 2 c予以排列爲致使線圈2 2 b 在上下交點A及B置於線圈22c上，及線圈22a置於線圈 2 2b上。也在下交點B，線圈21b置於21c上。因此，此 等線圈穿越所有線圈。 磁場產生線圈l4d，形成有複數之具有相等線圈大小之 電磁線圈時，使用如圖1 5中透視方式所示’以整體形式所 32 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 形成之相等大小之電磁線圈2 3 a，2 3 b及2 3 c， 代替圖2 中之電磁線圈2 1 a，2 1 b及2 1 c。 在此情形’在圖1 6中作爲其部份所加大例示之電磁線 圈23a ’ 23b及23c，予以整體耦合在一起，致使線圈23a 之一繞組ta，線圈23b之一繞組tb及線圈23c之一繞組tc 彼此繞捲在其上，亦即藉編織及繞捲。此等線圈在大小上 實際相等。 在磁場產生線圈14d，形成有電磁線圈22&至22c(23a至 2 3 c) ’其線圈大小爲相等或實際相等之情形，此等線圈22 a 至22c(23a至23c)所產生之磁場實際相等。因之，容易設 定及控制磁場特徵。 在一種實施例，磁場產生線圈1 4 d，之電磁線圈2 1 a，2 1 b 及2 1 c ( 2 2 a至2 2 c，2 3 a至2 3 c，在水平平面繞X -軸線傾斜 成不同角度，以便抑制電子及離子在左右方向之轉向。只 要形成磁場產生線圈1 4 d，具有複數之電磁線圈，其在垂直 平面繞R-軸線傾斜成不同角度，便可完成抑制電子及離子 主要在上下方向之轉向。 將參照圖1 8說明本發明之另一實施例。 圖1 8爲平面圖，顯示一種真空電弧氣相沉積裝置，其 爲本發明之另一實施例，並且相同元件符號標示圖1 2中之 相同或同等部份。在圖1 8之情形，使用一形成有電磁線圈 24a至2 4d之#4電磁線圈14”，代替圖12中之磁場產生線 圈14d’。而且，由一形成有電磁線圈25a至25d之#2電磁 線圈14b’，代替圖12中之磁場產生線圈Mb。 33 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 要準確抑制電子及離子之水平轉向，可使電磁線圈2 4 a 至24c，及25a至25c如同電磁線圈21a至21c、22a至22c、 2 3 a至2 3 c，在水平平面繞z —軸線傾斜成不同角度。要準 確抑制電子及離子之垂直轉向，可使此等電磁線圈在垂直 平面繞R-軸線傾斜成不同角度。 而且，如果需要，使電磁線圈2 4 a至2 4 c及電磁線圈2 5 a 至25c之一在水平平面傾斜。使其24a至24c及25a至25c 之另一在垂直平面傾斜。如此，便抑制電子及離子之水平 及垂直轉向。 Φ 顯然電磁線圈24a至24c、25a至25c也可具有如圖13 中所示之不同大小，或具有如圖15及16中所示之相等或 實際相等線圈大小。 自此等電磁線圈24a至24c、25a至25c所選擇之一電磁 線圈連接至線圈電源1 5之電源饋給回路，並形成一·由一偏 轉磁場1 7 c所界定之濾磁器。以及，產生一對應於圖1 2 中之電漿流20b之電漿流20c。在基板6之表面上形成一 薄膜，具有極優異之薄膜形成特徵。 將會容易瞭解，導管、濾磁器等之構形及結構，以及磁 場產生線圏之數目及磁場產生線圈安裝之位置，可不同於 在上述實施例中者。 形成濾磁器之一個或多個磁場產生線圈，自然可形成有 複數之電磁線圈，如同電磁線圈2 1 a至2 1 c、2 5 a至2 5 c。 在此情形，電磁線圈之數目至少爲二，並且磁場產生線圈 之傾斜方向可隨磁場產生線圈而有所不同。 34 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 顯然每一磁場產生線圈之每一電磁線圈，其構形及繞 組，不限於在上述實施例中者。 磁場產生線圈不必要具有相等線圈大小。