专利名称：用于从等离子束中移除大粒子的过滤器的制作方法
技术领域：
本发明概括地涉及用于从等离子束中移除大粒子的过滤器。本发明还涉及用于从等离子束中移除大粒子的方法和电弧沉积设备。
背景技术：
电弧沉积技术已被通常用于生产超硬涂层和纳米复合涂层。然而，已知电弧沉积技术会在等离子束内产生大粒子。这些大粒子消极地影响所获得的涂层的质量，因此期望減少最終涂覆于基底的表面的等离子束中所存在的大粒子的量。现有技术中已经教导公知的从等离子束过滤大粒子的方法。例如，在已知的ー个方法中，等离子束被导引穿过管道的逐渐缓和的弯曲部分以试图从等离子束中滤出大粒子。另一已知方法包括导引等离子束穿过存在于不同平面中的至少两个不同的平缓弯曲部分，仍试图从等离子束中移除大粒子。在所有这些已知方法中，所使用的弯曲部分均是平缓且缓和的以允许对等离子束从源行进到基底的方向进行平滑转换。虽然这些方法的确在ー定程度上从到达基底的等离子束中移除一定百分比的大粒子，但是所有这些方法仍然离某些大粒子敏感应用中所需的在所得涂层中产生期望低水平的大粒子相距甚远。例如，在一些应用中，例如在制造硬盘驱动器中，内部部件必须是干净的并且在硬盘驱动器封装环境内部基本没有大粒子，以避免损害硬盘驱动器的功能。因此，在组装的时候，用于组装硬盘驱动器的各部件都必须非常干净并且其上基本没有可能会妨碍最終硬盘驱动器操作的大粒子。因此，在诸如涂覆硬盘部件的应用中，期望将这些涂层中存在的大粒子的量減少至每平方厘米基底少于2个大粒子(具有0.2微米或更大尺寸)的水平。然而，如上文所提到的，已知的电弧沉积技术中的任一技术都不能实现该期望的結果，因此不能有效地用于涂覆硬盘部件。因此，对克服或至少改善上面所描述的缺点中的ー个或多个提供用于在电弧沉积技术中使用的过滤器存在需求。还对克服或至少改善上面描述的缺点中的ー个或多个提供用于从等离子束中移除大粒子的方法和电弧沉积设备存在需求。
发明内容
根据第一方面，提供了用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器，该过滤器包括用于运送所述等离子束的弯曲管道，弯曲管道包括中间部分，中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，入口部分允许包含大粒子的等离子束以入射方向朝向中间部分行进，出口部分允许所述等离子束从中间部分以出射方向行进，中间部分被配置为使入射方向以超过90°的角度偏离至出射方向，以便当等离子束穿过中间部分时从等离子束中移除大粒子，其中入口平面与出口平面被设置为彼此成偏移角。所公开的过滤器具有三维配置，其中入口与出口被包含超过90度的第一弯曲的中间部分分隔，并且其中入口与出口没有设置在相同的平面上。
有利地，中间部分的方向的急剧变化导致入射的等离子束以超过90°的角度偏离，使得以入射方向行进并具有比等离子束中的其余离子更大惯性的大粒子被移除。此外，成偏移角的入口平面与出口平面的方向变化还导致等离子束偏离，从而移除沿入口平面行进的大粒子。因此，当等离子束行进穿过不同平面上的弯曲时，通过中间部分的弯曲并且还通过入口与中间部分之间的弯曲以及中间部分与出口部分之间的弯曲有利地移除大粒子，从而与包含单个弯曲或者甚至包含设置在入口与出口之间的同一平面上的双弯曲的过滤器相比，増加了大粒子的移除。因此，与过滤器管道被设置在公共平面上的单弯曲或双弯曲过滤器相比较，所公开的过滤器能高效率地移除大粒子。此外，入射等离子束与出射等离子束之间角度的总变化有利地分布在不同平面中的弯曲上。因此，入口部分与中间部分之间的弯曲角、中间部分中的弯曲角、以及中间部分与出口部分之间的弯曲角没有过度明显。这是有利的，原因在于所公开的过滤器没有移除以与不期望的较大的大粒子相同速率的、等离子束中期望的离子，从而与在相同平面上具有连续弯曲的过滤器或者仅具有一个明显的弯曲角的过滤器相比，可以以更快的速度实现涂覆，并且每平方厘米涂层具有更少的大粒子，并且效率更高。有利地，这减少了对制备涂层的靶电弧源的使用，从而降低了成本。还令人惊讶地观察到，当中间部分配置为使入射方向以超过90°的角度偏离至出射方向时，能够从等离子束移除大量大粒子，从而实现每平方厘米涂层具有少于10个大粒子(直径为0.2微米或更大)的涂层。有利地，包括一端连接至入口部分并且另一相对端连接至出口部分的中间部分的弯曲管道的配置允许方向的急剧改变，因此阻止惯性大于等离子束中的其他离子的大多数大粒子跟随方向上的变化。更有利地，已穿过中间部分在出射方向上出现的等离子束基本没有大粒子。在一个实施方式中，中间部分配置为使入射方向以从超过90°到小于180°的角度偏离至出射方向。在一个实施方式中，入口部分与出口部分处于相同的平面。在一个实施方式中，入口平面与出口平面之间的偏移角大于20°。在另ー个实施方式，入口平面与出口平面之间的偏移角在20°至60°之间并且优选在30°至45°之间。在另ー个实施方式，入口部分还包括上游部分，上游部分的一端连接至中间部分以用于将等离子束从电弧源传送至中间部分。上游部分和入口部分可提供从电弧源到中间部分井随后到出口部分的连续路径。上游部分可配置为使等离子束的方向从电弧源以小于90°的角朝向中间部分偏离至入射方向。在一个实施方式中，上游部分配置为阻止已被中间部分过滤的至少ー些大粒子返回到电弧源。有利地，由于这种配置，没有进入出ロ部分的大粒子将不会直接落回电弧源而污染电弧源。相反地，大粒子会聚集在上游部分。更有利地，上游部分在等离子束的方向从电弧源朝向中间部分到入射方向上提供相对平缓的变化，使得在穿过上游部分之后存在于等离子束中等离子的离子不必要的损失最小化。在一个实施方式中，中间部分包括第一延伸部分以用于允许大粒子沿入射方向行进到第一延伸部分。第一延伸部分的纵向轴线可以基本平行于入口部分的纵向轴线。因此，第一延伸部分允许没有被传送到出口部分的大粒子穿过第一延伸部分，并且可以例如通过附接至第一延伸部分的附加移除单元来移除。更有利地，出于清洁的目的或对于管道内包含诸如阻挡装置的附件，第一延伸部分可提供对入口部分和中间部分的接触。
