电弧源制造技术

一种电弧蒸镀装置，包括‑阴极组件，‑被布置为使得在电极和靶的正面之间的电弧能被建立的电极，和‑安放在靶的背面前方的磁引导系统，其特征在于，所述磁引导系统包括安放在中心区的用于产生至少一个磁场的机构和安放在周边区内的用于产生至少另一个磁场的机构，其中，如此产生的所述磁场形成用于引导电弧且控制在该靶的所述正面处的阴极斑路径的总磁场，其中，安放在中心区内的所述机构包括一个用于产生磁场的电磁线圈，安放在周边区内的所述机构包括两个用于产生另外两个磁场的电磁线圈。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电弧源本专利技术涉及包括可变磁场的新型电弧源。本专利技术的电弧源包括要被蒸发以产生涂覆材料以便在待涂覆基片表面上沉积涂覆膜的阴极材料和用于产生时间和空间可变的磁场以在涂覆过程中控制电弧运动轨迹的机构。本专利技术也涉及配备有本专利技术的电弧源的设备和使用本专利技术的电弧源的方法。以下，术语“靶”也将被用来指称要蒸发的阴极材料。在本专利技术的上下文中，术语“电弧源”被用来指称电弧蒸镀装置，其包括要作为要通过电弧放电作用被蒸发的阴极材料工作的靶。专利技术
本专利技术属于电弧蒸镀装置领域，确切说，属于包括用于通过产生磁场造成电弧运动轨迹引导的机构的电弧蒸镀装置领域。现有技术电弧蒸镀设备通常除了室本身外还包括至少一个电极和一个阴极，在两者之间形成电弧。为了防止或减少电弧运动的随机性以便控制被蒸发的阴极表面的蚀除和减少液滴形成，已经研发出用于控制电弧运动的控制系统或磁引导系统。这些引导系统形成并改变影响电弧运动的磁场。有几篇专利或专利申请的公开文献描述了这种类型的不同系统。GoikoetxeaLarrinaga例如在申请号为12/097,28的美国专利申请中描述了一种包括磁引导系统的电弧蒸镀装置。在此文件中解释了该磁引导系统被设计用于允许阴极电弧的控制和移动阴极电弧经过阴极板的广大面积。确切说，磁引导系统应该允许引导阴极点(也称为阴极斑)。阴极点应该被理解为电弧击中阴极的点。通过使用该磁引导系统，该阴极点应该根据从实际上无限量的可行路径中单独所选的一条路径被引导。磁引导系统被设计成完全安放在蒸发室外。该电弧蒸镀装置包括作为阴极元件的蒸发靶(直径为100毫米的圆形蒸发靶)、设计成形成支座的铁磁芯和用于产生磁场的磁性装置。磁性装置包括中心柱和外围柱以及第一磁场产生机构和第二磁场产生机构，从而各自磁场分量形成对应于阴极元件的总磁场。现有技术的缺点当前可用的电弧源(即电弧蒸镀装置)的使用牵涉到以下缺点，用于调节所产生磁场以引导电弧运动轨迹且因此控制在电弧源内的靶面上的阴极斑路径的灵活性并不足以容许产生在涂覆过程中在相同电弧源工作期间内的阴极斑的随后不同路径的更准确调节的磁场的空间和时间变化。本专利技术的目的鉴于根据现有技术的电弧源的上述不足，本专利技术的主要目的是提供一种具有替代布置形式的新型电弧源，其允许产生磁场，该磁场不仅关于所产生磁场的局地性能随意可变，也可以关于所产生磁场的局地(空间)性能的变化的频率调节被随意调节。本专利技术说明为了达成上述目的，专利技术人提出一种根据本专利技术的新型电弧源，其被设计用于允许关于磁场配置的高度灵活性。这尤其在本专利技术的上下文中意味着空间分布和场强被设计成可被单独调节。这样一来，可以获得对于按轴对称配置的磁场的与高度磁体可调性范围相关的高度灵活性。图5示出在可利用磁体配置来调节的轴对称配置范围内的不同的磁场。