例如，在圖1 中，#4端子磁場產生線圈14d5在大小上可大於磁場產生線 圈14a至14c者，並且磁場產生線圈14d’在直徑上可大於 其餘磁場產生線圈1 4 a至1 4 c者。如果如此，便進一步抑 制電子及離子之轉向。 而且，本發明可適用於具有濾磁器之各種類型之真空電 弧氣相沉積裝置。 如自上述說明看出，本發明具有下列效應。 至少在磁場產生線圈14a至14c，及14d’當中，形成一 濾磁器18b、18c之14a、14b’、14c、14d”，形成有複數之 電磁線圈2 1 a至2 1 c、2 5 a至2 5 c，其相對於一導管9之剖 面傾斜成不同角度，同時圍繞導管9。 電磁線圈2 1 a、2 1 b 及2 1 c，至2 5 a至2 5 c，依濾磁器之磁場之設定及控制而定， 由如所饋給之電流予以選擇性通電。可調整濾磁器18b、 1 8 c之磁場至希望之特徵，而不實際移動磁場產生線圏。 無需提供複雜昂貴之回轉機構，用以使磁場產生線圈成圓 形移動。因之，設定及控制濾磁器1 8b，1 8c之磁場特徵， 並利用簡單及不昂貴之構造，藉以在基板6上形成一均勻 薄膜，並因而改進薄膜形成特徵及類似.特徵。 提供複數之電磁線圈圍繞該導管，同時在垂直於該導管 之一或二平面傾斜成不同角度。因此，真空電弧氣相沉積 裝置可完成爲具有一種切合實際之構造。 35 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 電磁線圈2 1 a至2〗c、2 5 a至2 5 c在線圈大小爲不同時， 1谷易形成fe場產生線圈丨4 b，、丨4 d，、丨4 d，，。此等線圈在 ’、Ώ大小爲相等或實際相等時，在此等電磁線圈2〗a至2 J c ㈢中，便無磁場強度之差異。容易設定及控制磁場特徵。 ^參照圖2 0至2 7說明本發明之另一較佳實施例。 圖2〇爲平面圖，顯示一對應於圖9中所示者之真空電 弧颯相沉積裝置，並且相同元件符號標示圖9中之相同或 同等部份。 在本發明’使用一個或多個較之圍繞導管之端子磁鐵更 非近導管（或蒸發源1 1 )之一端之磁鐵，作爲一指定之磁 鐵。在該實施例，一自蒸發源i〗計數之第二（# 2 )磁鐵，爲 一指定之磁鐵。 指定磁鐵之一電磁線圈形成有一由一實線所指示之電 磁線圈1 4b，，其對導管9之剖面作用式傾斜成希望之角 度’而非一由一斷線所指示之習知電磁線圈〗4b，其朝向 在導管9之剖面之方向。 一二點鏈線指示導管9之延伸方向。導管9之一剖面平 面在每一各別位置垂直於延伸方向。剖面平面在一在曲線 部份通過曲率中心之法線之方向延伸。 位於導管9之曲線部份之電磁線圈1 4 b ’，如同其他電磁 線圈14a、14c及14d，如在圖21中透視所示，在形狀也 爲矩形。成如此形狀之電磁線圈，以多匝繞捲於導管。 如在圖22A中顯示導管安裝狀態之平面圖中所示，通過 導管9之曲率中心之一點鏈線，與導管9之剖面平面，在 36 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 X-軸線及一垂直於前者之Y-軸線所界定之χ_γ平面（水平 平面）重合。 如在圖22B中顯示導管安裝狀態之右側視圖中所示，導 管9之剖面平面，在一由Y -軸線及垂直延伸之z _軸線所界 定之y - z平面（垂直平面）平行於由—點鏈線所指示z _軸 線。 電磁線圈14b’在X-Y平面及/或γ-ζ平面，傾斜成適當 角度α (Χ-Υ)平面，及/或適當角度沒（γ_ζ)平面，自—平行 於圖3 Α及3 Β中之一點鏈線所指示之剖面平面之習知線圈 1 4 b之安裝狀態，成爲圖3 A及3 B中之一實線所指示之安 裝狀態。 角度α及/3最佳爲藉一種帶電粒子分析模擬及一種測 試氣相沉積法予以預先確定，以便基板6上之一沉積位置 位於一在基板6之表面上之中央部份。 在本實施例，手動調整電磁線圈1 4，安裝在導管9上之 角度。