真空电弧蒸镀方法及装置的制作方法

专利名称：真空电弧蒸镀方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空电弧蒸镀方法及装置，该方法及装置用于在底基的表面上形成薄膜以改善该底基的耐磨性，该底基可作为汽车部件、机器部件、机床、以及金属模具，尤其涉及通过磁性过滤器产生磁场以及对该磁场的控制。
背景技术：
通常，真空电弧蒸镀为一种简单的薄膜形成方法，其中，在阴极和阳极之间产生电弧放电，阴极材料蒸发以在底基上沉积而在其上形成薄膜。通过该方法能够高效地产生薄膜。
然而，在真空电弧蒸镀方法中，直径为几个μm的大微粒(熔滴)从阴极发射出(在一些放电的场合下也从阳极中发射出)。然后，众所周知，该熔滴淀积到底基上从而恶化形成膜的特性。
为防止熔滴淀积到底基上以恶化形成膜的特性，人们提出许多一些蒸镀的技术。第一种蒸镀技术是通过磁场来去除熔滴，该磁场是通过利用磁铁(例如电磁线圈)产生于阴极和底基之间，这样仅等离子体束沿着磁场被传输到底基。另一种技术是通过利用磁场来集中等离子体以增大等离子体的密度，同时利用高密度等离子体来熔化熔滴。
JP-A-2001-59165(C23C14/32)中公开了一种用于去除熔滴以及仅将等离子体束输送到底基上的真空电弧蒸镀方法及装置，该申请的申请人为本专利申请的申请人。
所公开的真空电弧蒸镀装置(电弧型离子电镀装置)的结构表示在图9的平面图中。
形成膜形成腔1的金属制的真空容器2被一真空排出装置(未示)通过一个排出孔3而抽空。如氩气等惰性气体或反应气体经由位于左侧上的气体引入口4而被引入到金属制的真空容器2中。
在JP-A-2001-59165中，膜形成腔1中有多个底基与圆柱形的保持器相连接。在图9中，为简化说明，盘形保持器5被放置在膜形成腔1的中部。该保持器5可旋转地设置且其表面朝向金属管9。底基6可拆卸地保持在保持器5的表面上。
底基6通过保持器5与偏压电源7的阴极相连，且为相对于真空容器2偏压至-0.5kv-5.0kv的DC脉冲。
在图9中，附图标记8表示一个设置在真空容器2的后表面上的绝缘部件，该部件用于绝缘偏压电源7的阴极。
横截面呈矩形的金属管9从金属容器2处向前延伸，同时向左弯曲(在图9中)。蒸发源11设置在端板9′的中部。端板9′的一端接地。蒸发源11位于金属管9的前端且该绝缘部件10插入其中。约有几十伏电弧电源12的阴极与蒸发源11相连。电弧功率电源12的阳极接地。因此，金属管9用作一个阳极而蒸发源11用作一个阴极。
设有多个阳极电极来代替金属管9。
该蒸发源11包括水冷机构、真空密封机构、触发机构等。
围绕着管9的磁场产生线圈14a-14d设置在金属管9的两端之间的多个位置上。
从管9的一端起标号为#1-#4的磁场产生线圈14a-14d平行于管9的横截面设置。
端磁铁的电磁线圈14d与管9的横截面、等离子体喷射孔13的等离子体喷射平面以及底基相平行设置。
磁场产生线圈14a-14d顺序地连接在作为电源的线圈电源15的输出端之间。磁场产生线圈14a-14d的线圈电流在控制装置16的线圈电流控制下得以控制。当被控制的电流被供到磁场产生线圈14a-14d时，便产生偏转的磁场17a，该磁场17a沿着管9弯曲，这一点由实线环表示。偏转的磁场17a形成磁过滤器18a。
磁场产生线圈14a-14d设置在金属管9的两端之间的多个位置上且围绕着管9。那些磁场产生线圈14a-14d从管9的一端起标号为#1-#4。
作为端磁铁的标号为#4的电磁线圈14d最靠近等离子体喷射孔13，剩余的标号为#1-#3的电磁线圈14a-14c在圈数和尺寸方面相等。
电磁线圈14d基本上平行于管9的横截面，且垂直于如双点划线所示的管9的延伸方向，且平行于等离子体喷射孔13的等离子体喷射表面。剩余的电磁线圈14也基本上平行于管9的横截面。
管9的另一端设置在真空容器2的前板2”的中央部。管9的另一端的等离子体喷射孔13与膜形成腔1相通。等离子体喷射孔13的水平延伸(沿着水平方向)的等离子体喷射面的中心与保持器5和底基6的结合体的中心相对准。
在真空电弧蒸镀装置中，真空电弧排放发生在作为阳极的管9和作为阴极的蒸发源11之间。此时，导电的阴极材料19在蒸发源处被蒸发，其中作为蒸发源的简单金属包括Ti、Cr、Mo、Ta、W、Al、Cu、以及合金如TiAl等，从蒸发源蒸发。
用带有箭头的虚线表示的等离子体束20a包含有由电弧排放产生的电子和阴极材料19的离子，且沿着偏转磁场17a的方向被从管9的一端输送到位于另一端上的离子体喷射孔13。
从蒸发源11发出的每个熔滴呈电中性或在等离子体中被充上负电。在任何场合下，熔滴的质量是相当大的。因此，与偏转磁场17a无关，该熔滴向前直接地运动撞击到管9的内壁上，以便该熔滴从等离子体束中除去。因此，该熔滴不能到达底基和保持器5的表面上。
在由偏压电源7产生的底基6的负偏压电势的作用下，已经到达离子体喷射孔13的阴极材料19的离子被引导到膜形成腔1内。该离子喷射到底基6的表面上以在底基6的表面上形成由阴极材料19制成的蒸镀膜。
通过气体引入孔4将反应气体引入到膜形成腔1内。然后，该气体与阴极电极材料19的离子发生反应以在底基6的表面上蒸镀一金属化合物薄膜，上述金属化合物如碳化钡、一氮化钛、氧化铝以及二氧化钛。
当不引入反应气体时，通过蒸镀在底基的表面上形成碳膜或类似物。
在利用图9所示传统装置进行的真空电弧蒸镀中，端磁铁的电磁线圈14d平行于等离子体喷射孔13的等离子体喷射表面和底基6。
在利用图9所示传统装置进行的真空电弧蒸镀中，磁场产生线圈14a-14d平行于管9的横截面。磁过滤器18a所产生的磁场特性根据其安装条件的不同而具有不同的特性。
在利用图9所示传统装置进行的真空电弧蒸镀中，端磁铁的电磁线圈14d平行于管9的横截面以及等离子体喷射孔13的等离子体喷射表面和底基6。剩余电磁线圈14a-14c在其各自的位置处也基本上平行于管9的横截面。
当电子在均匀的磁场中被输送时，众所周知，该电子受到洛伦茨力F，如下述公式1表示[公式1]F＝q·(v×B)其中v＝垂直于磁场方向上的电子(外部的)的速度；B＝磁场×＝矢积的运算符·＝内矢量的运算符在洛伦茨力F的作用下，电子沿着偏转磁场17a的电磁线行进，同时呈螺线形地旋转。
阴极材料19的离子沿着管9内行进且同时受到电子的拉力，被输送到等离子体喷射孔13。
此时，在作为端磁铁的电磁线圈14d的附近，如在图10A和10B中用实线表示的电磁线所示，产生离散的磁场。已经到达等离子体喷射孔13的电子和离子沿着离散的磁场行进。
图10A和10B分别为平面图和右侧视图，分别表示出当电流被仅供到磁场产生线圈14a-14d中的上述两个磁场产生线圈14b和14d的磁场线的分布情况。
电子沿着磁场线的行进路径相当于阴极材料19的离子的行进路径，该离子行进时受到电子的吸引。因此，人们可通过电子的行进路径知晓阴极材料19的离子的行进路径。
在图10A和10B中的磁场线作用下的电子的行进路径表示在图11A中的平面图和11B中的右侧视图中。
在离散磁场的作用下，离子到达的底基上的位置被从底基6的中心水平地反射且沿着与其弯曲方向相同的方向上下发散。
如图19的平面图所示，向外的离心力Fcf和向内的磁场斜度(梯度)B作用在真空弯曲磁场(如偏转磁场17a)中的电子和离子上，出现漂移，如下述的公式2表示[公式2]v(R)+v(B)＝(m/q)·(Rc×B)·(v(‖)+v(⊥)2/2)
