运行脉冲式电弧蒸发源的方法以及具有脉冲式电弧蒸发源的真空处理设备技术

本发明专利技术涉及一种用于对工件（３）进行表面处理的真空处理设备，具有一个电弧蒸发源（５），所述电弧蒸发源包含与一个ＤＣ电源（１３）连接的第一电极（５′），还具有与所述电弧蒸发源（５）分开安放的第二电极（３、１８、２０）。这两个电极（５′、３、１８、２０）都与一个脉冲电源（１６）连接地运行。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于对工件进行 表面处理的具有电弧蒸发源的真空处理设备，以及如权利要求l4的前 序部分所述的一种运行电弧蒸发源的方法。
技术介绍
通过馈给电脉冲运行也称为电火花阴极的电弧蒸发源长期以来为 所属
所公知。用电弧蒸发源可以经济地达到高的蒸发速度并 且从而在涂层时达到高的沉积速度。此外，只要对所述脉冲运行没有较高的要求并且所述脉冲或多或少地仅限于触发一种DC放电，则这样 的源的结构在技术上实现相对简单。所述源在典型地约IOOA或以上的 电流和几伏至几十伏的电压条件下工作，这可以用相对成本合算的直 流电源实现。这样的源的一个重要缺点在于，在阴极斑的区域中发生 非常快速变化的靶表面熔融，由此构成熔滴，即所谓的微滴，然后所 述熔滴被作为飞溅物甩脱并且凝结在所述工件上，从而不受欢迎地影 响层特性。例如由此使得层结构不均匀并且劣化表面粗糙度。在对层 质量高要求的情况下往往在商业上不能够采用这样产生的涂层。因此 人们已经尝试减轻所述问题，其中用电源的纯脉冲运行来运行电弧蒸 发源。尽管用脉冲运行已经可以部分地提高电离，然而视运行参数的 设置而异却负面地影响所述飞溅物形成。采用反应气体在反应等离子中在金属靶上沉积化合物的可行性直 到现在都非常有限，因为在这样处理的情况下附加地加大了飞溅物形 成的问题，尤其是要产生不导电的也就是介电的层时，例如在采用氧 作为反应气体情况下的氧化物。在这样情况下所述工艺固有的、用一 个不导电层重新覆盖电弧蒸发源的靶表面和反电极譬如阳极以及所述 真空处理设备的其它部分，将导致完全不稳定的特性并且甚至导致熄 弧。在这种情况下必须总要重新触发所述电弧，不然由此会使得完全不能够进行所述处理。在EP0666335B1中提出，为了用 一个电弧蒸发器沉积纯金属材料 向所述直流电流叠加一种脉冲式的电流，以由此降4氐DC基础电流，从 而减少所述飞'减物形成。在此需要达5000A的脉沖电流，该电流应当 在100Hz至50kHz范围内的相对低的频率下用电容器放电产生。这种 做法提出用于在用一个电弧蒸发源非反应地蒸发纯金属靶的情况下阻 止微滴形成。然而在该文献中没有说明沉积不导电的、介电层的技术 方案。稳定性，尤其是在;;造i缘:的情'况下。:其它的p;D工艺:例如喷溅)相反，借助于电弧蒸发的绝缘层只能够用导电的靶制造。用高频 进行的工作，譬如在喷溅的情况下，直到现在都缺乏用高频运行大电 流电源的技术。用脉冲式电源进行的工作是一个选择。然而，如前所 说明的这样就总是要重新触发电弧，或者要把脉沖频率选择得大到不 会灭弧。这在应用特定的材料譬如石墨时一定程度上是起作用的。在靶表面被氧化的情况下不能够通过机械接触和借助于DC电源 进行新的触发。其它的快速触发的类型在技术上是高耗费的并且在其 触发频率上受限。在所述反应的电弧蒸发中的真正问题是在靶上和在 所述阳极或者涂层腔上覆盖绝缘层。这种覆盖提高了火花放电的点火 电压，导致飞溅物和飞弧的增加，这是一种以火花放电的中断结束的 过程。对所述靶的涂层带来了岛生长，这减少了导电的表面。 一种强 稀释的反应气体(例如氩/氧混合气体)可以延迟这种在所述耙上的生 长，但是过程稳定性的基本问题没有得到解决。根据US5103766的提 议，即用相应的新触发交替地运行所述阴极和阳极，尽管对过程稳定 性起作用，但是却导致飞溅物的增加。如在反应喷溅时可能的那样通过一种脉沖式电源的出路在传统的 电火花蒸发的情况下走不通。这是因为如果中断电源供给，辉光放电 比电火花的寿命长。