具体说，根据本专利技术的电弧源(电弧蒸镀装置)包括：-阴极组件，其包括冷却板11和作为阴极元件的靶1，优选是盘形靶但也可以例如是矩形靶，该靶1具有在截面方向厚度、布置成被蒸发的正面1A和背面1B，该正面1A平行于该背面1B，这两个表面通过靶1的厚度相互分开，该阴极组件具有在横向的总高度和在任何纵向的界定总尺度的边界，-电极(图6a和6b未示出)，其按照已知方式布置用于允许能产生在所述电极和靶1的正面1A之间的电弧以使得该靶1的正面1A的至少一部分蒸发，和-磁引导系统，其安放在该靶1的背面1B的前方，包括用于产生一个或以上形成总磁场的磁场的机构，该总磁场包含磁场线，所述磁场线延伸经过该靶1的截面并沿着在该靶1的正面1A前方的空间延伸以引导源自电弧与该靶的接触的阴极斑，当在该电极与该靶1的正面1A之间形成电弧时，在该电弧源内的磁引导系统包括安放在中心区的用于产生至少一个磁场的机构和在周边区内的用于产生至少另一个磁场的机构，其中如此产生的所述磁场形成用于引导电弧且控制在该靶1的正面1A处的阴极斑路径的总磁场，其中：所述机构包括一个用于产生一个磁场的位于中心区的电磁线圈C3和两个用于产生另外两个磁场的位于周边区的电磁线圈C1和C2。尤其通过使用根据本专利技术的带有三个电磁线圈的磁体系统(也称为磁引导系统)的磁场产生的进一步说明:根据正好前述的优选实施例的一个优选变型，该磁体系统只由电磁线圈制成(以下，该磁体系统也将被称为线圈系统)。通过使用在电弧源内的包括安放在中心区内的用于产生至少一个磁场的机构和安放在周边区内的用于产生至少另一个磁场的机构的磁引导系统，如此产生的磁场形成了一个总磁场用于引导电弧并控制在靶正面1A处的阴极斑路径，图6a示意性示出对应于本专利技术电弧源的一个优选实施例的磁场产生机构在磁引导系统内的可能布置。在此优选实施例中，该机构包括在中心区内的用于产生一个磁场的一个电磁线圈C3和在周边区内的用于产生另外两个磁场的两个电磁线圈C1和C2。图6a和6b都示出了根据正好上述的变型所概述的本专利技术的电弧源2。在此变型中，两个电磁线圈C1和C2被用于作为外(周)磁环。这两个线圈C1和C2应该如此布置，即每一个可以相互抵消。这两个线圈C1和C2例如可以被反向平行极化。C1与C2的关系(C1/C2)决定了磁聚焦。本专利技术电弧源的这个变型的线圈系统还优选包括安置在中心区内(中央区域)的第三线圈C3，它影响到靶心和磁场强度大小。此线圈系统可以产生与等效的永磁体布置相同的磁场并牵涉到以下巨大优点，即磁场强度可在没有任何磁体运动情况下被改变。优选地，本专利技术的电弧源包括一个磁性系统，其包含多个电磁线圈和软磁性材料(也称为铁磁性材料)。对于此优选实施例，纯铁是很适用的软磁性材料。低碳钢也适合作为软磁性材料，甚至下述类型的铁磁性材料适合作为此优选实施例的软磁性材料。铁磁性材料是软铁材料，其具有高磁化饱和度和低顽磁。在本专利技术的上下文中，优选可用的某些铁磁性材料是纯铁、ARMCO纯铁、结构钢例如S235JR或者S355J2、马氏体铬钢如1.4021。更优选地，可以采用结构钢S355J2。根据本专利技术的一个优选实施例，电磁线圈C1、C2和C3被软磁性材料20包围，如图6a所示。根据本专利技术的另一个优选实施例，该磁引导系统包括如在图6a中示例性示出的那样围绕(或换言之环绕)磁场产生机构布置的铁磁性材料20。可以注意到，铁磁性材料20围绕该机构分布，但没有铁磁性材料20安放在所述磁引导系统和阴极组件之间。电磁线圈C1、C2和C3被软磁性材料包围。图6b示意性示出本专利技术的另一个优选实施例，在此，铁磁性材料20没有完全围绕磁场产生机构。在此优选实施例中，安放在中心区内的电磁线圈(在此例子中是C3)的具有长度S的上部分及安放在周边区内但最靠近安放在中心区内的电磁线圈的电磁线圈(在此例子中是C2)的具有长度S’的上部分未被铁磁性材料20包围，形成了一个含空气的空间Spc，由此允许源自所产生的磁场之和的总磁场显示出与不具所述含空气的空间Spc的相似的电弧蒸镀装置相比有更多的平行于靶1的正面1A的磁场线。