其中v(R) ＝Fcf的漂移速度v(B)＝v(B)的漂移速度m ＝质量v(‖) ＝管9沿B方向(延伸方向)上的速度v(⊥) ＝垂直线的速度Rc＝图19中位置X处的弯曲半径q ＝电荷在上述等式中，“Rc×B”表示一方向的矢量，当弯曲半径Rc被放置在磁场B中发生旋转时，该方向为收右螺旋行进的方向。
等离子体20a中的离子具有这样一种倾向，即离子行进的同时受到电子的吸引。在漂移效果的作用下，离子沉积位置更加偏离目标位置。
管9和磁场产生线圈14a-14d的横截面均为矩形。由于磁场产生线圈14a-14d的磁场特性，磁场斜度B向横截面的外侧方向增大。因此，具有斜向下方向的漂移速度增大，因而，向下方向的离散度得以增大。
在这种利用磁过滤器18a除去熔滴的真空电弧蒸镀装置中，在底基6上的目标位置上蒸镀阴极电极材料19的薄膜以便具有理想厚度的薄膜是很困难的。因此，通过上述传统的真空电弧蒸镀装置不能获得均匀膜形成特性。
不管蒸发源11的数量多少，会产生相似的问题。
通过调节磁场产生线圈14a-14d的安装角度(倾斜度)可改进膜形成特性。由磁过滤器18a产生的磁场被设置且控制以校正离子和电子的行进路径(等离子体路径)。为通过实际移动磁场产生线圈14a-14d而来调节磁场产生线圈14a-14d的安装角度(倾斜度)，必须使用可移动磁场产生线圈14a-14d的结构复杂、价格昂贵的三维旋转机构。因此，通过简单且价格低廉的调节装置来设置和控制由磁过滤器18a产生的磁场特性是不可能的。
让我们考虑一种情况，即其中垂直地设有三个蒸发源11，在该三个蒸发源11中，顶部的蒸发源11被称作上阴极，中间的蒸发源11被称作中阴极，底部的蒸发源11被称作下阴极。主要从上阴极发出的电子受到磁场B的向上曲线的影响，从下阴极发出的电子主要受到磁场B的向下曲线的影响。从上、下阴极发出的电子沿着下述线圈电流的前后方向(顺时针和逆时针)发生漂移，当从阴极向底基6看，如表1所示。相对于上、下阴极以及线圈电流的前后方向，电子漂移方向是对称的。
漂移方向

等离子体20a中的离子具有这样一种倾向，即离子行进的同时受到电子的吸引。在漂移效果的作用下，离子沉积位置更加偏离目标位置。
在这种利用磁过滤器18a除去熔滴的真空电弧蒸镀装置中，在底基6上的目标位置上蒸镀阴极电极材料19的薄膜以便具有理想厚度的薄膜是很困难的。在这点上，通过上述的传统的真空电弧蒸镀装置不能够满意的获得均匀膜形成特性。
在这种利用磁过滤器18a除去熔滴的真空电弧蒸镀过程中，不管蒸发源11的数量多少会产生相似的问题。
在另一种情况下，离散磁场B具有一个梯度B。带电的微粒(如电子)沿着一定的方向漂移，其中当梯度B以一定的速度VB(该速度通过下面的公式确定)旋转时收右螺旋以该方向行进，且被放置在离散磁场B中。该B发生漂移而更加偏离电子的路径。
VB＝-μ·(B×B)/(q·B2)其中μ＝导磁率q ＝电荷B ＝磁场矢量B ＝磁场B的梯度向量×＝矢积的运算符·＝内矢量的运算符在这种情况下，不可能将阴极材料19的离子沉淀在理想的位置，例如沉淀在底基6的表面的中部以及其周围。
管9和磁场产生线圈14a-14d的横截面均为矩形。由于磁场产生线圈14a-14d的磁场特性，磁场斜度B向横截面的外侧方向增大。因此，具有斜向下方向的漂移速度增大，因而，向下方向的离散得以增大。
例如，不可能将阴极材料19的离子的沉淀中心设置在底基6的表面的中部。即使通过周期性地改变流经每个电磁线圈14a-14d的电流方向来周期性地改变阴极材料19的离子的沉淀位置，但是，也不可能通过蒸镀阴极材料19在底基6的理想位置处形成薄膜。因此，利用真空电弧蒸镀装置不能获得令人满意的均匀膜。

发明内容
本发明的目的在于防止阴极材料的沉淀位置的水平偏移，以及因端磁铁(电磁线圈)附近的离散磁场引起的垂直离散，因此，在底基上蒸镀均匀薄膜以及控制阴极材料的离子在底基上的位置而保证进一步地提高膜形成特性。
本发明的另一目的在于以简单、价格低廉的方式来调节、设置和控制真空电弧蒸镀装置中的磁过滤器的磁场特性而不移动磁场产生线圈，从而提高膜形成特性。
本发明的另一目的在于通过将注意力集中到由磁场导致的电子漂移而提高底基上的膜形成特性，其中该磁场是由靠近磁过滤器的管的一端(蒸发源)上的磁铁产生的而不是由端磁铁(电磁线圈)产生的。本发明的另一目的在于通过控制负电极材料的离子到达底基的位置而进一步提高膜形成特性。
为实现本发明，本发明中的真空电弧蒸镀方法的特征在于最靠近等离子体喷射孔的端磁铁与等离子体喷射孔的喷射平面相倾斜设置，离子的行进方向被由端磁铁产生的磁场所控制。
端磁铁以与等离子体喷射孔的喷射平面适当的角度倾斜设置，而在现有技术中该端磁铁与等离子体喷射孔的喷射平面相平行设置。因此，在由端磁铁产生的磁场作用下，阴极材料的离子行进且沉淀到底基表面的中部。
通过适当地设置端磁铁的安装角度，阴极材料的离子沉淀到底基表面的目标位置。这样则可形成具有理想膜形成特性的蒸镀薄膜。
在本发明的优选实施例中，端磁铁的安装角度是可变的。
端磁铁的安装角度可在膜形成之前和形成期间改变。因此，可形成具有不同膜形成特性的蒸镀薄膜。
在本发明的另一个优选实施例中，端磁铁的尺寸与其它磁铁的尺寸不同。
端磁铁的离散磁场尤其是其垂直离散可通过改变端磁铁的尺寸而控制。例如，如果端磁铁大于其它每个磁铁，在比等离子体喷射平面更靠近底基的位置处，磁场的垂直离散被大幅度抑制，可防止被淀积的阴极材料的微粒垂直扩展。这样，可形成具有良好膜形成特性的均匀膜。
每个磁铁最好由电磁线圈构成。
另外，端磁铁的安装角度最好能自动控制。
为确保获得令人满意的膜形成特性，每个磁铁最好由电磁线圈构成。对供给磁铁的每个电磁线圈的电流的控制与对端磁铁的安装角度的控制相联系。
如果使用多个蒸发源，那么可提高膜形成能力。膜形成中可使用多种阴极材料。
供到形成每个磁铁的每个电磁线圈上的电流方向可按固定的时间间隔改变。这样，电子漂移方向被改变，阴极材料的离子的沉淀位置被周期性地改变，从而在较大面积的底基上形成均匀的膜。
根据本方明的另一方面，提供一种真空电弧蒸镀装置，其特征在最靠近等离子体喷射孔的端磁铁与等离子体喷射孔的喷射平面相倾斜设置。
该真空电弧蒸镀装置包括改变端磁铁的安装角度的工具。
因此，这种结构的真空电弧蒸镀装置可用于进行第一和第二真空电弧蒸镀方法。
端磁铁的尺寸与其它磁铁的尺寸不同。
这样，第一和第二真空电弧蒸镀装置具有抑制磁场的垂直离散的功能。
每个磁铁最好由电磁线圈构成。
另外，最好利用自动控制工具来控制端磁铁的安装角度。
为确保获得令人满意的膜形成特性，每个磁铁最好由电磁线圈构成，并且最好使用与对端磁铁的安装角度的控制相联系的工具对供给磁铁的每个电磁线圈的电流进行控制。
可使用多个蒸发源，形成每个磁铁的每个电磁线圈上的电流方向可按固定的时间间隔改变。
为实现本发明的第二个方面，本发明的真空电弧蒸镀装置的特征在于至少一个磁场产生线圈是由多个电磁线圈构成的，其中该电磁线圈相对于管的横截面以不同的角度倾斜设置，且包围着该管，根据磁过滤器的磁场的设置和控制电磁线圈被有选择地通电。
至少一个形成磁过滤器的磁场产生线圈是由多个电磁线圈构成的，其中该电磁线圈相对于管的横截面以不同的角度倾斜设置，且包围着该管。选择一个电磁线圈且通电。每个磁场产生线圈的磁场特性为通电的电磁线圈的磁场特性。可调节、设置和控制磁过滤器的特性而不用倾斜磁场产生线圈。