在該調整，使電磁線圈1 4 b ’相對於導管9之剖面傾 斜成角度α及/或/3。 藉電磁線圈14b’所產生之磁場形成適當修正偏轉磁場 17a所形成之圖2〇中之偏轉磁場i7b之濾磁器18b。 電磁線圈1 4 ’所產生之磁鐵，消除濾磁器丨8 b所產生之 電漿流20b之電子及離子中所包容之導管9及類似者之彎 曲之偏移影響。 作爲修正之結果，如作爲顯示電子路徑之平面圖及右側 視圖之圖23A及23B中所示，通過導管9並到達基板6之 37 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 表面之電子之電子路徑，中心在基板6之表面。離子沉積 位置位於基板6之表面之中心。因此，改進薄膜形成特徵。 在圖4A及4B中，僅二#2及#4電磁線圈14b’及14d， 亦即，此等電磁線圈之每隔一線圈’予以饋給電流。 爲獲得更準確之偏移校正，如果必要，也使其他電磁線 圈1 4 a及1 4 c相對於導管9之剖面平面傾斜。 在此等電磁線圈當中，使一個或多個電磁線圈傾斜在 X - Y平面，並使其餘諸電磁線圈傾斜在X - Z平面，從而校 正偏移。 將參照圖24至27說明本發明之另一實施例。在圖24 之平面圖中，相同元件符號標示圖2 0中之相同或同等部 份。此實施例之真空電弧氣相沉積裝置不同於圖2 0裝置， 因爲# 2規定磁鐵形成有傾斜至導管9之剖面平面之電磁線 圈1 4b ’’以及# 4端子磁鐵形成有傾斜至電漿注射孔之電漿 注射面之電磁線圈1 4 d ’，而非平行於電漿注射面之習知線 圈4d。 在圖2 4之情形，電漿注射面平行於X _ z平面，如在圖 2 0之情形，電磁線圈1 4 d ’以及電磁線圈1 4 b，在X - Y平面 及/或γ_Ζ平面傾斜成適當角度，並且其在此狀態安裝在導 管。 在自導管9發出，其行進路徑通過校正電磁線圈〗4b，之 磁場予以校正之電子及離子時，此等帶電之粒子便在其行 進路徑通過校正電磁線圈1 4 d，之磁場，而進一步予以校 正。由於導管9之彎曲’而致對此等粒子之驅動影響進一 38 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 步受到抑制。 特別是，如圖25之平面圖中所示，電子及離子路 斷線（a)所指示之路徑校正至實線（b)所指示者，亦即 電磁線圈1 4b 5將其校正至位於較靠近導管9之中心 徑。在#4電磁線圈1 4b ’之控制下，電子及離子直接前 後側，並著陸在基板6之表面之中央部份。 電磁線圈1 4b ’及1 4 d ’在大小上可不同於其餘電磁 1 4 a及1 4 c。特別是，爲有效抑制磁場之垂直轉向，電 圈14d’較佳爲大於其他電磁線圈14a、14b’及14c。 將說明分析電子路徑之結果。 就該分析而言，1)#2電磁線圈14b’傾斜在X-Y平B 平平面）；2) #4電磁線圈14d’傾斜在X-Y平面（水平平 及3) #2電磁線圈14bM頃斜在X-Y平面（水平平面）， #4電磁線圈14dM頃斜在Y-Z平面（垂直平面）。在此等 1)至3)所跟蹤之電子及離子路徑，係如圖7中所示，亦 如斷線（c)，一點鏈線（d)及實線（e)所示。在#2電磁線圈 傾斜在X-Y平面，以及#4電磁線圈14d’傾斜在Y-Z 時，便抑制磁場之轉向，並校正粒子路徑至向上，及 央部份。完成良好之校正。此事實經獲得證實。 i) #2電磁線圈14b’在X-Y平面（水平平面）傾斜成1 Π) #4電磁線圈14d’在X-Y平面（水平平面）傾斜成1〇 i i i) # 4電磁線圈1 4 d ’在X - Y平面（水平平面）傾斜成5 i v )# 2電磁線圈1 4 b ’在X - Y平面（水平平面）傾斜成1 〇 及#4電磁線圈14d’在Y-Z平面（垂直平面）傾斜成5 ° 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 徑自 ，#2 之路 進至 線圈 磁線 5 (水 面）； 以及 情形 :即， 14b9 平面 向中 0 0 ° 。電 39 575672 子及離子著陸位置在基板之表面自中心在x及z軸線之偏 置，係如圖2 7中所示。 在圖27中，爲粒子著陸位置在以上情形Ο之偏置； ▲爲在情形ii)之偏置；•爲在情形in)之偏置；及♦爲提 供朝向在剖面平面之電磁線圈1 4b及1 4d時之參考著陸位 置。 如自圖2 7看出，在情形iv)獲得最優異之薄膜形成特 徵。此事實經獲得證實。 在圖27中，饋給至電磁線圈14b’之電流爲40A，及饋 給至電磁線圈1 4 d ’之電流爲3 Ο A。 通常，將陰極材料噴濺及沉積至基板6之表面之中央部 份，爲令人滿意。在有些類型之基板6，需將陰極材料沉 積至一離開基板表面之中央部份之位置。在此種情形，電 磁線圈1 4b 5之角度α及/或/3予以設定在根據使用目的之 値，並可在基板6之表面選擇一供沉積之希望位置。 在電磁線圈14b’及14d’予以安裝傾斜時，可提供裝置， 用以改變電磁線圈1 4 b ’及1 4 d ’之安裝角度。在此情形，其 包括一模架，用以在X-Y平面轉動電磁線圈14b，及14d，， 藉以改變角度α。提供另一模架，用以在ζ-γ平面轉動電 磁線圈1 4 b ’及1 4 d ’，藉以改變角度々。模架之一或二模架 用以改變電磁線圈Mb’及14d’之安裝角度。電磁線圈14b， 及14d’之安裝角度，在初始依據使用安裝角度改變裝置之 已作成之測試薄膜形成之結果予以設定。如果需要，可在 實際氣相沉積時使用該裝置，改變電磁線圈丨4 b，及〗4 d， 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 40 575672 之安裝角度。 在上述實施例’諸磁鐵均形成有電磁線圈。此等磁鐵可 形成有永久磁鐵。 在基板6具有大面積或同時沉積多種陰極材料之情形， 可成垂直陣列提供複數之蒸發源〗i。 切合實際’並由於薄膜形成工作效率，較佳爲使用圖 2 〇(圖24)中之控制單元24中之一種順序控制，一種程式 控制或類似控制所形成之自動控制裝置，自動設定規定磁 鐵或規定磁鐵及端子磁鐵之安裝角度，並根藉厚度計（未示） 在基板6之表面先前測量薄膜厚度之結果，或隨實際薄膜 形成過程之進行，自動控制二模架，或在薄膜形成過程中 自動改變電磁線圈之安裝角度。 在諸磁鐵形成有電磁線圏1 4 a、1 4 b，、1 4 c、及1 4 d，之情 形’可在薄膜形成過程中，使用控制單元2 4之電流饋給裝 置，根據厚度計之測量結果，配合控制電磁線圈之安裝角 度’控制電磁線圈1 4及2 1之線圈電流。完成如此，便獲 得更準確之薄膜形成。 如果可在固定之時間間隔，藉控制單元2 4之電流饋給 裝置，使電磁線圏Ha、14b’、14c、及4d’之線圈電流之 方向逆反，磁場B之方向便反相，而磁場B之梯度▽ B保 持不變。因此，作用在電漿流2 3之輸送之偏移速度改變， 並且陰極材料1 9向基板6之表面彳了進之方向改變。因此， 薄膜分布更爲均勻，並因而更改進薄膜形成特徵。 如果至電磁線圈1 4 a、1 4 b ’、1 4 c、及1 4 d ’之線圈電流係 41 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 自一交流電源饋給，可在固定之時間間隔，使至電磁線圈 之線圈電流之方向逆反，而不藉助電流饋給裝置。 在上述實施例，導管9之剖面爲矩形，但其可爲圓形， 橢圓形或類似形狀。在此情形，每一磁鐵之剖面較佳爲圓 形、橢圓形或類似形狀，與導管9之剖面構形一致。 在上述實施例之真空電弧氣相沉積裝置，將單一導管9 連接至真空容器2。或則，將複數之導管9連接至真空容 器2，並且使此等導管之端子磁鐵相對於電漿注射孔之電 漿注射面傾斜。 爲解釋簡單起見，使一托座5位於薄膜形成室1內，並 在一基板6上藉氣相沉積形成一薄膜。