在一个实施方式中，中间部分还包括第二延伸部分，第二延伸部分的纵向轴线基本平行于出口部分的纵向轴线。有利地，出于清洁的目的或对于管道内包含诸如阻挡装置的附件，第二延伸部分可以提供对中间部分与出口部分的接触。在一个实施方式中，入口部分、第一延伸部分、出口部分以及第二延伸部分的纵向轴线相交于单个点。这种配置的存在使得制造相对容易，即，与诸如没有存在第一和第二延伸部分的配置相比，入口部分、第一延伸部分、出口部分以及第二延伸部分一起的这种配置使制造更容易，因此减少了制造成本。在一个实施方式中，出口部分还包括下游部分，下游部分的一端连接至中间部分以用于将等离子束从中间部分传送至基底。在一个实施方式中，下游部分配置为提供从中间部分到基底的连续路径。有利地，下游部分提供用于将出ロ部分与待涂覆的基底连接的连接管路。在一个实施方式中，包括上游部分的入口部分的入口平面与包括下游部分的出ロ部分的出口平面之间的偏移角大于20°。在另ー个实施方式中，入口平面与出口平面之间的偏移角在20°至60°之间并且优选地在30°至45°之间。下游部分可以配置为使等离子束的方向从出射方向以小于90°的角度偏离至朝向基底的方向。下游部分可被配置为对还未被中间部分过滤的至少ー些剰余大粒子进ー步过滤，并从而阻止至少ー些大粒子向下传递到基底。有利地，由于这种配置，下游部分在从出射方向到朝向基底方向的方向上提供相对平缓的变化，使得在穿过下游部分之后存在于等离子束中的等离子的离子不必要的损失最小化，并同时滤除已设法进入出口部分的大粒子。根据第二方面，提供了用于涂覆基底的电弧沉积设备，该设备包括用于生成等离子束的电弧源、用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器以及磁场源，该过滤器包括用于运送等离子束的弯曲管道，弯曲管道包括中间部分，中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，入口部分允许包含大粒子的等离子束以入射方向朝向中间部分行进，出口部分允许等离子束从中间部分以出射方向行进，中间部分被配置为使入射方向以超过90°的角度偏离至出射方向，以便当等离子束穿过中间部分时从等离子束中移除大粒子，其中入ロ平面与出口平面被设置为彼此成偏移角，磁场源用于提供磁场以将等离子束从入射方向转向至出射方向。磁场不仅将ー个平面中的x_y轴上的等离子束从入射方向转向至出射方向，而且磁场还使等离子束沿x-y-z轴从ー个平面漂移至另ー个平面，以使等离子束以三维方式转向。因此，所公开的过滤器的入口平面与出口平面以跟随等离子束的三维弯曲的方向有利地偏移，从而可补偿由磁场导致的漂移。因此，所公开的电弧沉积设备在等离子束中经受期望离子的最小损失，并且在利用靶电弧源的情况下，电弧沉积设备的生产量可增加约一倍至两倍。有利地，由于过滤器的配置跟随等离子束的弯曲，所以等离子可以被有效地运送至基底。此外，由于等离子束穿过所公开的过滤器的弯曲，所以可有效地移除等离子束中的大粒子。有利地，第二方面的电弧沉积设备能够产生基本没有大粒子的涂层。在一个实施方式中，第二方面的电弧沉积设备产生每平方厘米涂层具有少于10个大粒子的涂层、每平方厘米涂层具有少于8个大粒子的涂层、每平方厘米涂层具有少于6个大粒子的涂层、每平方厘米涂层具有少于4个大粒子的涂层、每平方厘米涂层具有少于2个大粒子的涂层、或者每平方厘米涂层具有少于1.8个大粒子的涂层，其中大粒子为0.2微米或大于0.2微米。电弧沉积设备的弯曲管道还可附加地包括其他附加部分和/或如上所述的部分。因此，当管道包括如上所述的其他部分时，上游部分、入口部分、中间部分、出口部分以及下游部分可以形成用于允许等离子束从电弧源行进至基底的连续路径。根据第三方面，提供了从等离子束中过滤大粒子的方法，该方法包括以下步骤:生成其内包含大粒子的等离子束；将其内包含有大粒子的等离子束传送穿过用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器，过滤器包括用于运送等离子束的弯曲管道，弯曲管道包括中间部分，中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，入口部分允许包含大粒子的等离子束以入射方向朝向中间部分行进，出ロ部分允许等尚子束从中间部分以出射方向行进，中间部分被配置为使入射方向以超过90°的角度偏离至出射方向，以便当等离子束穿过中间部分时从等离子束中移除大粒子，其中入口平面与出口平面被设置为彼此成偏移角；以及对等离子束施加磁场以将等离子束从入射方向转向至出射方向，以使出口部分中的大粒子的量与入口部分中的大粒子的量相比较更少。根据第四方面，提供了产生每平方厘米涂层具有少于2个直径为0.2微米或大于0.2微米的大粒子的涂层的方法，方法包括以下步骤:生成其内包含有大粒子的等离子束；将其内包含有大粒子的等离子束传送穿过用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器，过滤器包括用于运送等离子束的弯曲管道，弯曲管道包括中间部分，中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，入口部分允许包含大粒子的等离子束以入射方向朝向中间部分行进，出口部分允许等离子束从中间部分以出射方向行进，中间部分被配置为使入射方向以超过90°的角度偏离至出射方向，以便当等离子束穿过中间部分时从等离子束中移除大粒子，其中入口平面与出口平面被设置为彼此成偏移角；对等离子束施加磁场以将等离子束从入射方向转向至出射方向，以使出ロ部分中的大粒子的量与入口部分中的大粒子的量相比较更少；以及通过以出射方向行进的等离子束涂覆基底以产生每平方厘米涂层中具有少于2个直径为0.2微米或大于0.2微米的大粒子的涂层。