因此，不必使用复杂的价格昂贵的旋转机构来循环地移动磁场产生线圈，磁过滤器的磁场特性可被容易地设置和控制，且利用简单的价格低廉的结构以在底基上形成均匀膜，因此，改善了膜形成特性。
特别是在设有多个围绕管的电磁线圈，同时该电磁线圈在垂直于管的横截面的一个或两个平面内以不同的角度倾斜设置。
围绕管的多个电磁线圈尺寸不同或者相同或者基本上相同。
为实现本发明的第三个方面，在第一真空电弧蒸镀方法中，在形成磁过滤器的多个磁铁中，比靠近等离子体喷射孔的端磁铁更靠近蒸发源的至少一个规定磁铁倾斜于管的横截面，离子行进方向被由该规定磁铁产生的磁场所控制。
形成磁过滤器的磁铁中，除端磁铁之外的一个或多个磁铁可活动地倾斜于管横截面，且围绕着管设置。由那些磁铁产生的偏转磁场的方向与由传统方法产生的磁场的方向不同，在传统的方法中磁场的方向基本平行于管的横截面。通过适当地选择磁铁的倾斜角度，从等离子体束释放出的电子和离子的行进方向得以校正，上述漂移现象得以消除，阴极材料的沉淀位置几乎不受漂移的影响，从而改善了膜形成特性。
如第一个真空电弧蒸镀方法，在本发明的第二真空电弧蒸镀方法中，该规定磁铁与管的横截面相倾斜，端磁铁与等离子体喷射孔的等离子体喷射面相倾斜。阴极材料的离子行进方向被由该规定磁铁和端磁铁产生的磁场所控制。
在这种情况下，由该端磁铁产生的磁场与传统中的磁场方向不同，传统中的端磁铁与等离子体喷射孔的等离子体喷射面相平行。
通过合适地设置规定磁铁和端磁铁的安装角度，电子和离子的行进方向在由规定磁铁和端磁铁产生的磁场作用下得以校正。上述漂移现象得以消除，可进一步地改善膜形成特性。
在本发明的真空电弧蒸镀方法中，规定磁铁和/或端磁铁的安装角度是可变化的。
规定磁铁和/或端磁铁的安装角度可以在膜形成过程之前和期间改变。可形成具有不同膜形成特性的理想的蒸镀薄膜。
在本发明的第二或第三真空电弧蒸镀方法中，磁铁最好为电磁线圈。
规定磁铁和/或端磁铁的安装角度最好被自动地控制。
每个磁铁由电磁线圈构成，对于供到磁铁的电磁线圈上的线圈电流的控制与对规定磁铁和/或端磁铁的安装角度的控制相联系。鉴于膜形成特性，该技术特征是最好的。
如果利用多个蒸发源，可改善膜形成能力，在形成膜时可使用多种阴极材料。
供到形成每个磁铁的电磁线圈上的线圈电流的方向可按固定的时间间隔改变，这样可改变电子漂移的方向，阴极材料的离子的沉淀位置可周期性地改变，这样，在大面积的底基上可形成均匀的膜。
根据本发明的另一个方面，提供一种真空电弧蒸镀装置，其特征在于比靠近等离子体喷射孔的端磁铁更靠近蒸发源的至少一个规定磁铁倾斜于管的横截面，离子行进方向被由该规定磁铁产生的磁场所控制。
在本发明的真空电弧蒸镀装置，规定磁铁倾斜于管的横截面，端磁铁倾斜于等离子体喷射孔的等离子体喷射面本发明提供一种真空电弧蒸镀装置，该装置适用于该第一和第二真空电弧蒸镀方法。
本发明的真空电弧蒸镀装置包括改变规定磁铁和/或端磁铁的安装角度的工具，且进行第三个真空电弧蒸镀方法。
在本发明的真空电弧蒸镀装置中，电磁铁为电磁线圈，且最好包括自动控制规定磁铁和/或端磁铁的安装角度的工具。
每个电磁铁由电磁线圈构成，其中还包括一种工具，该工具用于控制供到磁铁的电磁线圈上的线圈电流，而该控制与对规定磁铁和/或端磁铁的安装角度的控制相联系。鉴于膜形成特性，该技术特征是优选的。
本发明提供多个蒸发源，还提供电流控制装置，该装置用于按固定的时间间隔改变供到形成每个磁铁的每个电磁线圈的电流方向。


图1为本发明一实施例中的真空电弧蒸镀装置的平面图；图2为图1中的作为端磁铁的电磁线圈的透视图；图3A和3B为示意图，用于解释图2中的电磁线圈的倾斜度；图4A和4B分别为用于说明电子路径的平面图和右侧正视图，其中当作为端磁铁的电磁线圈以α＝15度倾斜；图5A和5B分别为用于说明电子路径的平面图和右侧截面图，其中当作为端磁铁的电磁线圈以α＝15度倾斜，且电磁线圈的尺寸大于另一磁铁的电磁线圈的尺寸；图6为一图表，其中表示出当作为端线圈的电磁线圈的角度α改变时电子到达位置的测量值结果；图7为一图表，其中表示出当作为端线圈的电磁线圈的角度α＝15度以及该线圈电流改变时电子到达位置的测量值结果；图8A、8B、8C为三个图表，其中表示出当作为端线圈的电磁线圈的角度α＝15度以及该线圈电流改变为30A、50A、100A时不同尺寸线圈的电子到达位置的测量值结果；图9为传统的真空电弧蒸镀装置的平面图；图10A和10B分别为用于说明图9中的传统的真空电弧蒸镀装置的离散磁场的平面图和右侧正视图；图11A和11B分别为用于说明图9中的传统的真空电弧蒸镀装置的离散磁场的平面图和右侧正视图；图12为本发明一实施例中的真空电弧蒸镀装置的平面图；图13为图12中的作为端磁铁的磁场产生线圈1的透视图；图14A和14B分别为用于表示图12中装置的电子路径的平面图和右侧正视图；图15为一透视图，用于表示图12中的作为端磁铁的另一磁场产生线圈1；图16为一透视图，用于表示图12中的作为端磁铁的另一磁场产生线圈1；图17为一示意图，用于说明图16中的磁场产生线圈的的绕组；图18为本发明另一实施例中的真空电弧蒸镀装置的平面图；图19用于说明图9中传统装置中的带电微粒的漂移；图20为本发明一实施例中的真空电弧蒸镀装置的平面图；图21为图12中的作为规定磁铁的电磁线圈的透视图；图22A和22B分别为平面图和右侧正视图，用于说明图21中的电磁线圈的倾斜度；图23A和23B分别为平面图和右侧正视图，用于说明图20中的装置中的电子沉淀位置；图24为本发明另一实施例中的真空电弧蒸镀装置的平面图；图25为用于说明图24所示装置中的电子路径的平面图；图26为用于说明图24所示装置中的电子路径的右侧正视图；图27为一曲线，用于说明底基表面上的电子沉淀位置。
具体实施例方式
下面参照附图1-8对本发明的实施例予以说明。
图1为与图9中的真空电弧蒸镀装置相应的真空电弧蒸镀装置的平面图。
在图1中，用电磁线圈21代替图9中作为端磁铁的电磁线圈14d。该电磁线圈21大于其他电磁线圈14a-14c。
该电磁线圈21的形状类似呈图2透视图中所示的中矩形框架。在表示出安装到图3A和3B中的管上的电磁线圈的平面图和右侧视图中，X轴方向表示水平方向(右侧为“正方向”)，Y轴方向为前后方向(后侧为“正方向”)，以及Z轴方向为垂直方向(上侧为“正方向”)。该电磁线圈倾斜地安装到该管上，在由X-Y轴限定的倾斜面内，倾斜度为α，角度α为与等离子体喷射孔13的等离子体喷射平面平行的虚线之间的夹角，在Y-Z平面中倾斜度为β角。
角度α和β最好通过带电微粒分析模拟和试验的蒸镀过程来提前确定。在本实施例中，电磁线圈21安装到管9上的倾斜角可手动调节。在调节中，电磁线圈相对于电磁线圈21的等离子体喷射表面以α和/或β角度倾斜。
由电磁线圈21所产生的磁场根据α和/或β角度不同而受控。与图9中的偏转磁场17不同的偏转磁场17′的磁过滤器22形成于等离子体喷射孔13的附近。与图9中的等离子体束20相应的等离子体束23由磁过滤器22产生。
此时，在图4A和4B中表示出电子路径的平面图和右侧视图中，电子路径流经管9且到达底基6的表面，同时被调节以便电子到达的中心位置基本上与底基6表面的中心相重合。
