具有受限磁场的电弧源制造技术

一种电弧蒸镀装置，包括‑包括冷却板(11)和作为阴极元件的靶(1)的阴极组件，‑布置成容许产生在该电极和该靶(1)的正面(1A)之间的电弧的电极，‑安放在该靶(1)的背面(1B)的前方，包括用于产生一个或以上磁场的机构的磁引导系统，其中，‑该阴极组件的边界包括由铁磁性材料制造的围绕屏蔽(15)，其中，该围绕屏蔽(15)在横向上具有总高度(H)，所述总高度(H)包括一个用于产生沿任一纵向延伸的磁场线的屏蔽效果的分量(C)，由此使得阴极组件的边界成为在任一纵向上的磁场线延伸的极限。

Arc source with limited magnetic field

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有受限磁场的电弧源本专利技术涉及新型电弧源，其包括受限磁场。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特殊屏蔽，其相比于属于现有技术的已知电弧源允许可观的效率增长。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随机移动性质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广大的阴极板面积。确切说，磁引导系统应该允许引导该阴极点(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，如果两个或以上的电弧源彼此紧靠安放在一个涂覆室内，则所产生的用于引导电弧运动轨迹且因此控制在电弧源内的靶表面中的阴极斑路径的磁场导致了对对应于紧靠安放的其它电弧源的其它磁场的干扰，这甚至可能导致彼此紧靠安放的不同电弧源的磁场之间的交互干扰。本专利技术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的电弧源，其允许实现具有在涂覆室内挨得更紧密的电弧源的电弧源布置。本专利技术描述为了达成上述目的，本专利技术提供一种如权利要求1所限定的电弧源，其允许安放多个电弧源形成更紧密的排布以提高效率。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，包括冷却板11、作为阴极元件的靶1，优选是盘形靶但也可以是例如矩形靶，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，正面1A平行于背面1B，这两个表面通过靶1的厚度相互分开，该阴极组件在横向上具有总高度并且在任何纵向上具有界定总尺度的边界，-电极(在图6a和6b中未被示出)，其按照已知方式布置成允许可以形成在阴极与靶1的正面1A之间的电弧以使得靶1的正面的至少一部分蒸发，和-安放在靶1的背面1B的前方的磁引导系统，包括用于产生一个或多个形成一个总磁场的磁场的机构，总磁场包含磁场线，磁场线延伸穿过靶1的截面并沿着在靶1的正面1A的前方空间延伸以引导源自，当在电极和靶1的正面1A之间形成电弧时，该电弧与靶1接触的阴极斑，其中：-阴极组件的边界包括由铁磁性材料制造的围绕屏蔽15，其中，围绕屏蔽15在横向上具有总高度H，所述总高度H包含一个分量C，该分量用于形成在任意纵向上延伸的磁场线的屏蔽作用，由此建立作为在任意纵向上的磁场线延伸的极限的阴极组件的边界。为了选择围绕屏蔽15的总高度H的合适的分量C须考虑阴极组件尺寸。例如就像在图6a示意性所示的例子中那样在阴极组件具有包括具有靶直径D1的盘形靶的对称结构并且阴极组件具有总直径D的情况下，用于围绕屏蔽15的总高度H的分量C的一个可推荐的值可在以下范围内：D/20≤C≤D/5。根据本专利技术的一个优选实施例，靶直径在以下范围内：100毫米≤D1≤150毫米，阴极组件的总直径在以下范围内：150毫米≤D≤200毫米。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。优选地，电弧源中的磁引导系统包括安放在中心区内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，其中如此产生的这些磁场形成了一个总磁场，总磁场用于引导电弧并控制在靶的正面1A的阴极斑路径。就此而言，图6a示意性示出对应于本专利技术电弧源的优选实施例的用于产生磁场的机构在磁引导系统中的可能布置。在此优选实施例中，所述机构包括一个在中心区内的用于产生一个磁场的电磁线圈C3以及两个在周边区内的用于产生另外两个磁场的电磁线圈C1和C2。