在使用该优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电弧蒸镀装置，包括：/n-阴极组件，其包括冷却板(11)和作为阴极元件的靶(1)，优选是盘形靶但也可以例如是矩形靶，该靶(1)具有截面方向的厚度、布置成被蒸发的正面(1A)和背面(1B)，该正面(1A)平行于该背面(1B)，这两个表面通过该靶(1)的所述厚度相互分开，该阴极组件具有在横向的总高度和在任何纵向的界定总尺度的边界，/n-电极，其被布置为使得在所述电极和所述靶(1)的所述正面(1A)之间的电弧能被建立以引起该靶(1)的正面(1A)的至少一部分的蒸发，和/n-磁引导系统，其安放在该靶(1)的所述背面(1B)的前方，包括用于产生一个或以上磁场的机构，形成包含磁场线的总磁场，所述磁场线延伸经过该靶(1)的截面并沿着在该靶(1)的所述正面(1A)的前方的空间延伸，以当该电极与该靶(1)的所述正面(1A)之间建立电弧时，引导因所述电弧与该靶的接触所产生的阴极斑，/n其特征是，/n在该电弧源内的所述磁引导系统包括安放在中心区的用于产生至少一个磁场的机构和安放在周边区内的用于产生至少另一个磁场的机构，其中，如此产生的所述磁场形成用于引导电弧且控制在该靶(1)的所述正面(1A)处的阴极斑路径的总磁场，其中，安放在中心区内的所述机构包括一个用于产生磁场的电磁线圈(C3)，安放在周边区内的所述机构包括两个用于产生另外两个磁场的电磁线圈(C1,C2)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171003 US 62/567,4231.一种电弧蒸镀装置，包括：
-阴极组件，其包括冷却板(11)和作为阴极元件的靶(1)，优选是盘形靶但也可以例如是矩形靶，该靶(1)具有截面方向的厚度、布置成被蒸发的正面(1A)和背面(1B)，该正面(1A)平行于该背面(1B)，这两个表面通过该靶(1)的所述厚度相互分开，该阴极组件具有在横向的总高度和在任何纵向的界定总尺度的边界，
-电极，其被布置为使得在所述电极和所述靶(1)的所述正面(1A)之间的电弧能被建立以引起该靶(1)的正面(1A)的至少一部分的蒸发，和
-磁引导系统，其安放在该靶(1)的所述背面(1B)的前方，包括用于产生一个或以上磁场的机构，形成包含磁场线的总磁场，所述磁场线延伸经过该靶(1)的截面并沿着在该靶(1)的所述正面(1A)的前方的空间延伸，以当该电极与该靶(1)的所述正面(1A)之间建立电弧时，引导因所述电弧与该靶的接触所产生的阴极斑，
其特征是，
在该电弧源内的所述磁引导系统包括安放在中心区的用于产生至少一个磁场的机构和安放在周边区内的用于产生至少另一个磁场的机构，其中，如此产生的所述磁场形成用于引导电弧且控制在该靶(1)的所述正面(1A)处的阴极斑路径的总磁场，其中，安放在中心区内的所述机构包括一个用于产生磁场的电磁线圈(C3)，安放在周边区内的所述机构包括两个用于产生另外两个磁场的电磁线圈(C1,C2)。


2.根据权利要求1的电弧蒸镀源，其特征是，该磁引导系统包括围绕产生磁场的所述机构布置的铁磁性材料(20)，其中，该铁磁性材料(20)围绕该机构分布但没有铁磁性材料(20)安放在该磁引导系统和该阴极组件之间。


3.根据权利要求1的电弧蒸镀装置，其特征是，该磁引导系统包括围绕产生磁场的所述机构布置的铁磁性材料(20)，其中，该铁磁性材料(20)部分环绕该机构分布，但没有铁磁性材料(20)安放在该磁引导系统和该阴极组件之间，其中，安放在中心区内的电磁线圈(C3)的具有长度(S)的上部分以及安放在周边区内但最靠近安放在中心区内的电磁线圈的电磁线圈(C2)的具有长度S’的上部分未被铁磁性材料(20)包围，形成了含空气的空间(Spc)，由此允许源自所产生的磁场之和的总磁场显示出与不具有所述含空气的空间(Spc)的相似的电弧蒸镀装置相比更多的平行于该靶(1)的所述正面(1A)的磁场线。


4.根据权利要求3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：西格弗里德·克拉斯尼策，于尔格·哈格曼，
申请(专利权)人：欧瑞康表面处理解决方案股份公司普费菲孔，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH