真空電弧蒸發源及帶有真空電弧蒸發源的電弧蒸發室的制作方法
【專利說明】真空電弧蒸發源及帶有真空電弧蒸發源的電弧蒸發室
[0001 ]本發明申請是國際申請日為2008年3月11日、名稱為“真空電弧蒸發源及帶有真空電弧蒸發源的電弧蒸發室”、國家申請號為200880012612.5(國際申請號為PCT/EP2008/052844)的專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及真空電弧蒸發源(Vakuum Lichtbogenverdampfungsquelle)及帶有真空電弧蒸發源的電弧蒸發室(Lichtbogenverdampfungskammer)。
【背景技術】
[0003]從現有技術中可了解到許多真空電弧蒸發裝置，在這些電弧蒸發裝置中，電弧放電(Lichtbogenentladung)利用構造成陰極的蒸發材料在真空室內產生，由此，蒸發材料通過電弧的能量蒸發，并全部或部分電離，以便在基底上沉積薄的膜。
[0004]此處，以這種方式沉積的膜可實現完全不同的功能。其可以達到純粹的裝飾目的，防止磨損或腐蝕，或屏蔽工件的表面以防大的熱影響。通常，借助于電弧蒸發而施加的層可同時完成兩種或更多種通常不相同的功能。相應地，施加相同或不同成分的多層的層系統長期以來也是已知的。
[0005]因此，(例如)在文件DD293 145中公開了用于制造多組分層的方法和設備，在這種方法和設備中使用包括多個工作面的陰極，可隨位置及隨時間變化的磁場被提供到該工作面處，從而相應于所需的層成分而將陰極焦點強制到不同的工作面上。
[0006]與之類似的方法及相應的設備示出在文件DD285 463中，用于確保陰極更均勻地灼蝕(Abbrennen )，其例如地同樣可在施加簡單的單層的層系統時有利地被使用。
[0007]在DE 197 39 527 Al中描述了一種真空電弧一等離子體源，它具有磁體-顆粒過濾器，其中干擾性的顆粒被從所述等離子體中去除。為此建議一種補償源以及一種過濾器線圈，所述補償源位于陽極的本體的內部。此外在特殊的位置中建議一種聚焦一和/或一個或多個控制線圈。
[0008]不論是施加單層的還是多層的層系統，由現有技術中已知的所有這種及類似的真空電弧蒸發裝置具有不同的重大的缺點。
[0009]那么，在已知的電弧蒸發器中，不可避免地形成直徑達數微米或更大的熔化顆粒，其顯著大于實際所需的蒸發及電離的小顆粒。這些顯著更大的顆粒然后會混合到層或薄膜中，這會導致膜的表面結構、強度、粘附強度、摩擦特性等等的惡化，并對于單層或多層的層而言可能導致所施加的層中的非均勻的成分。
[0010]為了避免這一點，(例如)在文件JP2 194 167中提出了，將相對于蒸發表面同軸的帶有空氣芯的線圈布置在蒸發表面與基底之間。由此，等離子體中的電子被強制繞著由線圈產生的磁力線并沿著力線流動(在其執行轉動運動期間)，以使得等離子體到達基底。然而，該感應作用自然無法作用到中性的熔化顆粒上。該組件的另一個重大的缺點在于，線圈布置在基底與蒸發表面之間的中間位置中，這導致，由線圈產生的磁場相對于蒸發表面沿徑向指向內。其結果是電弧被引導趨于更靠近陰極中心，從而使得陰極不均勻地消耗。此夕卜，可能在特定的情況下(例如為了制造多層的層或復雜成分的層)附加地布置在室中的其它的蒸發源由于該磁線圈而受到不利影響，這當然會導致非所期望的效果。
[0011 ] 為此，在歐洲專利申請EP O 495 447中提出了在陰極體(Kathodenkoerper)后側上設置附加的磁場源，該磁場源耦接在電機處，以使得由該附加的磁場源產生的磁場可隨空間及時間變化，從而電弧可有針對性地在蒸發表面上被引導，并可由此(例如)確保陰極均勻地灼蝕。該組件的缺點是顯然的，即，其設計在構造、運行及保養方面非常昂貴。此外，同樣還產生漏磁場，該漏磁場此外也隨空間和時間而變化，并可能使相鄰的蒸發陰極受到非所期望的影響。