不必然使用只具有电磁线圈或只具有三个电磁线圈作为磁场产生机构的磁引导系统。使用多个永磁体和仅一个作为控制线圈的电磁线圈以产生磁场特性变化也可能是有利的。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。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。在使用该优选实施例时可推荐在3毫米≤S≤15毫米范围内的上长度S，此时靶直径在以下范围内：100毫米≤D1≤150毫米，且阴极组件的总直径在以下范围内：150毫米≤D≤200毫米。这样，可以例如通过如下方式提高效率：-减小待蒸发阴极材料与待涂覆基片表面之间的距离，即获得更小的基片距靶距离，-通过安放更多阴极增大待蒸发的阴极材料的表面，每个阴极在包括待蒸发的阴极的涂覆室壁的区域内相互靠得更近，即获得电弧源的更密的排布(每个电弧源相互接近并紧靠地放置)，-提高所用磁性部件的灵活性和性能以允许磁场更好聚焦，即获得更集中的磁场，-减小待蒸发的阴极材料的表面，尤其是减小靶直径，如果采用圆形靶，即较小的靶直径，-允许更靠近电弧源布置结构安放待涂覆基片。为了更好地解释关于在本专利技术的上下文中的效率增加的某些上述方面，图1和图2示出两种不同的涂覆室配置。在图1中，两个分别具有直径Db的圆形靶1与待涂覆基片3间隔一段距离L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)具有在截面方向的厚度、布置用于被蒸发的正面(1A)和背面(1B)，该正面(1A)平行于该背面(1B)，这两个表面以所述靶(1)的所述厚度相互分开，该阴极组件在横向上具有总高度并且具有在任何纵向上界定总尺度的边界，/n-电极，其布置成容许产生在该电极和该靶(1)的正面(1A)之间的电弧以使得该靶(1)的正面的至少一部分蒸发，和/n-安放在该靶(1)的背面(1B)的前方的磁引导系统，包括用于产生形成总磁场的一个或以上的磁场的机构，该总磁场包含磁场线，所述磁场线延伸经过该靶(1)的截面并且沿着在该靶(1)的正面(1A)前方的空间延伸，以便当在所述电极和该靶(1)的正面(1A)之间产生电弧时引导因该电弧与靶(1)接触形成的阴极斑，/n其特征是，/n-该阴极组件的边界包括由铁磁性材料制造的围绕屏蔽(15)，其中，该围绕屏蔽(15)在横向上具有总高度(H)，所述总高度(H)包括一个用于产生沿任一纵向延伸的磁场线的屏蔽效果的分量(C)，由此使得阴极组件的边界成为在任一纵向上的磁场线延伸的极限。/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)具有在截面方向的厚度、布置用于被蒸发的正面(1A)和背面(1B)，该正面(1A)平行于该背面(1B)，这两个表面以所述靶(1)的所述厚度相互分开，该阴极组件在横向上具有总高度并且具有在任何纵向上界定总尺度的边界，
-电极，其布置成容许产生在该电极和该靶(1)的正面(1A)之间的电弧以使得该靶(1)的正面的至少一部分蒸发，和
-安放在该靶(1)的背面(1B)的前方的磁引导系统，包括用于产生形成总磁场的一个或以上的磁场的机构，该总磁场包含磁场线，所述磁场线延伸经过该靶(1)的截面并且沿着在该靶(1)的正面(1A)前方的空间延伸，以便当在所述电极和该靶(1)的正面(1A)之间产生电弧时引导因该电弧与靶(1)接触形成的阴极斑，
其特征是，
-该阴极组件的边界包括由铁磁性材料制造的围绕屏蔽(15)，其中，该围绕屏蔽(15)在横向上具有总高度(H)，所述总高度(H)包括一个用于产生沿任一纵向延伸的磁场线的屏蔽效果的分量(C)，由此使得阴极组件的边界成为在任一纵向上的磁场线延伸的极限。


2.根据权利要求1的电弧蒸镀装置，其特征是，该阴极组件具有对称结构，其包括具有靶直径(D1)的盘形靶，该阴极组件具有总直径(D)，其中，该分量(C)的值在以下范围：D/20≤C≤D/5。


3.根据权利要求1或2的电弧蒸镀装置，其特征是，该靶直径在以下范围内：100毫米≤D1≤150毫米，并且该阴极组件的总直径在以下范围内：150毫米≤D≤200毫米。


4.根据前述权利要求之一的电弧蒸镀装置，其特征是，该铁磁性材料是纯铁或ARMCO纯铁或结构钢或马氏体铬钢。


5.根据权利要求4的电弧蒸镀装置，其特征是，该铁磁性材料是结构...

【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