为显示因电磁线圈21的安装角度不同而带来的效果，图4A和4B中表示出的电子路径是在用电磁线圈21′替换电磁线圈21的情况下绘制的，其该电磁线圈21′的尺寸与剩余的电磁线圈14的尺寸相同。然后，电磁线圈21′以顺时针方向倾斜15度，从而，通过转换可校正水平方向的磁场的转向。如图11A、11B所示，仅给电磁线圈21′和14通电，即每隔一个电磁线圈才通电。
电磁线圈21的尺寸与剩余的电磁线圈14的尺寸不相同。在本实施例中，电磁线圈21大于剩余的电磁线圈14以消除垂直方向上的磁场离散。
如果电磁线圈21大于每个剩余的电磁线圈14，那么该电磁线圈21还具有额外的功能即集中垂直方向上的磁场。在该额外功能下，磁场在垂直方向上得以校正。如表示出电子路径的图5A、5B的平面图和右侧视图中，从垂直方向上看的电子路径被校正到底基6表面的中心。这种事实为我们的实验所证实。
图5A、5B中所示的电子路径是在下述情况下绘制的，即电磁线圈21的安装角度α为以逆时针方向倾斜15度，以及电磁线圈的尺寸为其它每个电磁线圈尺寸的120％。如图4A、4B所示，仅给电磁线圈21和14通电，即每隔一个电磁线圈才通电。
如图4A、4B、5A、5B所示，电子路径被沿着垂直和水平两个方向校正到底基6表面的中心。因此，阴极材料19的离子的在底基6上的沉淀位置沿着垂直和水平两个方向发生偏移(那些离子沉淀位置偏移被认为是垂直和水平的偏移)，离子的转向被校正到底基的中心。这样，在底基6的表面上可形成均匀的膜。
下面将给出具体实验结果。
等离子体喷射孔13的等离子体喷射表面的中心与底基6的表面中心相对准，同时上述两个中心之间保持400mm的距离。电磁线圈21和14中通有100A的线圈电流。电磁线圈21的安装角度α设为15、20、25度且沿着逆时针方向倾斜。已经沿着其路径行进的电子沉淀在底基6表面上的位置偏移如图6中所示，其中表示出从底基6表面的中心沿着右左方向(水平方向)和上下方向(垂直方向)的偏移。
在图6中，标记◆表示当α＝0度时参考(参考线圈)的电子路径的偏移，标记■、△以及●分别表示当α＝15、20以及25度时参考线圈的电子路径的偏移。
当α＝15度时以及线圈电流设为30A、50A、100A时，电子路径偏移表示在图7中。
在图7中，标记◆表示当α＝0度以及线圈电流为50A时参考线圈的电子路径的偏移，标记■、△以及●分别表示当α＝150度以及线圈电流设为30A、50A、100A时参考线圈的电子路径的偏移。
从图6、7中可见，如果根据线圈电流来适宜地选择安装角度α，以及电磁线圈21相对于等离子体喷射孔13的等离子体喷射表面以适宜的角度倾斜，那么底基6表面上的电子沉淀位置(尤其是水平方向上)被校正到底基6的中心。这样，阴极材料19被淀积在底基6表面的中部。
当α＝15度、线圈电流为30A、50A、100A以及电磁线圈21的尺寸等于80％、100％以及120％时，可获得图8A、8B、8C中所示的结果。
在图8A、8B、8C中，标记◆表示当α＝0度以及线圈的尺寸为100％时参考线圈的电子的偏移，标记■、△以及●分别表示当α＝15度以及线圈的尺寸为80％、100％以及120％时参考线圈的电子的偏移。
在图8B中，在△的场合下，表示当当α＝15度以及线圈的尺寸为100％时电子沉淀位置的偏移，线圈电流方向与其它偏移的场合下的线圈电流方向相反。
从图8A、8B、8C中可见，如果电磁线圈21的尺寸设为120％时，那么磁场的转换得以消除以将垂直方向上的电子沉淀位置校正到底基6的中心。因此，阴极材料19更号地沉淀在底基6表面的中部，同时确保获得均匀的成形。
这样，在本实施例中，作端磁铁的电磁线圈21以相对于等离子体喷射孔13的等离子体喷射表面成α和/或β角度的方向倾斜，选择的电磁线圈21要比每个其它的电磁线圈14大。因此，阴极材料19的离子的行进得以在垂直方向和水平方向上被控制以将电子沉淀位置校正到底基6表面的中心。阴极材料19被蒸镀在底基6表面的中部，因此，在底基6的表面上均匀地形成薄膜。
在上述的实施例中，阴极材料19被蒸镀在底基6表面的中部以将电子沉淀位置校正到底基表面的中心。在一些类型的底基6中，需要在远离底基表面的中部的位置上淀积阴极材料。
在这种情况下，角度α和/或β根据不同的需要而设，可在底基表面上选择理想的淀积位置。
在上述的实施例中，手动地将电磁线圈倾斜α和/或β角度。在替换方案中，设置有用于改变电磁线圈21的安装角的部件，该部件包括一个夹具，该夹具通过旋转位于X-X平面内的电磁线圈21而改变角度α；另一个夹具，该夹具通过旋转位于Z-Y平面内的电磁线圈21而改变角度β。利用一个或两个夹具来改变电磁线圈的安装角度。根据通过利用安装角改变部件而制作的实验膜的结果来设定初始的电磁线圈21的安装角度。如果必要，在实际蒸镀期间利用安装角改变部件来改变电磁线圈21的安装角度。
在上述的实施例中，端磁铁和剩余磁铁均由电磁线圈21和14形成。那些磁铁可用永久磁铁形成。
在上述的实施例中，为便于说明仅设有单个蒸发源11。当底基6具有较大的面积或多种阴极材料同时沉淀时，在垂直排上可设有多个蒸发源11。
考虑到膜形成工作的效率问题，最好通过利用自动控制部件来设置端磁铁的安装角度，该自动控制部件是由图1中的控制单元24中的顺序控制、程序控制等形成，且根据通过厚度仪(未示)测量得到的底基6表面上的膜厚度提前或随着实际膜形成过程来自动地控制两个夹具，或者在膜形成过程中自动地改变电磁线圈的安装角度。
当磁铁由电磁线圈21和14形成时，根据厚度仪测量的结果，通过利用控制单元24的电流供给控制部件在膜形成期间来控制电磁线圈21和14的线圈电流，且与电磁线圈21的安装角度α和β的控制相联系。如果这样，可确保更加精确的薄膜形成。
如果电磁线圈21和14的线圈电流的方向在固定的时间间隔内通过控制单元24的电流供给控制部件改变的话，磁场B的方向将被颠倒，同时磁场B的梯度B的方向保持不变。这样，作用在等离子体束23的运输上的漂移的速度得以改变，阴极材料19向底基6表面的行进方向得以改变。这样，膜分布就更加均匀，因此，可进一步地改善膜形成特性。
如果由AC电源向电磁线圈21和14提供线圈电流，那么，电磁线圈21和14的线圈电流的方向以固定的时间间隔改变而不需要借助电流供给控制部件。
在上述实施例中，管9的横截面为矩形，但是可为圆形、椭圆形等。在这种场合下，每个磁铁的横截面最好呈与管9的横截面相同的圆形、椭圆形等。
在上述实施例中的真空电弧蒸镀装置中，单根管9与真空容器2相连。可替换地，多根管与真空容器2相连。那些管的端磁铁相对于等离子体喷射孔13的等离子体喷射平面倾斜。
为便于解释，在膜形成腔1内设有一个保持器5，通过蒸镀方法在底基6上形成薄膜。显然，本发明可适用于具有多个底基的情形，这一点在参考的公开出版物中的电弧型离子板装置中公开在膜形成腔内设有一个圆柱形旋转的保持器，在保持器的表面上设有多个底基。
在本实施例中，电磁线圈21大于剩余的电磁线圈14，因此，端磁铁大于剩余磁铁。在一些膜形成条件下，例如等离子体喷射孔13和底基6之间的距离较小，即使端磁铁小于剩余的磁铁，有时也可获得良好的膜形成特性。在这种情况下，选择的端磁铁自然可小于剩余的磁铁。
在上述实施例中利用曲线管9，但是，本发明中也可用弯管来代替。
为进一步提高膜形成特性，可沿着水平和/或垂直方向调节端磁铁(电磁线圈21)的安装角度，另外，一些或全部剩余磁铁(电磁线圈14)的的安装角度可沿着水平和/或垂直方向调节，端磁铁亦如此。