根据第六方面，提供了本文中公开的过滤器、电弧沉积设备和方法来涂覆硬盘部件的用途。根据第七方面，提供了用于从等离子束中过滤大粒子的管道，该管道包括具有用于允许等离子束穿过其中的连续路径的部分、以及单个弯曲部，单个弯曲部位于所述部分中并被配置为允许等离子束沿连续路径以第一方向朝向单个弯曲部行进，在穿过所述弯曲部之后，沿连续路径以第二方向行进，其中第二方向与第一方向偏离超过90°的角度。定义本文所使用的以下词语与术语具有所指示的含义:如本文所使用的术语“大粒子(macro-particle)”指的是尺寸或直径为200纳米及200纳米以上的粒子。
本文中使用的术语“偏离”指的是偏离预定的参考点。例如，“使第一方向偏离至第二方向”指的是从第一方向至第二方向偏离。因此偏离的角度还应相应地理解为指的是方向从第一方向改变到第二方向的角度。词语“基本(substantialIy)”不排除“完全地”，例如“基本没有” Y的制成可以是完全没有Y。当需要时，可以从本发明的限定中忽略词语“基本”。除非另外指定，术语“包括(comprising)”和“包括(comprise)”以及其语法变型，旨在表示“开放性”或“包含性”的语言以使它们不仅包括所述的元素而且准许包括另外的未提及的元素。如本文所使用的术语“约(about)”，在制剂组分的浓度的上下文中，通常指所述值的+/_5%，更通常指所述值的+/_4%，更通常指所述值的+/_3%，更通常指所述值的+/_2%，甚至更通常指所述值的/_1%，甚至更通常指所述值的+/-0.5%。在整个本公开中，某些实施方式可以以范围的形式公开。应该理解以范围形式的描述仅是为了方便和简洁，并不应被解释为对所公开范围的范畴的严格限制。因此，对范围的描述应当被认为具体公开了该范围内所有可能的子范围和单个的数值。例如，例如从I到6的范围描述应当被认为具体公开了诸如I到3、I到4、I到5、2到4、2到6、3到6等的子范围，以及该范围内的单个数字，例如1、2、3、4、5和6。这不论范围的宽度均适用。实施方式详述现将公开用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器、电弧沉积设备以及用于从等离子束中过滤大粒子的方法的示例性的、非限制性的实施方式。提供了用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器，该过滤器包括用于运送所述等离子束的弯曲管道，弯曲管道包括中间部分，中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，入口部分允许包 含大粒子的等离子束以入射方向朝向中间部分行进，出口部分允许所述等离子束从中间部分以出射方向行进，中间部分被配置为使入射方向以超过90°的角度偏离至出射方向，以便当等离子束穿过中间部分时从等离子束中移除大粒子，其中入口平面与出口平面被设置为彼此成偏移角。出射方向可以与入射方向偏尚角度X，角度X 选自 90° <X〈180。,100° ^ X ^ 170°、110° 彡 X彡 160。、120° 彡 X彡 150。以及130° ^ 140°。在一个实施方式中，角度X约为135°。在另一个实施方式，角度X选自149°、120°和160°。在又一个实施方式中，角度X约为120°。在一个实施方式中，入口部分包括上游部分，上游部分的一端连接至中间部分以用于将等离子束从电弧源传送至中间部分。上游部分可以配置为使等离子束的方向从电弧源以小于90°的角偏离至中间部分的入射方向。入射方向可以与来自电弧源的等离子束的方向偏离角度Y，角度Y选自0° <Y<90°、10°彡Υ<80°、20°彡Υ<70°、30°彡Y彡60°以及40°彡Y彡50°。在一个实施方式中，角度Y约为45°。在入口部分包括上游部分的实施方式中，包括上游部分的入口部分的入口平面与出口平面之间的偏移角A可以是偏移的。在一个实施方式中，平面之间的偏移角A约大于20°。在另一个实施方式中，偏移角A选自20° <Α〈90°、20° <Α<80°、20° <Α<70°、20。〈Α彡60。、30。彡A彡60。、30。彡A彡50。以及30。彡A彡45。。在一个实施方式中，偏移角A在约30°与约45°之间。
在一个实施方式中，中间部分包括第一延伸部分以用于允许大粒子沿入射方向行进到延伸部分。第一延伸部分的纵向轴线可以基本平行于入口部分的纵向轴线。在一个实施方式中，大粒子可以在从入口部分到第一延伸部分的直线路径上行进。第一延伸部分可具有闭合端部，当期望接触中间部分和入口部分时，该闭合端部可以可选地开放。在一个实施方式中，中间部分还包括第二延伸部分，第二延伸部分的纵向轴线基本平行于出口部分的纵向轴线。在一个实施方式中，从第二延伸部分到出口部分之间存在直线路径。第二延伸部分可具有闭合端部，当期望接触中间部分与出口部分时，该闭合端部可以可选地开放。在一个实施方式中，入口部分、第一延伸部分、出口部分以及第二延伸部分的纵向轴线相交于单个点，从而得到“X”形的弯曲管道。在仅存在入口部分、中间部分和出口部分的另一实施方式中，入口部分和出口部分的纵向轴线相交于单个点以形成“〉”形弯曲管道。在仅存在入口部分、第一延伸部分、中间部分和出口部分的另一实施方式中，入口部分、第一延伸部分以及出口部分的纵向轴线相交于单个点以形成“Y”形管道。应该注意，本文中提供的符号和“Y”仅用于一般说明性目的，而决不用来限制或限定以符号“X”、“〉”和“Y”所示的线之间的角度。在一个实施方式中，出口部分还包括下游部分，下游部分的一端连接至中间部分以用于将等离子束从中间部分传送至基底。下游部分可以配置为使等离子束的方向从出射方向以小于90°的角度Z偏离至朝向基底的方向。角度Z可以选自0° <Z<90°、