本發明顯然可應用 於真空電弧氣相沉積應用於複數之基板之情形，如在已提 及之刊物中所揭示之電弧型離子電鍍裝置：在薄膜形成室 內提供一圓柱形托座，並將複數之基板固持在托座之表面。 例如，在有些薄膜形成狀況，電漿注射孔1 3與基板6 間之距離短，即使端子磁鐵小於其餘諸磁鐵，有時候也獲 得良好薄膜形成特徵。在此種情形，自然，端子磁鐵可選 擇爲小於其餘諸磁鐵。 雖然上述實施例採用曲線形導管9，但本發明可應用於 使用彎曲導管取代之情形。 如自上述說明看出，本發明具有下列有用效應。 在本發明之第十七方面之一種真空電弧氣相沉積方 法，在形成濾磁器1 8 b之諸磁鐵當中，至少一較之接近至 電漿注射孔之端子磁鐵較靠近蒸發源之磁鐵（電磁線圈 42 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 1 4 b，），係活動地傾斜至導管之剖面平面，同時圍繞導管9。 在此情形，偏轉磁場之方向不同於習知方法所產生之磁場 者，其實際平行於導管之剖面平面。適當選擇磁鐵之傾斜 角度，藉以校正自電漿流所析取之電子及離子之行進方 向，抑制導管9中之磁場所導致之偏移，並且該偏移很少 影響陰極材料之著陸位置。因之，可在基板6之表面形成 一均勻薄膜，並改進薄膜形成特徵。 在本發明之真空電弧氣相沉積方法，規定之磁鐵（電磁線 圈1 4b ’）傾斜至導管9之剖面平面，並且端子磁鐵（電磁線 圈1 4 d ’）傾斜至電漿注射孔1 3之電漿注射面。端子磁鐵 所產生之磁場不同於在端子磁鐵配置爲平行於電漿注射孔 之電漿注射面之習知情形者。適當選擇規定磁鐵及端子磁 鐵之安裝角度，藉以在規定磁鐵及端子磁鐵之磁場下校正 電子及離子之行進方向。因此，進一步改進薄膜形成特徵。 在本發明之真空電弧氣相沉積方法，規定磁鐵及/或端子 磁鐵爲可變。因之，可在薄膜形成過程前及過程中改變規 定磁鐵及/或端子磁鐵之安裝角度。各種薄膜形成特徵之氣 相沉積薄膜可形成爲具有預計之特徵。 在本發明之真空電弧氣相沉積方法，諸磁鐵較佳爲電磁 線圈14a、14b’、14c、14d、14d，。而且，較佳爲自動控 制規定磁鐵及/或端子磁鐵之安裝角度。 諸磁鐵形成有電磁線圈1 4a至1 4d ’，並且饋給至諸磁鐵 之電磁線圈l4a至14d’之線圈電流，配合控制規定磁鐵及 /或端子磁鐵之安裝角度予以控制。由於薄膜形成特徵，此 43 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 技術特色爲較佳。 如果使用複數之蒸發源η，便改進薄膜形成能力，並可 使用多種陰極材料供薄膜形成。 饋給至形成每一磁鐵之電磁線圈之線圈電流，其方向可 在固定之時間間隔予以逆反。如果完成如此，電子偏移方 向便逆反，並使陰極材料之離子之著陸位置周期性移位， 並且因而在大面積之基板上均勻形成一薄膜。 【圖式簡單說明】 圖1爲平面圖，顯示一種真空電弧氣相沉積裝置，其爲 本發明之一種實施例； 圖2爲透視圖，顯示一電磁線圈如圖1之端子磁鐵； 圖3 Α及圖3 Β爲解釋圖，用以解釋圖2之電磁線圈之傾 斜； 圖4A及4B顯示平面圖及右側視圖，分別用於當端子電 磁線圈傾斜成a = 1 5 °，在作爲電磁線圈之端子磁鐵時之電 子路徑； 圖5Α及5Β爲平面圖及右剖面圖，其各用於當端子電磁 線圈傾斜成a = 1 5。