由上可见，本发明具有下述的效果。
在本发明第一方面的真空电弧蒸镀方法中，最靠近等离子体喷射孔13的端磁铁(电磁线圈21)相对于等离子体喷射孔13的等离子体喷射平面倾斜设置，阴极材料19的离子的行进方向被由端磁铁产生的磁场所控制。这样，与传统情况下端磁铁与等离子体喷射平面相平行的情况不同，在由端磁铁产生的磁场作用下，阴极材料19的离子行进且沉淀在底基6表面的中部，这样可确保通过蒸镀形成均匀的膜。
通过将端磁铁的安装角设置为合适的角度，阴极材料19的离子沉淀在底基表面上的目标位置。这样，可形成具有理想膜形成特性的蒸镀薄膜。
在本发明中，端磁铁的安装角度是变化的。因此，端磁铁的安装角度在膜形成过程之前和期间可改变。因此，可形成具有不同膜形成特性的蒸镀薄膜。
在本发明第三方面的真空电弧蒸镀方法中，端磁铁大于其它每个磁铁。因此，端磁铁的离散磁场(尤其其垂直离散)通过改变端磁铁的尺寸而得以控制。例如，如果端磁铁大于剩余的每个磁铁，那么磁场的垂直离散得以大幅度地消除，具有较好膜形成特性的该膜得以均匀地形成。
该磁铁最好为电磁线圈14和21。另外，端磁铁的安装角最好可自动控制。
为确保或的令人满意的膜形成特性，每个磁铁最好包括电磁线圈14(21)，供到磁铁的电磁线圈14(21)的线圈电流的控制与对端磁铁的安装角度控制相联系。
如果利用多个蒸发源11，可改善膜形成特性。同时，可通过利用多种阴极材料19来进行膜形成。
被供到形成为每个磁铁的每个电磁线圈14(21)的线圈电流的方向可在固定的时间内发生改变。这样，阴极材料19的离子的沉淀位置可周期性地改变，从而在大面积的底基6的表面上形成均匀的膜。
上述的真空电弧蒸镀装置提供出一种用于进行每个真空电弧蒸镀方法的具体装置。
下面参照附图12-18对本发明的最佳实施例予以说明。
图12为与图9中的真空电弧蒸镀装置相应的真空电弧蒸镀装置的平面图。在图9中，相同的附图标记表示相同的部件。
在图12中，由三个电磁线圈21a、21b、21c形成的磁场产生线圈14d′的位置与在图9中作为端磁铁的磁场产生线圈14d′的位置相同。
如图13中所示的磁场产生线圈14d′的电磁线圈21a、21b、21c为具有不同尺寸(直径)和多个圈数的矩形线圈。在图2中，电磁线圈21a、21b、21c彼此不同，尺寸分别为大、中、小三种。电磁线圈21b被装入电磁线圈21a中，电磁线圈21c被装入电磁线圈21b中。
在图12中，管9在电磁线圈14a、14c、14d′处横截面的方向由点划线a、b、c表示。如果该方向为R轴方向，垂直于每个上述横截面的两个平面为包含R轴的水平面以及包含沿着上下方向延伸的z轴的垂直平面。
在图13中，沿着左右方向延伸的点划线表示R轴，沿着上下方向延伸的点划线表示Z轴。电磁线圈21a、21b、21c的设置以保证在水平面上那些线圈成角度地绕着Z轴彼此分开，且包围着管9且与管9成不同的角度。
在图13中，电磁线圈21b平行于管的横截面(倾斜度为0)。电磁线圈21a和21c与电磁线圈21b在水平面上成预定角度地彼此分开。
从电磁线圈21a、21b、21c中手动或通过顺序的控制(运动选择)选择一个电磁线圈。被选定的线圈与线圈电源15的供电环路相连。然后，给被选定的线圈通电。
在这种情况下，可调节图12中的磁过滤器18的磁场特性，其中该磁场特性是由磁场产生线圈14a、14c、14d产生的偏离磁场形成的。然后，通过将电流有选择地供给磁场产生线圈14d′的电磁线圈21a、21b、21c，被调节后的磁场特性得以被设置和控制。而在传统装置中磁场产生线圈14d′在旋转机构的作用下在水配面内旋转。
另外，与图8中的等离子体束20a相应的等离子体束20b是由磁过滤器18b产生的。
从表示出电子路径的图3A和3B的平面图和右侧视图中可见，流经管9且到达底基6表面上的电子路径被电磁线圈14′校正以便电子沉淀位置的中心与底基6表面的中心相对准。
图14A、14B表示出当电流仅被供到由实线表示的两个电磁线圈14b、14d′上时电子的路径轨迹，即目的为了表示出磁场产生线圈14d′的安装角所带来的影响。
因此，没有提供复杂且价格昂贵的旋转机构等，磁过滤器18a的磁场特性可被容易地设置和控制，且利用简单且价格低廉的结构，因此，改善了膜形成特性等。
当磁场线圈14d′是由如图2中所示的多个尺寸不同的电磁线圈21a，21b，21c结合形成时，容易把小的电磁线圈装进大的电磁线圈中形成磁场线圈。
电磁线圈21a，21b，21c可以是具有相同或基本相同尺寸的线圈。
当磁场产生线圈14d′是由多个尺寸相同的电磁线圈结合形成时，利用图15中表示的尺寸相同的电磁线圈22a、22b、22c替换图13中表示的尺寸不相同的电磁线圈21a、21b、21c。
电磁线圈22a、22b、22c的布置以使得在上下交叉点A、B处电磁线圈22b放置在电磁线圈22c上，电磁线圈22a放置在电磁线圈22b上。另外，在下交叉点B处，线圈21b放置在线圈21c上。这样，每个线圈彼此交叉。
当磁场产生线图14d′是由多个尺寸相同的电磁线圈形成时，利用图15中表示的尺寸相同的电磁线圈23a、23b、23c替换图2中表示的电磁线圈21a、21b、21c。
在这种情况下，其部件在图16中放大表示的电磁线圈23a、23b、23c被整体地连接在一起以便线圈23a的绕组ta、电磁线圈23b的绕组以及电磁线圈23c的绕组tc一个绕在另一个上面，即通过编织这些绕组。那些线全的尺寸基本上相同。
当磁场产生线圈14d′由尺寸相同或基本上相同的电磁线圈22a-22c(23a-23c)形成时，磁场产生线圈22a-22c(23a-23c)基本上相同。因此，对于磁场特性的设置和控制便变得容易。
在本实施例中，磁场产生线圈14d′的电磁线圈21a、21b、21c(22a-22c，23a-23c)在水平面上绕着X轴以不同的角度倾斜以便消除电子和离子沿左右方向上的离散。为消除电子和离子主要沿上下方向上的离散，实际中仅形成带有多个电磁线圈的磁场产生线圈14d′，该磁场产生线圈14d′在垂直面上绕着R轴以不同的角度倾斜。
参照附图18对本发明的另一实施例子以说明。
图18为本发明另一实施例中的真空电弧蒸镀装置的平面图。在图12中相同的附图标记表示相似或相同的部件。在图18的情况下，利用标号为#4的由电磁线圈24a-24d形成的电磁线圈14″来代替图12中的磁场产生线圈14d′。另外，图12中的磁场产生线圈14b用标号为#2的磁场产生线圈14b′所替代，其中该磁场产生线圈14b′由电磁线圈25a-25c形成。
为准确地抑制电子和离子的水平离散，与电磁线圈21a-21c、22a-22c、23a-23c相似，电磁线圈24a-24c、25a-25c可在水平面上绕着Z轴以不同的角度倾斜。为准确地抑制电子和离子的垂直离散，那些电磁线圈可在垂直面上绕着R轴以不同的角度倾斜。
另外，如果必要，电磁线圈24a-24c和25a-25c之一在水平面上倾斜，另一在垂直面上倾斜。这样，可抑制电子和离子的水平和垂直离散。
很明显，如图15中所示，电磁线圈24a-24c和25a-25c也可具有不同的尺寸，或者如图15、16所示，具有相同或基本上相同的尺寸。
从电磁线圈24a-24c和25a-25c中选定一个电磁线圈与线圈电源15的供电回路相连，且形成由偏转磁场17c所限定的磁过滤器18c。另外，产生与图12中的等离子体束20b相应的等离子体束20c。在底基6的表面上形成具有极好膜形成特性的薄膜。