10。≤Z≤80。、20。≤Z≤70。、30。≤Z≤60。以及40。≤Z≤50。。在一个实施方式中，角度Z约为45°。在出口部分包括下游部分的实施方式中，入口平面与包括下游部分的出口部分的出口平面之间的偏移角A可以是偏移的。在一个实施方式中，平面之间的偏移角B约大于20°。在另一个实施方式中，偏移角B选自20° <B〈90°、20° <B<80°、20° <B<70°、20。〈B≤60。、30。≤B≤60。、30。≤B≤50。以及30。≤B≤45。。在一个实施方式中，角度B在约30°与约45°之间。在入口部分包括上游部分并且出口部分包括下游部分的实施方式中，包括上游部分的入口部分的入口平面与包括下游部分的出口部分的出口平面之间的偏移角大于20°。在另一个实施方式中，入口平面与出口平面之间的偏移角在20°到60°之间并且优选地在30。到45。之间。本文中描述的弯曲管道可以为环形的。在一个实施方式中，从入口部分到出口部分可能没有单一视线。在一个实施方式中，等离子束从电弧沉积源行进到上游部分的平面与等离子束从入口部分行进到出口部分的平面是不平行的。在另一个实施方式中，从入口部分行进至出口部分的等离子束与从下游部分行进至基底的等离子束处于同一平面上。上游部分、入口部分、中间部分、出口部分以及下游部分可以具有基本相同的直径或具有完全不同的直径。弯曲管道的上游部分、入口部分、中间部分、出口部分以及下游部分的直径可以独立地选自由以下范围的直径构成的组，从约50mm到约250mm的范围、从约60mm到约240mm的范围、从约70mm到约230mm的范围、从约80mm到约220mm的范围、从约90mm到约210mm的范围、从约IOOmm到约200mm的范围、从约120mm到约180mm的范围、从约140mm到约160mm的范围或从约140mm到约150mm的范围。
弯曲管道及其个别部分可以由具有很少或没有磁场屏蔽效果的任何材料制成。优选地，弯曲管道及其个别部分由对于电离基本是惰性的材料制成以在电弧沉积期间避免污染等离子束。弯曲管道及其个别部分可由能够经受真空条件诸如Al、Cu和其他金属或它们的合金的材料制成。在一个实施方式中，弯曲管道及其个别部分由不锈钢制成。弯曲管道内还可以存在衬垫。在一个实施方式中，衬垫是可拆卸的以便清洁并阻止长期沉积物堆积在管壁上。衬垫可以是正偏压的，典型地正偏压在约IOV至约30V之间，以在衬垫与等离子束中的正离子之间产生排斥，从而增加等离子穿过弯曲管道的流动性。衬垫还可适于进一步增强从等离子束中过滤大粒子。在一个实施方式中，衬垫由一系列具有向外突出到管道内部并向后且朝向靶倾斜的凸缘的环制成。衬垫可以由例如在12点钟和6点钟、然后在3点钟和9点钟方向交替地围绕其外围联接的一系列环制成。在一个实施方式中，衬垫是柔性的并且适于推入管道并且围绕管道弯曲。还提供了用于涂覆基底的电弧沉积设备，该设备包括用于产生等离子束的电弧源、上文所限定的过滤器、以及用于提供磁场以将等离子束从入射方向转向至出射方向的磁场源。所公开的电弧沉积设备可使生成量或电弧源的靶利用率增加约一倍至两倍。这是有利的，因为靶电弧源可能是昂贵的铬或石墨。因此，唯一公开的弯曲成本效率更高。可以通过曲线型磁场沿管道的长度引导等离子束。可替代地，等离子束可以通过正交的电磁场引导。还可在弯曲管道上设置线圈以提供用于等离子束的磁转向场。这些线圈可以可选地是水冷式的。可替代地，也可使用永磁体。所施加的磁场强度可以在从约20高斯到约100高斯的范围内、约30高斯到约90高斯的范围内、约30高斯到约80高斯的范围内、约30高斯到约70高斯的范围内、约40高斯到约60高斯的范围内、约30高斯到约60高斯的范围内或从约30高斯到约50高斯的范围内。在一个实施方式中，电弧源、过滤器以及基底均处于真空条件。电弧沉积设备还可以包括流体地密封电弧源、过滤器和基底的真空室。还可以提供真空装置以在电弧沉积设备中产生真空条件。所产生的真空压强可以是约10_6托(Torr)到10_5托。电弧沉积设备还可包括用于保持基底的基底保持件。在电弧沉积设备为阴极电弧沉积设备的一个实施方式中，还可存在用于冷却阴极的装置。在另一个实施方式，电弧沉积设备还包括用于对过滤器管道应用正偏压的装置。电弧电源可以连接至源，并提供使用位于真空室内的可移动撞针实现的用于电弧和用于引弧(点火)的电力。在一个实施方式中，电弧电流为约从20安培到约200安培、从30安培到约150安培、从40安培到约100安培或从50安培到约80安培，并且电流的变化改变基底上离子的沉积速率。电弧电压还是材料相关的，并且对于任何给定的电弧源设置电弧电压不会改变到相当窄的范围之外。使用碳靶时，电弧电压通常约为29V。在一个实施方式中，设备还包括位于该设备的真空室壁处或附近并且在阴极靶与等离子管道之间的阻挡装置以减少等离子束中的大粒子和离子行进的杂乱方向。在一个实施方式中，阻挡装置是不传导的，例如由陶器或PTFE制成。阻挡装置可以是非金属，例如由石墨或陶器制成。在另一个实施方式，阻挡装置是可拆卸的以便清洁。该设备还可使得气体电离能够在电弧中发生。因此，在一个实施方式中，在真空室中存在包括进气口的气体引入设备。