，並且電子線圈之大小爲大於另一磁鐵 者’作爲電磁線圈之端子磁鐵時之電子路徑； 圖6爲顯示當端子線圈改變，電磁線圈之角α改變時’ 電子到達位置之實測値之結果圖表； 圖7爲顯示當端子線圈傾斜角度α =丨5 °，並且線圈電流 改變’電磁線圈作爲端子線圈時之電子到達位置之實測値 之結果圖表； 44 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 圖8 A、8 B及8 C爲顯示當端子線圈傾斜角度α = 1 5 °， 並且線圈電流改變至30A，50A，及1 00A，電磁線圈作爲 端子線圈時，供線圈大小差異之電子到達位置之實測値之 結果圖表； 圖9爲平面圖，顯示一種習知真空電弧氣相沉積裝置； 圖10A及10B爲平面圖及右剖面圖，用於解釋圖9之習 知真空電弧氣相沉積裝置之輻散磁場； 圖1 1 A及1 1 B爲平面圖及右剖面圖，分別用於解釋圖9 之習知真空電弧氣相沉積裝置之輻散磁場； 圖12爲平面圖，顯示一種真空電弧氣相沉積裝置，其 爲本發明之一種實施例； 圖1 3爲透視圖，顯示作爲圖1 2之端子磁鐵之磁場產生 線圈1 ; 圖14A及14B爲平面圖及右側視圖，顯示圖12裝置之 電子路徑； 圖1 5爲透視圖，顯示作爲圖1 2之端子磁鐵之另一磁場 產生線圈1 ; 圖1 6爲透視圖’顯示作爲圖1 2之端子磁鐵之又一磁場 產生線圈1 ; 圖1 7爲解釋圖，用以解釋圖1 6中之磁場產生線圈1之 電磁線圈之繞組； 圖18爲平面圖’顯示一種真空電弧氣相沉積裝置，其 爲本發明之另一實施例； 圖19爲略圖’用以解釋圖9習知裝置中之帶電粒子之 45 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 575672 偏移； 圖20爲平面圖’顯不一種真空電弧氣相沉積裝釐，其 爲本發明之一種實施例； 圖2 1爲透視圖，顯示一種作爲圖2 0中所示規定磁鐵之 電磁線圈； 圖2 2 A及2 2 B爲平面圖及右側視圖，分別用以解釋圖 2 1中所示電磁線圈之傾斜； 圖2 3 A及2 3 B爲平面圖及右側視圖，分別用以解釋圖 2 0裝置之電子著陸位置； Φ 圖2 4爲平面圖，顯示一種真空電弧氣相沉積裝置，其 分別爲本發明之另一貫施例； 圖 25 爲 平 面 圖 ， 用以解釋圖2 4 裝置中之電子路徑； 圖 26 爲 右 側 視 圖 ’用以解釋圖 24裝置中之電子路徑 以 及 圖 27 爲 曲 線 圖 用以解釋在該表面上之電子著陸位置 (元件符 號 說 明 ) 1 薄 膜 形 成 室 2 真 空 容 器 2" -V/. 刖 板 3 排 氣 □ 4 氣 體 導 入 P 5 托 座 6 基 板 7 偏 壓 電 源 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753 46 575672 8 偏 壓 電 源 9 金 屬 導 管 9 / 端 板 10 偏 壓 電 源 11 蒸 發 源 1 2 電 弧 電 源 13 電 漿 注 射 孔 14a 磁 場 產 生 線 圈 14b 磁 場 產 生 線 圈 1 4b< 電 磁 線 圈 14c 磁 場 產 生 線 圈 1 4d 電 磁 線 圈 1 4d 7 磁 場 產 生 線 圈 15 線 圈 電 源 16 控 制 單 元 17a 偏 轉 磁 場 17b 偏 轉 磁 場 17c 偏 轉 磁 場 1 8a 濾 磁 器 1 8b 濾 磁 器 18c 濾 磁 器 19 陰 極 材 料 20a 電 漿 流 20b 電 漿 流 312/發明說明書(補件)/92-02/91134753
47 575672 20c 電 漿 流 2 1 電 磁 線 圈 2 1a 電 磁 線 圈 2 1b 電 磁 線 圈 2 1c 電 磁 線 圈 22 濾 磁 器 22a 電 磁 線 圈 22b 電 磁 線 圈 22c 電 磁 線 圈 23 電 漿 流 23 a 電 磁 線 圈 23b 電 磁 線 圈 23c 電 磁 線 圈 24 控 制 單 元 24a 電 磁 線 圈 24b 電 磁 線 圈 24c 電 磁 線 圈 25a 電 磁 線 圈 25b 電 磁 線 圈 25c 電 磁 線 圈 t a 繞 組 t b 繞 組 t c 繞 組
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