当然，管、磁过滤器等的设置和结构、磁场产生线圈的数目以及磁场产生线圈的安装位置等各方面可与上述实施例不同。
形成磁过滤器的一个或多个磁场产生线圈自然地可由多个电磁线圈(如电磁线圈21a-21c和25a-25c)形成。在这种情况下，电磁线圈的数目至少为两个，磁场产生线圈的倾斜方向因不同的磁场产生线圈而不同。
很明显，每个磁场产生线圈的电磁线圈的外形和绕组不仅限于上述实施例中的外形和绕组。
磁场产生线圈不必具有相同的线圈尺寸。例如，在图1中，标号为#4的端磁场产生线圈14d′的电磁线圈21a-21c的尺寸可大于磁场产生线圈14a-14c的尺寸，磁场产生线圈14d′的直径大于其他的磁场产生线圈14a-14c。这样，可进一步抑制电子和离子的离散。
另外，本发明可适用于具有磁过滤器的各种真空电弧蒸镀装置中。
如上所述，本发明具有下述的效果。
磁场产生线圈14a-14c和形成磁过滤器18b、18c的14d′、14a、14b′、14c、14d″的至少之一是由多个相对于管9的横截面成不同角度倾斜的电磁线圈21a-21c和25a-25c形成，同时包围着管9。根据磁过滤器的磁场的设置和控制，电磁线圈21a、21b、21c以及25a-25c被选择性地充电。根据对磁场过滤器的磁场的设定和控制，磁过滤器18b、18c的磁场可被调节到理想的特性而不实际移动磁场产生线圈。不需要提供一种复杂的价格昂贵的旋转机构来循环地移动磁场产生线圈。因此，磁过滤器18b、18c的磁场被设置和控制，且利用简单价格低廉的结构在底基上形成均匀的薄膜，因此，改善膜形成特性。
设置包围着该管的多个电磁线圈，同时在垂直于该管的横截面的两个平面之一中以不同的角度倾斜。因此，可实现具有实用结构的真空电弧蒸镀装置。
当电磁线圈21a-21c和25a-25c的尺寸不同时，磁场产生线圈14b′、14d′、14d″能够容易地形成。当那些线圈的线圈尺寸相同或基本上相同时，电磁线圈21a-21c之间的磁场强度没有区别。磁场特性的设置和控制是容易的。
下面参照附图20-27对本发明的另一实施例予以说明。
下面参照附图20-23对本发明的一个实施例予以说明。
图20为与图9中的真空电弧蒸镀装置相应的真空电弧蒸镀装置的平面图。在图9中相同的附图标记表示相似或相同的部件。
在本发明中，比围绕着管9的端磁铁更靠近管9一端的一个或多个磁铁被用作规定的磁铁。在本实施例中，从蒸发源11起算的第二个磁铁(#2)为规定的磁铁。
该规定磁铁的电磁线圈是由用实线表示的电磁线圈14b′形成，该电磁线圈14b′可活动地与管9的横截面成一理想的角度，与用虚线表示的传统电磁线圈14b不同，其中该电磁线圈14b与管9的横截面成一固定的角度。
双点划线表示管9的延伸方向。管9横截面垂直于该延伸的方向。该横截面沿着通过弯曲部分的曲率中心的法线延伸。
与其它电磁线圈14a、14c、14d相同，位于管9的弯曲部分处的该电磁线圈14b′也为如图21中所示的矩形。这种电磁线圈绕着该管道旋转多圈。
在表示出管安装状态的平面22A中，通过管9的曲率中心的点划线与位于X-Y平面(水平面)上的管9的横截面方向相重合，其中该X-Y平面由X轴和垂直于X轴的Y轴所限定。
在表示出管安装状态的右侧视图的图22B中，管9的横截面平行于位于Y-Z平面(垂直平面)中的由点划线表示的Z轴，其中该Y-Z平面由Y轴和垂直于Y轴的Z轴所限定。
该电磁线圈14b′与传统的电磁线圈14b相比，前者与后者以适当的角度α(X-Y)平面和/或位于X-Y平面中的适当的角度β(Y-Z)平面和/或Y-Z平面相倾斜，而其安装状态从传统上电磁线圈14b与由图3A和3B中的点划线表示的横截面相平行的状态改变为由图3A和3B中的实线表示的状态。
通过带电微粒分析模拟和试验的蒸镀方法，角度α和β最好提前确定以便底基6上的沉积位置位于底基6表面的中部。
在本实施例中，电磁线圈14b′在管9上的安装角度是通过手动调节的。在调节过程中，电磁线圈14b′与管9的横截面之间倾斜度为α和/或β。
图20中的偏转磁场17b的磁过滤器18b是由电磁线圈14b′产生的磁场形成的，其中该磁过滤器18b是通过适当地校正偏转磁场17a而形成的。
由管9的弯曲等引起的漂移影响被由电磁线圈14b′产生的磁铁所消除，其中该漂移包含在等离子体束20b中的电子和离子中，且由磁过滤器18b产生。
通过校正，如图23A和23B中的表示出电子路径的平面图和右侧视图所示，流经管9且到达底基6表面上的电子集中到底基6表面的中心。该离子的沉淀位置位于底基6表面的中心。这样，改善了膜形成特性。
在图4A和4B中，仅给标号为#2和#4的电磁线圈14b′和14d′(即每隔一个电磁线圈)通电。
为确保更精确的漂移校正，如果必要，可使得其它电磁线圈14a和14c也与管9的横截面相倾斜。
在众多电磁线圈中，将一个或多个电磁线圈在X-Y平面内倾斜，其它电磁线圈在X-Z平面内倾斜，这样可校正漂移。
下面参照附图24-27对本发明的另一实施例予以说明。在图24所示的平面图中，相同的附图标记表示与图20中相同或相似的部件。本实施例中的真空电弧蒸镀装置与图20中所示的装置不同之处在于标号为#2的规定磁铁是由电磁线圈14b′形成，而该电磁线圈14b′与管9的横截面相倾斜，以及标号为#4的端磁铁是由电磁线圈14d′形成，而该电磁线圈14b′与等离子体喷射孔13的等离子体喷射平面相倾斜，而不象传统的电磁线圈14d与等离子体喷射平面相平行。
在图24的情况下，等离子体喷射平面平行于图20中的X-Z平面，电磁线圈14d′和电磁线圈14b′以适当的角度在X-Y和/或Y-Z平面内倾斜，以这样的状态被安装到管9上。
当其行进路径通过电磁线圈14b′的磁场校正之后的电子和离子从管9发出时，那些带电微粒在其行进路径上通过电磁线圈14d′的磁场校正之后得以再次校正。因管9的弯曲而带来的驱动影响被进一步地抑制。
特别地，如图25所示，电子和离子的行进路径被从由虚线所示的路径校正到由实线所示的路径，即在标号为#2的电磁线圈14b′的作用下，该电子和离子被校正到更靠近管的中心的路径。在标号为#4的电磁线圈14b′的控制下，该电子和离子直接地前进到后侧且沉淀在底基6表面的中部。
电磁线圈14b′和电磁线圈14d′的尺寸可与其他的电磁线圈14a和14c不同。尤其当为了有效地抑制磁场的垂直离散，电磁线圈14d′的尺寸最好大于其他电磁线圈14a、14b′、14c的尺寸。
下面对分析电子路径的结果予以说明。
对于分析，1)标号为#2的电磁线圈14b′在X-Y平面(水平面)内倾斜；2)标号为#4的电磁线圈14d′在X-Y平面(水平面)内倾斜；3)标号为#2的电磁线圈14b′在X-Y平面(水平面)内倾斜以及标号为#4的电磁线圈14d′在Y-Z平面(垂直面)内倾斜。在场合1)-3)中的电子和离子的路径如图7所示，即用虚线(c)、点划线(d)，以及实线(e)表示。当标号为#2的电磁线圈14b′在X-Y平面内倾斜以及标号为#4的电磁线圈14d′在Y-Z平面内倾斜时，磁场的离散可被抑制。微粒的路径被校正到向上且向中部。完成了很好的校正工作。这种事实得以证实。