还提供了从等离子束中过滤大粒子的方法，该方法包括以下步骤:产生其内包含大粒子的等离子束；将其内包含大粒子的等离子束传送穿过上文所限定的过滤器；以及对等离子束施加磁场以将等离子束从入射方向转向至出射方向，以使出口部分中的大粒子的量与入口部分中的大粒子的量相比较更少。在一个实施方式中，本文所描述的过滤器、电弧沉积设备以及方法能够产生以下涂层，每平方厘米涂层少于约10个大粒子、每平方厘米涂层少于约8个大粒子、每平方厘米涂层少于约6个大粒子、每平方厘米涂层少于约4个大粒子、每平方厘米涂层少于约2个大粒子或者每平方厘米涂层少于约1.8个大粒子，其中大粒子为约0.2微米或大于0.2微米、约0.5微米或大于0.5微米、约0.8微米或大于0.8微米、约I微米或大于I微米、约2微米或大于2微米、约3微米或大于3微米、约4微米或大于4微米、约5微米或大于5微米、约6微米或大于6微米、约7微米或大于7微米、约8微米或大于8微米、约9微米或大于9微米、约10微米或大于10微米。在一个实施方式中，本文中描述的过滤器、电弧沉积设备以及方法能够产生每平方厘米涂层具有少于约1.8个大粒子的涂层，其中大粒子为约0.2微米或大于0.2微米。作为比较，例如在W096/26531中所公开的、没有配置成使入射方向以超过90°的角度偏离至出射方向的中间部分的已知双弯曲过滤器，产生每平方厘米涂层具有约10倍以上的大粒子的涂层，其中大粒子为约0.2微米或大于0.2微米。附图简要说明附图示出了所公开的实施方式并用于阐述所公开的实施方式的原理。然而，应该理解，设计附图仅是为了说明的目的，而不是作为对本发明限定的定义。
图1A示出了本文中公开的过滤器的一个实施方式的侧视图；图1B示出了从组件114的端部观看并沿线A-A所取的图1A的过滤器的剖视图；图1C示出了图1A的过滤器的正交视图；图1D示出了图1A的过滤器的立体图；图1E示出了图1C的过滤器上的磁场的配置；图2A示出了本文中公开的过滤器的另一实施方式的侧视图；图2B示出了从组件214的端部观看并沿线A-A所取的图2A的过滤器的剖视图；图2C示出了图2A的过滤器上的磁场的配置；图3示出了本文中公开的过滤器的又一实施方式的侧视图；图4A示出了本文中公开的电弧沉积设备的一个实施方式的侧视图；图4B示出了从组件414的端部观看图4A的电弧沉积设备的另一视图。附图详细说明参照图1A、1B、1C和1D，示出了本文中公开的用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器100的一个实施方式。过滤器100包括弯曲管道，弯曲管道具有第一部分102，第一部分102被限定在第二部分104与第三部分106之间。第一部分102将沿第二部分104以第一方向(箭头A)行进的等离子束引导为沿第三部分106的第二方向(箭头B)，从而第二方向(箭头B)以120°角(角X)偏离第一方向(箭头A)。弯曲管道还包括第四部分108，第四部分108被限定在第五部分110与第二部分104之间。从附图可以看出，第五部分110的纵向轴线不平行于第二部分104的纵向轴线，而是彼此成30°角(角Y)。第四部分108配置为将沿箭头E进入并沿第五部分110以第三方向(箭头C)行进的等离子束引导为沿第二部分104的第一方向(箭头A)，从而第一方向(箭头A)以30°角(角Y)偏离第三方向(箭头C)。从沿线A-A所取的剖视1B可以看到，第五部分110所处的平面109和第二部分104所处的平面111是偏移的并且彼此形成30°角。从图1D也可以清楚地看到过滤器100的三维配置。弯曲管道还包括第六部分112，第六部分112连接至第一部分102以允许大粒子从第二部分104行进到第六部分112。从附图可以看出，第六部分112的纵向轴线与第二部分104的纵向轴线彼此平行。更具体地，第六部分112与第二部分104共享相同的纵向轴线。弯曲管道还包括第七部分114，第七部分114连接至第一部分102，其中第七部分114的纵向轴线与第三部分106的纵向轴线彼此平行。更具体地，第七部分114与第三部分106共享相同的纵向轴线。从图中还可以看到，第二部分104、第三部分106、第六部分112以及第七部分114的纵向轴线相交于单个点。弯曲管道还包括第八部分116，第八部分116被限定在第三部分106与第九部分118之间。从附图可以看出，第九部分118的纵向轴线不平行于第三部分106的纵向轴线，而是彼此形成40°角(角Z)。第八部分116配置为将沿第三部分106以第二方向(箭头B)行进的等离子束引导为沿第九部分118的第四方向(箭头D)，从而第四方向(箭头D)以40°角(角Z)偏离第二方向(箭头B)。根据需要，在整个管道的不同部分中还可存在阻挡装置120。阻挡装置120可通过位于部分112与部分114的端部处的开口插入弯曲管道的不同部分。在使用时，包含大粒子的等离子束沿箭头E进入过滤器100，首先在平面109上沿第五部分Iio以第三方向(箭头C)行进、穿过第四部分108、然后在平面111上沿第二部分104以第一方向(箭头A)行进、在再次改变方向以沿第三部分106以第二方向(箭头B)行进前仍在平面111上穿过第一部分102。第一部分102导致等离子束的方向的急剧变化(超过90° )。因为方向急剧地改变，所以比等离子束中的正离子质量更大并因而具有更大惯性的大粒子继续它们朝向第六部分112的路径，而方向基本没有偏离。因此，大量大粒子从等离子束被移除，导致沿第三部分106以第二方向(箭头B)行进的等离子束具有很少或没有大粒子。