[0012]為了解決現有技術中已知的這些問題，在文件DE 600 19 821中提出了如此地布置環形的磁場發生源，即，環形的磁場發生源圍繞著蒸發材料且蒸發表面設置于磁場發生源的北極與南極之間。為此，兩個磁場發生源(一個內磁場發生源和一個外磁場發生源)圍繞著電弧放電源編組。此處，磁場發生源的磁力線應當以相對于法線的+/- 30°的角度與蒸發表面相交。
[00?3]在此優選在蒸發陰極的背離(abgewandeten)蒸發表面的一側上在陰極體下側在中心處設置盤形的磁場源，由此，環形磁場發生源的磁場線應當如此地改變，即，使得電弧如此地在蒸發表面上被引導，即，使得蒸發表面的非均勻的消蝕可被防止。然而，經驗表明，磁體在中心中的定位會造成恰在陰極表面中心中的場增強。
[0014]由于其結構的原因而決定了系統是非柔性的。這就是說，尤其是當使用永久磁源時，場強及在陰極處的場強分布實際上不再可被改變。因此，系統無法與例如由于相鄰的磁源而帶來的外部的影響相匹配，無法與電弧中的不同電流密度相匹配，無法與不同的陰極材料或其它的確定陰極處的灼蝕過程或涂覆過程的影響因素相匹配。
【發明內容】
[0015]因此，本發明的任務在于提供改進的真空電弧蒸發源及改進的電弧蒸發室，該電弧蒸發室尤其地實現了在朝向基底的方向上的磁場增強，同時保證了內陰極表面處的磁場的增強，以使得一方面可實現關于陰極灼蝕的均勻的進程并實現陰極表面處的磁場的有利的分布，從而使得電弧最佳的加速成為可能。
[0016]此處，應當避免陰極表面的中心中的過度的場增強。
[0017]此處，改進的系統同時應在關于磁場幾何形狀的改變的可能性方面非常有柔性，以使得，在任何時候，電弧蒸發源和/或配備有該電弧蒸發源的電弧蒸發室都可以簡單且經濟的方式優化地匹配于變化的要求。
[0018]本發明的實現該目的的主題通過獨立權利要求1和15的特征來表述。
[0019]相應的從屬權利要求涉及本發明的尤其有利的實施例。
[0020]由此，本發明涉及一種真空電弧蒸發源，其包括環形的磁場源和陰極體，陰極體帶有作為陰極的蒸發材料以用于在陰極的蒸發表面上產生電弧放電。此處，陰極體沿軸向方向在第一軸向方向上由陰極底部(Kathodenboden)所限定而在第二軸向方向上由蒸發表面所限定，并且，環形的磁場源平行或反平行于(parallel oder antiparallel zu)蒸發表面的面法線(Flaechennormalen)地極化且同心于蒸發表面的面法線地布置。根據本發明，磁場增強環在背離蒸發表面的一側上以可預定的第二距離布置在陰極底部前。
[0021]由此，對于本發明而言重要的是，在背離蒸發表面的一側上的磁場增強環與布置在蒸發表面的區域中的環形的磁場源的組合。
[0022]此處，磁場源可如此地相對于蒸發表面的面法線同心地布置，S卩，使得蒸發表面位于磁場源的北極與南極之間。也就是說，在一種相當特殊的實施例中，環形的磁場源(例如)如此地包圍著陰極的蒸發表面，即，使得蒸發表面具有與至環形磁場源的北極的距離幾乎一樣的至環形磁場源的南極的距離。
[0023]然而，在一種對于實踐而言非常重要的實施例中，環形的磁場源在陰極體的背離陰極底部的一側上以可預定的第一距離與蒸發表面間隔開。
[0024]換言之，已經令人驚奇地表明，如果蒸發表面不布置在環形磁場源的北極與南極之間，而是以可預定的距離與磁場源間隔開，則在陰極體的區域中，尤其是在蒸發表面的區域中，可獲得甚至更優化的場分布(Feldverteilung)。盡管如此，還是可給出一定的特殊的應用實例，在這些實例中，蒸發表面優選地布置在環形的磁場源的北極與南極之間。
[0025]對于大多數應用而言，已經令人驚奇地表明，如果一方面蒸發表面不布置在環形磁場源的北極與南極之間，而是以可預定的距離與其間隔開，并且另一方面，作為布置在陰極體下方的中部中的已知的盤形磁場源的代替，設置有環形的磁場增強環，則在陰極體的區域中，尤其是在蒸發表面的區域中，可獲得最佳的場分布。其并不表現出由現有技術中已知的缺點。
[0026]通過根據本發明的布置，尤其在陰極的中部的區域中，產生了與現有技術相比明顯更均勻的場。由此可實現，陰極非常均勻地被消耗，也就是說，在整個蒸發面上均勻地灼蝕，其中，同時地，該積極效應不