i)标号为#2的电磁线圈14b′在X-Y平面(水平面)内倾斜10度；ii)标号为#4的电磁线圈14d′在X-Y平面(水平面)内倾斜10度；iii)标号为#4的电磁线圈14d′在X-Y平面(水平面)内倾斜5度；iv)标号为#2的电磁线圈14b′在X-Y平面(水平面)内倾斜10度，以及标号为#4的电磁线圈14d′在Y-Z平面(垂直面)内倾斜5度。电子和离子在底基6表面上的沉淀位置沿着X、Z轴与中心的偏移量表示在图27中。
在图27中，■为在上述例I)中微粒的沉淀位置的偏移量；▲为在上述例Ii)中微粒的沉淀位置的偏移量；●为在上述例Iii)微粒的沉淀位置的偏移量；◆为当设有与横截面成固定方向的电磁线圈14b、14d时参考的沉淀位置的偏移量。
如图27所示，在Iv)中可获得最好的膜形成特性，且这一点得到证实。
在图27中，供到电磁线圈14b′的电流为40A，供到电磁线圈14d′的电流为30A。
通常，将阴极材料19喷镀且沉淀到底基6表面的中部是令人满意的。在一些底基6中，需要将阴极材料沉淀到远离底基表面中部的位置。在这种情况下，电磁线圈14b′的角度α和/或β根据不同的使用目的来设置，在底基表面上选择一个理想的沉淀位置。
当电磁线圈14b′和14d′倾斜地安装时，可设置用于改变电磁线圈14b′和14d′的安装角的工具。在这种情况下，该工具包括一个夹具，该夹具通过旋转位于X-X平面内的电磁线圈14b′和14d′而改变角度α；另一个夹具，该夹具通过旋转位于Z-Y平面内的电磁线圈21而改变角度β。利用一个或两个夹具来改变电磁线圈的安装角度。根据利用安装角改变部件而制作的实验膜的结果来设定初始的电磁线圈21的安装角度。如果必要，在实际蒸镀期间利用安装角改变部件来改变电磁线圈14b′和14d′的安装角度。
在上述的实施例中，磁铁均由电磁线圈形成。那些磁铁可用永久磁铁形成。
在上述实施例中，当底基6具有较大的面积或多种阴极材料同时淀积时，在垂直排上可设有多个蒸发源11。
考虑到膜形成工作的效率问题，最好通过利用自动控制部件来设置规定磁铁或规定磁铁和端磁铁的安装角度，该自动控制部件是由图20(图24)中的控制单元24中的顺序控制、程序控制等形成，且根据通过厚度仪(未示)测量得到的底基6表面上的膜厚度提前或随着实际膜形成过程来自动地控制两个夹具，或者在膜形成过程中自动地改变电磁线圈的安装角度。
当磁铁由电磁线圈14a、14b′、14c、14d′形成时，根据厚度仪测量的结果，通过利用控制单元24的电流供给控制部件在膜形成期间来控制电磁线圈21和14的线圈电流，且与电磁线圈的安装角度的控制相联系。这样，可确保更加精确的薄膜形成。
如果电磁线圈14a、14b′、14c、14d′的线圈电流的方向在固定的时间间隔内通过控制单元24的电流供给控制部件改变的话，磁场B的方向将被颠倒，同时磁场B的梯度B的方向保持不变。这样，作用在等离子体束23的运输上的漂移的速度得以改变。另外，阴极材料19向底基6表面的行进方向得以改变。这样，膜分布就更加均匀，因此，可进一步地改善膜形成特性。
如果由AC电源向电磁线圈14a、14b′、14c、14d′提供线圈电流，那么，电磁线圈的线圈电流的方向以固定的时间间隔改变而不需要借助电流供给控制部件。
在上述实施例中，管9的横截面为矩形，但是可为圆形、椭圆形等。在这种场合下，每个磁铁的横截面最好呈与管9的横截面相同的圆形、椭圆形等。
在上述实施例中的真空电弧蒸镀装置中，单根管9与真空容器2相连。可替换地，多根管可与真空容器2相连。那些管的端磁铁相对于等离子体喷射孔的等离子体喷射平面倾斜。
为简化说明，在膜形成腔1内设有一个保持器5，通过蒸镀方法在底基6上形成薄膜。显然，本发明可适用于具有多个底基的情形，这一点在参考的公开出版物中的电弧型离子板装置中公开在膜形成腔内设有一个圆柱形旋转的保持器，在保持器的表面上设有多个底基。
在一些膜形成条件下，例如等离子体喷射孔13和底基6之间的距离较小，即使端磁铁小于剩余的磁铁，有时也可获得良好的膜形成特性。在这种情况下，选择的端磁铁自然可小于剩余的磁铁。
在上述实施例中利用曲线形的管9，但是，本发明中也可用弯管来代替。
由上可见，本发明具有下述有用的效果。
在本发明第十七方面的真空电弧蒸镀装置中，在形成磁过滤器18b的磁铁中至少有一个磁铁(电磁线圈14b′)比靠近等离子体喷射孔的端磁铁(电磁线圈14d)更靠近蒸发源11，且可活动地与管9的横截面相倾斜，同时包围着管9。在这种情况下，偏转磁场的方向与通过传统方法产生的磁场的方向不同，其中通过传统方法产生的磁场的方向基本上平行于管的横截面。通过适当地选择磁铁的安装角度，从等离子体束释放出的电子和离子的行进方向得以校正，管9中的磁场产生的漂移现象得以消除，阴极材料的沉淀位置几乎不受漂移的影响。因此，在底基6表面上可形成均匀的膜，从而改善了膜形成特性。
在本发明的真空电弧蒸镀方法中，规定磁铁(电磁线圈14b′)与管9′的横截面相倾斜，端磁铁(电磁线圈14d′)与离子体喷射孔13的等离子体喷射面相倾斜。由端磁铁产生的磁场与传统中端磁铁设置成平行于离子体喷射孔13的等离子体喷射面的情况下产生的磁场不同。通过合适地选择规定磁铁和端磁铁的安装角度，电子和离子的行进方向在由规定磁铁和端磁铁产生的磁场下得以校正。这样，可进一步地改善膜形成特性。
在本发明的真空电弧蒸镀方法中，规定磁铁和/或端磁铁的安装角度是可变化的。因此，规定磁铁和/或端磁铁的安装角度在膜形成过程之前和期间可改变。因此，可形成具有不同膜形成特性的蒸镀薄膜。
在本发明的真空电弧蒸镀方法中，磁铁最好为电磁线圈14a、14b′、14c、14d′。另外，最好能自动地控制规定磁铁和/或端磁铁的安装角度。
该磁铁由电磁线圈14a-14d′形成，控制供到磁铁的电磁线圈14a-14d′上的线圈电流，而该控制与对规定磁铁和/或端磁铁的安装角度的控制相联系。鉴于膜形成特性，该技术特征是最好的。
如果利用多个蒸发源11，可改善膜形成能力，在形成膜时可使用多种阴极材料。
供到形成每个磁铁的电磁线圈14a-14d′上的线圈电流的方向可在固定的时间间隔内改变，这样，阴极材料19的离子的沉淀位置可周期性地改变，最终，在大面积的底基6上可形成均匀的膜。
权利要求
1.一种真空电弧蒸镀方法，包括下述步骤通过电弧放电从蒸发源中蒸发阴极材料，阴极材料位于一个曲线管或弯管的一端上；通过沿着和围绕着该管在其多个位置处设置多个磁铁而形成磁过滤器，该多个磁铁包括端磁铁，该端磁铁最靠近等离子体喷射孔，而该等离子体喷射孔位于该管的另一端；通过该磁过滤器在管内产生偏转磁场；将包括该阴极材料中的离子的等离子体束从该管的一端输送到该等离子体喷射孔，同时，去除由该阴极材料的蒸发所产生的熔滴；使得该端磁铁相对于该等离子体喷射孔的等离子体喷射平面倾斜以便该等离子体束的离子的行进方向被该磁场所控制，该磁场是由该端磁铁所产生的；以及将被控制的该等离子体束中的离子从该等离子体喷射孔释放到膜形成腔内，使该被控制的该等离子体束中的离子淀积到位于该膜形成腔内的底基上。
2.根据权利要求1所述的真空电弧蒸镀方法，其中该端磁铁的安装角度是可改变的。
3.根据权利要求1所述的真空电弧蒸镀方法，其中该端磁铁的尺寸与该其它的磁铁的尺寸不同。
4.根据权利要求1所述的真空电弧蒸镀方法，其中该每个磁铁为电磁线圈。
5.根据权利要求1所述的真空电弧蒸镀方法，其中该端磁铁的安装角度可被自动地控制。
6.根据权利要求1所述的真空电弧蒸镀方法，还包括下述的步骤控制供给每个磁铁的线圈电流，而该控制与对端磁铁的安装角度的控制相联系，每个磁铁由电磁线圈构成。