然后等离子束从第三部分106朝向第八部分116行进，并改变方向到第四方向(箭头D)，沿第九部分118前进。然后，放置在第九部分118的端部处的基底(未示出)被基本没有大粒子的等离子束涂覆。第九部分118充当将等离子束从第三部分106引导至固定的基底的连接臂。第八部分116还可移除设法进入第三部分106的任何剩余的大粒子。参照图1E，示出了图1C的过滤器上的磁场的配置。需要磁场将等离子束从由箭头A指示的第一方向转向至由箭头B指示的第二方向。符号Θ指示磁场从纸面中离开的方向，而符号 指示磁场进入纸面的方向。封闭区域1、2、3以及4的磁场强度在20高斯至100高斯内。参照图2A与图2B，示出了本文中公开的用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器200的另一实施方式。过滤器200包括弯曲管道,该弯曲管道包括第一部分202,第一部分202被限定在第二部分204与第三部分206之间。第一部分202将沿第二部分204以第一方向(箭头A)行进的等离子束引导为沿第三部分206的第二方向(箭头B)，从而第二方向(箭头B)以121.6°角(角X)偏离第一方向(箭头A)。弯曲管道还包括第四部分208，第四部分208被限定在第五部分210与第二部分204之间。从附图可以看出，位于平面209上的、第五部分210的纵向轴线偏移至位于平面211上的、第二部分204的纵向轴线并且彼此形成20°角(角Y)。第四部分208配置为将沿第五部分210以第三方向(箭头C)行进的等离子束引导为沿第二部分204的第一方向(箭头A)，从而第一方向(箭头A)以20°角(角Y)偏离第三方向(箭头C)。从图2B可清楚地看到过滤器200的三维配置。第五部分210所处的平面209与第二部分204所处的平面211是偏移的并且彼此形成20°的角。弯曲管道还包括第六部分212，第六部分212连接至第一部分202，以允许大粒子从第二部分204行进到第六部分212。从附图可以看出，第六部分212的纵向轴线与第二部分204的纵向轴线彼此平行。更具体地，第六部分212与第二部分204共享相同的纵向轴线。弯曲管道还包括第七部分214，第七部分214连接至第一部分202，第七部分214的纵向轴线与第三部分206的纵向轴线彼此平行。更具体地，第七部分214与第三部分206共享相同的纵向轴线。从图中还可以看到，第二部分204、第三部分206、第六部分212以及第七部分214的纵向轴线相交于单个点。在使用时，包含大粒子的等离子束沿箭头E进入过滤器，首先在平面209上沿第五部分210以第三方向(箭头C)行进、穿过第四部分208、然后在平面211上沿第二部分204以第一方向(箭头A)行进、在再次改变方向以沿第三部分206以第二方向(箭头B)行进前仍在平面211上穿过第一部分202。第一部分202导致等离子束的方向急剧改变(超过90° )。因为方向急剧地改变，所以比等离子束中的正离子质量更大并因而具有更大惯性的大粒子继续它们朝向第六部分212的路径，而方向基本没有偏离。因此，大量大粒子从等离子束移除，导致沿第三部分206以第二方向(箭头B)行进的等离子束具有很少或没有大粒子。参照图2C，示出了图2A的过滤器上的磁场的配置。需要磁场将等离子束从由图2A的箭头A所指示的第一方向转向至由图2A的箭头B所指示的第二方向。符号Θ指示磁场从纸面离开的方向，而符号 指示磁场进入纸面的方向。封闭区域1、2以及3的磁场强度在20高斯至100高斯内。现在参照图3，示出了本文中公开的用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器300的又一实施方式。过滤器300包括弯曲管道,该弯曲管道包括第一部分302,第一部分302被限定在第二部分304与第三部分306之间。第一部分302将沿第二部分304以第一方向(箭头A)行进的等离子束引导成沿第三部分306的第二方向(箭头B)，从而第二方向(箭头B)以120°角(角X)偏离第一方向(箭头A)。弯曲管道还包括第四部分308，第四部分308被限定在第五部分310与第二部分304之间。从附图可看到，第五部分310的纵向轴线不平行于第二部分304的纵向轴线而彼此形成小于90°的角。第四部分308配置为将沿第五部分310以第三方向(箭头C)行进的等离子束引导成沿第二部分304的第一方向(箭头A)，从而第一方向(箭头A)以小于90°的角偏离第三方向(箭头C)。弯曲管道还包括第六部分312，第六部分312连接至第一部分302，以用于允许大粒子从第二部分304行进到第六部分312。从附图可看到，第六部分312的纵向轴线与第二部分304的纵向轴线彼此平行。更具体地，第六部分312与第二部分304共享相同的纵向轴线。弯曲管道还包括第七部分314，第七部分314连接至第一部分302，第七部分314的纵向轴线与第三部分306的纵向轴线彼此平行。更具体地，第七部分314与第三部分306共享相同的纵向轴线。从图中还可以看到，第二部分304、第三部分306、第六部分312以及第七部分314的纵向轴线相交于单个点。在使用时，包含大粒子的等离子束沿箭头E进入过滤器300，首先沿第五部分310以第三方向(箭头C)行进、穿过第四部分308、然后沿第二部分304以第一方向(箭头A)行进、在再次改变方向以沿第三部分306以第二方向(箭头B)行进前穿过第一部分302。第一部分202导致等离子束的方向急剧改变(超过90° )。因为方向急剧地改变，所以比等离子束中的正离子质量更大并因而具有更大惯性的大粒子继续它们朝向第六部分312的路径，而方向基本上没有偏离。