为了能够克服用绝缘层覆盖靶的所述问题，在制造绝缘层的反应 过程中要么把反应气体入口在位置上与所述靶分隔开(于是所述过程 的反应性仅在基底上的温度允许进行氧化/反应时才得到保证)，要么 采取飞溅物与电离部分之间的分隔(所谓过滤了的电弧)，并且在过滤以后向所述电离了的蒸汽添加所述反应气体。申请号为CH00518/05 的在先申请为此问题提出了一组方案，在其基础上本专利申请进行了 进一步的发展，因此要求该申请的优先权并且把它作为本申请的组成 部分。与喷賊相反的是，借助于阴极电火花的涂层实质上是一种蒸发过 程。人们设想，在热的阴极斑与其边缘之间的过渡部分吸引了不在原 子大小范围的部分。这种聚结物作为不能够在飞溅物中反应透的聚结 物出现在基底上并且造成粗糙的层。在此这种飞溅物的避免和分散至 目前为止是不成功的，甚至于对于反应涂层过程来说完全不成功。在 此，例如在氧气环境中于所述火花阴极上附加地还构成一个薄的氧化 层，所述薄氧化层倾向于增加飞溅物的形成。在上述的专利申请 CH00518/05中提出了第一技术方案，所述第一技术方案尤其适于完全 反应的靶表面并且有明显减少的飞溅物形成。然而值得追求的是进一 步减少所述飞溅物以及其大小。此外还希望存在可以另外减少或可缩放所述基底的热负荷的手 段，以及在阴极电弧涂层中的低温处理的手段。在WO-03018862中把等离子源的脉冲运行描述为 一种降低基底上 的热负荷的可能途径。然而在此说明的理由可能对喷溅工艺的领域还 成立。它对于电弧蒸发则不产生任何关系。在现有技术方面归结有以下的缺点1. 在借助于阴极电弧蒸发的涂层时的反应不充分。2. 没有解决飞溅物问题的基本方案聚结物(飞'践物)不能够完全 反应透—层表面的粗糙性、层结构和化学计量的一致性。3. 没有可以沉积绝缘层的稳定的工艺。4. 飞賊物的补充电离手段不够。5. 实现低温过程的手段不充分。6. 所述基底热负荷的进一步降低不充分。
技术实现思路
本专利技术的任务在于克服上述现有技术的缺点。本专利技术的任务尤其 是，用至少一个电弧蒸发源经济地沉积所述层，其方式是通过更好 地电离所蒸发的材料和参与所述过程的反应气体提高过程中的反应。在这种反应过程中应当明显降低所述飞溅物的频度和大小，尤其是在 制造绝缘层的反应过程的情况下。此外还应当实现较好的过程控制， 譬如控制蒸发速度、提高层的质量、层特性的可调节性、改善反应的 均匀性以及减低所沉积的层的表面粗糙度。这些改善还在制造分级的 层和/或合金的情况下有意义。在制造绝缘层的反应过程时的过程稳定性应当普遍地提高。此外 即使在所述方法的经济性较高的情况下也应当能够实现低温处理。此 外还应当把装置以及尤其是脉冲式运行用的电源的耗费保持得很低。其组合出现。根据本专利技术所述任务通过权利要求1所述的真空处理设备以及通过采取如权利要求13所述的方法完成。从属权利要求确定其它有利的 实施方式。根据本专利技术所述任务的解决是通过设置一种用至少一个电弧蒸 发源对所述工件进行表面处理的真空处理设备，所述至少一个电弧蒸 发源与一个DC电源连接并且形成第一电极，其中附加地设置一个与所 述电弧蒸发源分开安放的第二电极，并且这两个电极都与一个脉沖电 源连接。从而在这两个电极之间仅用一个单个的脉冲电源运行一个附 加的放电路段，所述脉冲电源使得可以在非常良好的工艺可控制性的 情况下对所参与的材料进行特别高的电离。在此所述第二电极可以是另一个电弧蒸发源、 一个喷溅源如一个 磁源、 一个工件固定装置或者所述工件本身，由此在这种情况下把所 述第二电极作为偏置电极运行，或者所述第二电极也可以构成为蒸发 钵，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对工件（３）进行表面处理的真空处理设备，具有电弧蒸发源（５），所述电弧蒸发源包含与一个ＤＣ电源（１３）连接的第一电极（５′），并且具有与所述电弧蒸发源（５）分开安放的第二电极（３、１８、２０），其特征在于，这两个电极（５′、３、１８、２０）都与一个脉冲电源（１６）连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】CH 2005-3-24 518/05;CH 2005-8-3 1289/051.一种用于对工件(3)进行表面处理的真空处理设备，具有电弧蒸发源(5)，所述电弧蒸发源包含与一个DC电源(13)连接的第一电极(5`)，并且具有与所述电弧蒸发源(5)分开安放的第二电极(3、18、20)，其特征在于，这两个电极(5`、3、18、20)都与一个脉冲电源(16)连接。2. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述笫二电极(2(T) 是另一个电弧蒸发源(20)的阴极，并且所述第二电极同样地与一个 DC电源(13')连接。3. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二电极U8) 是一个喷溅源(18)的阴极，尤其是一个磁控源(18)的阴极，并且 所述第二电极同样地与一个电源U7)，尤其是与一个DC电源连接。4. 如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二电极(3) 构成为工件固定装置(3)并且与工件(3) —起构成偏置电极。5. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述第二电极是蒸发 钵(22)，所述蒸发钵构成低压电弧蒸发器(9、 22)的阳极。6. 如权利要求l所述的设备，其特征在于，所述第二电极是辅助 电极(22)，优选地是用于形成低压放电的辅助阳极(15)。7. 如权利要求1至6中任一顶所述的设备，其特征在于，在所述 DC电源(13)与所述脉沖电源(16)之间安放一个电退耦滤波器，其 中所述退耦滤波器优选地包含至少一个截止二极管。8. 如权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述DC 电源U3)输出基础电流，用于基本上无间断地在所述源(5、 18、 20) 上，尤其是在电弧蒸发源(5、 20)上维持等离子放电。9. 如权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述设 备具有一个反应气体入口 。10. 如权利要求1至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述脉 冲电源(16)的频率在lkHz至200kHz的范围内。11. 如权利要求1至10中任一项所述的设备，其特征在于，所述 脉冲电源(16)的脉沖宽度比例不同地设定。12. 如权利要求l至ll中任一项所述的设备，其特征在于，所述脉冲电源(16)的脉冲有间隙地设定。13. 如权利要求1至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述 脉沖电源(16)的脉冲升降沿具有大于10V/ns的陡度，所述陡度至少 在0.02V/ns至2.0V/ns的范围内，优选地至少在0.1V/ns至1.0V/ns的范围内。14. 一种用于在真空处理设备(3)中对工件(3)进行表面处理的方 法，其中用一个电弧蒸发源(5)的第一电极(5、)并且用与所述电弧蒸 发源(5)分开安放的第二电极(3、 18、 20)在工件(3)上沉积一个 层，其中向电弧蒸发源(5)馈给DC电流，其特征在于，这两个电极(5、、 3、 18、 20)都与一个单个的脉冲电源(16)连接。15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，把所述第二电极 (2...

【专利技术属性】
技术研发人员：J拉姆，B维德里格，D伦迪，V德弗林杰，A雷特，
申请(专利权)人：奥尔利康贸易股份公司特吕巴赫，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]