7.根据权利要求1所述的真空电弧蒸镀方法，其中该蒸发源包括多个蒸发源。
8.根据权利要求6所述的真空电弧蒸镀方法，其中供到每个电磁线圈上的电流方向可按固定的时间间隔改变。
9.一种真空电弧蒸镀装置，包括一其内设有底基的膜形成腔；一曲线管或弯管；至少一个位于该管一端的蒸发源，该蒸发源包括阴极材料，该阴极材料被真空容器中的电弧放电所蒸发；位于管另一端且与该膜形成腔相通的等离子体喷射孔；通过沿着和围绕着该管在其多个位置设置多个磁铁而形成的磁过滤器，该多个磁铁包括最靠近等离子体喷射孔的端磁铁，该磁过滤器在管内产生偏转磁场，该磁过滤器将包括阴极材料中的离子的等离子体束从管的一端输送到等离子体喷射孔，同时，去除由阴极材料的蒸发所产生的熔滴，将该等离子体束中的离子从该等离子体喷射孔释放到膜形成腔内，该离子被吸引到底基上，从而将该阴极材料蒸镀到该底基上，其中最靠近等离子体喷射孔的端磁铁相对于该等离子体喷射孔的喷射面倾斜。
10.根据权利要求9所述的真空电弧蒸镀装置，还包括用于改变沿着和围绕着该管的端磁铁的安装角度的装置。
11.根据权利要求9所述的真空电弧蒸镀装置，其中该端磁铁的尺寸与该其它的磁铁的尺寸不同。
12.根据权利要求9所述的真空电弧蒸镀装置，其中该每个磁铁为电磁线圈。
13.根据权利要求9所述的真空电弧蒸镀装置，还包括控制该端磁铁安装角度的装置。
14.根据权利要求12所述的真空电弧蒸镀装置，还包括用于控制供给每个磁铁线圈的线圈电流的装置，而该控制与对端磁铁的安装角度的控制相联系。
15.根据权利要求9所述的真空电弧蒸镀装置，其中该蒸发源包括多个蒸发源。
16.根据权利要求12所述的真空电弧蒸镀装置，还包括用于按固定的时间间隔改变供到每个电磁线圈上的电流方向的装置。
17.一种真空电弧蒸镀装置，包括一其内设有底基的膜形成腔；一曲线管或弯管；至少一个位于该管一端的蒸发源，该蒸发源包括阴极材料，该阴极材料被真空容器中的电弧放电所蒸发；位于管另一端且与该膜形成腔相通的等离子体喷射孔；通过沿着和围绕着该管在其多个位置设置多个磁铁而形成的磁过滤器，该磁过滤器在管内产生偏转磁场，该磁过滤器将包括阴极材料中的离子的等离子体束从管的一端输送到等离子体喷射孔，同时，去除由阴极材料的蒸发所产生的熔滴，将该等离子体束中的离子从该等离子体喷射孔释放到膜形成腔内，该离子被吸引到底基上，从而将该阴极材料蒸镀到该底基上，其中所述至少一个磁场产生线圈是由多个电磁线圈构成的，该电磁线圈相对于管的横截面以不同的角度倾斜设置，且包围着该管，其中根据磁过滤器所产生的偏转磁场的设置和控制，一个电磁线圈被有选择地通电。
18.根据权利要求17所述的真空电弧蒸镀装置，其中所述多个包围着管的电磁线圈设置成该电磁线圈在垂直于管的横截面的一个或两个平面内以不同的角度倾斜设置。
19.根据权利要求17所述的真空电弧蒸镀装置，其中该多个包围着管的电磁线圈的尺寸不同。
20.根据权利要求17所述的真空电弧蒸镀装置，其中该多个包围着管的电磁线圈的尺寸相同或基本相同。
21.一种真空电弧蒸镀方法，包括下述步骤通过电弧放电从蒸发源中蒸发阴极材料，阴极材料位于曲线管或弯管的一端上；通过沿着和围绕着该管在其多个位置处设置多个磁铁而形成磁过滤器，该多个磁铁包括一个端磁铁以及至少一个规定磁铁，该端磁铁最靠近位于该管的另一端的等离子体喷射孔；通过该磁过滤器在管内产生偏转磁场；将包括该阴极材料中的离子的等离子体束从该管的一端输送到该等离子体喷射孔，同时，去除由该阴极材料的蒸发所产生的熔滴；使得该至少一个规定磁铁相对于该等离子体喷射孔的等离子体喷射平面倾斜以便该等离子体束的离子的行进方向被该磁场所控制，该磁场是由该至少一个规定磁铁所产生的；以及将被控制的该等离子体束中的离子从该等离子体喷射孔释放到膜形成腔内以便该被控制的该等离子体束中的离子淀积到位于该膜形成腔内的底基上。
22.根据权利要求21所述的真空电弧蒸镀方法，其中端磁铁倾斜于等离子体喷射孔的等离子体喷射面，阴极材料的离子行进方向被磁场所控制，其中该磁场是由该至少一个规定磁铁和该端磁铁共同产生的。
23.根据权利要求21所述的真空电弧蒸镀方法，其中所述至少一个规定磁铁和/或端磁铁的安装角度是可变的。
24.根据权利要求21所述的真空电弧蒸镀方法，其中该多个磁铁为电磁线圈。
25.根据权利要求21所述的真空电弧蒸镀方法，其中所述至少一个规定磁铁和/或端磁铁的安装角度可被自动地控制。
26.根据权利要求21所述的真空电弧蒸镀方法，其中该多个磁铁为电磁线圈，供给每个磁铁的线圈电流被控制，而该控制至少与对规定磁铁和/或端磁铁之一的安装角度的控制相联系。
27.根据权利要求21所述的真空电弧蒸镀方法，其中该至少一个蒸发源包括该多个蒸发源。
28.根据权利要求24所述的真空电弧蒸镀方法，其中供到每个电磁线圈上的电流方向可按固定的时间间隔改变。
29.一种真空电弧蒸镀装置，包括一其内设有底基的膜形成腔；一曲线管或弯管；至少一个位于该管一端的蒸发源，该蒸发源包括阴极材料，该阴极材料被真空容器中的电弧放电所蒸发；位于管另一端且与该膜形成腔相通的等离子体喷射孔；通过沿着和围绕着该管在其多个位置设置多个磁铁而形成的磁过滤器，该磁过滤器在管内产生偏转磁场，该磁过滤器将包括阴极材料中的离子的等离子体束从管的一端输送到等离子体喷射孔，同时，去除由阴极材料的蒸发所产生的熔滴，将该等离子体束中的离子从该等离子体喷射孔释放到膜形成腔内，该离子被吸引到底基上，从而将该阴极材料蒸镀到该底基上，其中该多个磁铁包括一个端磁铁以及至少一个规定磁铁，该端磁铁最靠近位于该管的另一端的等离子体喷射孔，至少一个规定磁铁倾斜于该等离子体喷射孔的等离子体喷射面。
30.根据权利要求29所述的真空电弧蒸镀装置，其中该端磁铁倾斜于该等离子体喷射孔的喷射面。
31.根据权利要求29所述的真空电弧蒸镀装置，还包括改变所述至少一个规定磁铁和/或端磁铁的安装角度的装置。
32.根据权利要求29所述的真空电弧蒸镀装置，其中该磁铁为电磁线圈。
33.根据权利要求29所述的真空电弧蒸镀装置，还包括自动控制至少一个规定磁铁的安装角度的装置。
34.根据权利要求32所述的真空电弧蒸镀装置，还包括控制供给每个电磁线圈的线圈电流的装置，而该控制与对所述至少一个规定磁铁和/或端磁铁的安装角度的控制相联系。
35.根据权利要求29所述的真空电弧蒸镀装置，其中设有多个蒸发源。
36.根据权利要求29所述的真空电弧蒸镀装置，还包括按固定的时间间隔改变供到每个电磁线圈上的电流方向的装置。
全文摘要
为防止因磁过滤器的磁场作用而使得膜形成特性的降低，为使得真空电弧蒸镀均匀，本发明中提供多个磁铁，该磁铁包括最靠近管的另一端的等离子体喷射孔的端磁铁以及规定磁铁。最靠近管的另一端的等离子体喷射孔的端磁铁倾斜于等离子体喷射孔的等离子体喷射平面。另外，至少一个规定磁铁倾斜于等离子体喷射平面。此外，至少一个磁场产生线圈是由多个电磁线圈形成的，该电磁线圈相对于管的横截面以不同的角度倾斜。根据由磁过滤器所产生的偏转磁场的设置和控制，有选择地对一个电磁线圈通电。
文档编号C23C14/32GK1424428SQ0216065
公开日2003年6月18日 申请日期2002年11月30日 优先权日2001年11月30日
发明者村上泰夫, 三上隆司, 绪方洁, 村上浩 申请人:日新电机株式会社