因此，大量大粒子从等离子束移除，导致沿第三部分306以第二方向(箭头B)行进的等离子束具有很少或没有大粒子。现在参照图4A和图4B，其示出了本文中公开的电弧沉积设备400的一个实施方式。该电弧沉积设备也包括具有类似于如上所述并基于类似工作原理而构造的弯曲管道的过滤器。参考标记402、404、406、408、410、412和414分别对应于第一部分、第二部分、第三部分、第四部分、第五部分、第六部分和第七部分。第五部分410直接地附接至用于产生包含正离子的等离子束的阴极电弧源420。所使用的阴极电弧源420可以是本领域通常使用的阴极电弧源。在W096/26531和US6，736，949中公开了阴极电弧源的示例，W096/26531和US6, 736，949通过引用并入本文。应用本文公开的过滤器、电弧沉积设备和方法对从等离子束中移除大量大粒子是简单而又有效的。有利地，本文公开的过滤器、电弧沉积设备和方法能够产生每平方厘米涂层具有少于1.8个直径为0.2微米或大于0.2微米的大粒子的涂层。因此，本文中公开的过滤器、电弧沉积设备和方法可以用于超净应用，例如用于不能容许大量大粒子存在的涂层硬盘部件的超净应用。与其他涂覆方法相比，本文中公开的电弧沉积设备和方法还能具有相对更高的沉积率，并且还能够生成小于2nm的薄涂膜。这种特征尤其有益于用在工业规模的硬盘部件的涂覆中。此外，因为用于本文公开的过滤器、电弧沉积设备和方法的电弧电流的工作范围通常在约50安培到约80安培之间，其高于目前已知的过滤器的典型工作范围(约20安培到35安培)，所以与传统过滤器、电弧沉积设备和电弧沉积方法相比，在电弧稳定性方面存在较大改进。虽然已经合理地尽力描述本发明的等同实施方式，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，在阅读以上公开内容后，可以对本发明作出各种其他修改和改动而不背离本发明的精神和范围，并且所有这些修改和改动都应视为落入所附权利要求书的范围。
权利要求
1.用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器，所述过滤器包括用于运送所述等离子束的弯曲管道，所述弯曲管道包括中间部分，所述中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，所述入口部分允许包含大粒子的所述等离子束以入射方向朝向所述中间部分行进，所述出口部分允许所述等离子束从所述中间部分以出射方向行进，所述中间部分被配置为使所述入射方向以超过90°的角度偏离至所述出射方向，以便当所述等离子束穿过所述中间部分时从所述等离子束中移除大粒子，其中所述入口平面与所述出口平面被设置为彼此成偏移角。
2.如权利要求1所述的过滤器，其中所述入口平面与所述出ロ平面之间的所述偏移角大于20°。
3.如权利要求2所 述的过滤器，其中所述入口平面与所述出ロ平面之间的所述偏移角在20。至60。之间。
4.如权利要求3所述的过滤器，其中所述入口平面与所述出ロ平面之间的所述偏移角在30。到45。之间。
5.如以上权利要求中任一项所述的过滤器，其中所述中间部分被配置为使所述入射方向以从大于90°到小于180°的角度偏离至所述出射方向。
6.如以上权利要求中任一项所述的过滤器，其中所述入口部分与所述出口部分处于相同的平面。
7.如以上权利要求中任一项所述的过滤器，其中所述入口部分包括上游部分，所述上游部分的一端连接至所述中间部分以用于将所述等离子束从电弧源传送至所述中间部分。
8.如权利要求7所述的过滤器，其中所述上游部分被配置为使等离子束的方向从所述电弧源以小于90°的角偏离至所述中间部分的所述入射方向。
9.如权利要求7或8中任一项所述的过滤器，其中所述上游部分被配置为阻止已被所述中间部分过滤的至少ー些大粒子返回到所述电弧源中。
10.如以上权利要求中任一项所述的过滤器，其中所述中间部分包括第一延伸部分以用于允许大粒子沿所述入射方向行进到所述延伸部分。
11.如权利要求10所述 的过滤器，其中所述第一延伸部分的纵向轴线基本平行于所述入口部分的纵向轴线。
12.如权利要求10至11中任一项所述的过滤器，其中所述中间部分还包括第二延伸部分，所述第二延伸部分的纵向轴线基本平行于所述出口部分的纵向轴线。
13.如以上权利要求中任一项所述的过滤器，其中所述出ロ部分还包括下游部分，所述下游部分的一端连接至所述中间部分以用于将所述等离子束从所述中间部分传送至基底。
14.如权利要求13所述的过滤器，其中所述下游部分被配置为使所述等离子束的方向从所述出射方向以小于90°的角度偏离至朝向所述基底的方向。
15.如权利要求13或14中任一项所述的过滤器，其中所述下游部分被配置为对还未被所述中间部分过滤的至少ー些剰余大粒子进ー步过滤，并从而阻止所述至少ー些大粒子向下传递到所述基底。
16.用于涂覆基底的电弧沉积设备，所述设备包括: 电弧源，用于产生等离子束；过滤器，用于从等离子束中过滤大粒子，所述过滤器包括用于运送所述等离子束的弯曲管道，所述弯曲管道包括中间部分，所述中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，所述入口部分允许包含大粒子的所述等离子束以入射方向朝向所述中间部分行迸，所述出口部分允许所述等离子束从所述中间部分以出射方向行进，所述中间部分被配置为使所述入射方向以超过90°的角度偏离至所述出射方向，以便当所述等离子束穿过所述中间部分时从所述等离子束中移除大粒子，其中所述入口平面与所述出口平面被设置为彼此成偏移角；以及 磁场源，用于提供磁场以将所述等离子束从所述入射方向转向至所述出射方向。
17.如权利要求16所述的电弧沉积设备，其中所述入口平面与所述出ロ平面之间的所述偏移角大于20°。
18.如权利要求16或17中任一项所述的电弧沉积设备，其中所述中间部分被配置为使所述入射方向以从大于90°到小于180°的角偏离至所述出射方向。
19.如权利要求16至18中任一项所述的电弧沉积设备，其中所述入口部分与所述出ロ部分处于相同的平面。
20.如权利要求16至19中任一项所述的电弧沉积设备,其中所述入口部分包括上游部分，所述上游部分的一端连接至所述中间部分以用于将所述等离子束从电弧源传送至所述中间部分。
21.如权利要求20所述的电弧沉积设备，其中所述上游部分被配置为使来自所述电弧源的等离子束的方向以小于90°的角偏离所述中间部分的所述入射方向。
22.如权利要求20或21中任一项所述的电弧沉积设备，其中所述上游部分被配置为阻止已被所述中间部分过滤的至少ー些大粒子返回到所述电弧源中。
23.如权利要求16至22中任一项所述的电弧沉积设备，其中所述中间部分包括第一延伸部分以用于允许大粒子沿所述入射方向行进到所述延伸部分。
24.如权利要求23所述的电弧沉积设备，其中所述第一延伸部分的纵向轴线基本平行于所述入口部分的纵向轴线。
25.如权利要求16至24所述的电弧沉积设备，其中所述中间部分还包括第二延伸部分，所述第二延伸部分的纵向轴线基本平行于所述出口部分的纵向轴线。
26.如权利要求16至25中任一项所述的电弧沉积设备，其中所述弯曲管道还包括下游部分，所述下游部分一端连接至所述出ロ部分以用于将所述等离子束从所述出口部分传送至基底。
27.如权利要求26所述的电弧沉积设备，其中所述下游部分被配置为使所述等离子束的方向从所述出射方向以小于90°的角度偏离至朝向所述基底的方向。
28.如权利要求26或27中的任一项所述的电弧沉积设备，其中所述下游部分被配置为对还未被所述中间部分过滤的至少ー些剰余大粒子进ー步过滤，并从而阻止所述至少ー些大粒子向下传递到所述基底。
29.如权利要求26至28中任一项所述的电弧沉积设备，其中所述上游部分、入口部分、中间部分、出口部分和下游部分形成用于允许所述等离子束从所述电弧源行进到所述基底的连续路径。
30.从等离子束中移除大粒子的方法，所述方法包括以下步骤: 产生其内包含大粒子的等离子束； 将其内包含有大粒子的所述等离子束传送穿过用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器，所述过滤器包括用于运送所述等离子束的弯曲管道，所述弯曲管道包括中间部分，所述中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，所述入口部分允许包含大粒子的所述等离子束以入射方向朝向所述中间部分行进，所述出口部分允许所述等离子束从所述中间部分以出射方向行进，所述中间部分被配置为使所述入射方向以超过90°的角度偏离至所述出射方向，以便当所述等离子束穿过所述中间部分时从所述等离子束中移除大粒子，其中所述入口平面与所述出口平面被设置为彼此成偏移角；以及 对所述等离子束施加磁场以将所述等离子束从所述入射方向转向至所述出射方向，以使所述出ロ部分中的大粒子的量与所述入ロ部分中的大粒子的量相比较更少。
31.产生每平方厘米涂层具有少于2个直径为0.2微米或大于0.2微米的大粒子的涂层的方法，所述方法包括以下步骤: 生成其内包含有大粒子的等离子束； 将其内包含有大粒子的所述等离子束传送穿过用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器，所述过滤器包括用于运送所述等离子束的弯曲管道，所述弯曲管道包括中间部分，所述中间部分的一端连接至具有设置在入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置在出口平面上的纵向轴线的出口部分，所述入口部分允许包含大粒子的所述等离子束以入射方向朝向所述中间部分行进，所述出口部分允许所述等离子束从所述中间部分以出射方向行进，所述中间部分被配置为使所述入射方向以超过90°的角度偏离至所述出射方向，以便当所述等离子束穿过所述中间部分时从所述等离子束中移除大粒子，其中所述入口平面与所述出口平面被设置为彼此成偏移角； 对所述等离子束施加磁场以将所述等离子束从所述入射方向转向至所述出射方向，以使所述出口部分中的大粒子的量与所述入口部分中的大粒子的量相比较更少；以及 通过以所述出射方向行进的等离子束涂覆基底以产生每平方厘米涂层中具有少于2个直径为0.2微米或大于0.2微米的大粒子的涂层。
32.如权利要求1至15中任一项所述的过滤器、如权利要求16至29中任一项所述的电弧沉积设备或如权利要求30至31中任一项所述的方法用于涂覆硬盘部件的用途。
全文摘要
用于从等离子束中过滤大粒子的过滤器，该过滤器包括用于运送等离子束的弯曲管道，弯曲管道包括中间部分，中间部分的一端连接至具有设置于入口平面上的纵向轴线的入口部分并且另一相对端连接至具有设置于出口平面上的纵向轴线的出口部分，入口部分允许包含大粒子的等离子束以入射方向朝向中间部分行进，出口部分允许等离子束从中间部分以出射方向行进，中间部分被配置为使入射方向以超过90°的角度偏离至出射方向，以便当等离子束穿过中间部分时从等离子束中移除大粒子，其中入口平面与出口平面被设置为彼此成偏移角。
文档编号C23C4/00GK103119684SQ201180045433
公开日2013年5月22日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年10月1日
发明者史旭, 魏浩 申请人:纳峰科技私人有限公司