[发明专利]用于产生空心阴极电弧放电等离子体的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在反应或不反应涂层应用中借助以交变的极性来脉动的空心阴极电弧放电源产生用于真空过程的密集的等离子体的装置。该装置除了涂覆静止的衬底之外特别是还能够实现移动的带状的衬底的涂覆。该装置适合于在惰性气体和反应气体气氛中使用并且因此也可用于表面处理和等离子体蚀刻过程。如果在随后的发明描述中仅使用概念空心阴极，那么以此总是意指空心阴极电弧放电源的空心阴极。本发明因此与以下装置划清界限，在这些装置中使用空心阴极辉光放电源。

背景技术

已知的是，在10^-2 Pa和1 Pa之间的低压范围内利用空心阴极电弧放电等离子体可以获得很高的、数量级为10¹² cm^-3的载流子密度。如果在层沉积时形成层的颗粒遭受这样的等离子体，那么可以获得有利的层特性。

为此如下装置是已知的，在这些装置中蒸汽特别是针对较大的涂覆面积和高的涂覆速率可以通过以下方式有效地被激活，即空心阴极等离子体仅被用于等离子体激活。这些装置的等离子体放电以直流电来运行。除了空心阴极之外为了生成等离子体所需的阳极在这样的装置中部分地与蒸发设备耦合（DE 196 12 344 C1）。蒸发坩埚或被布置在蒸发坩埚附近的作为阳极的电极的使用有以下缺点，即装置的功能能力受限于与导电材料的蒸发相关联的等离子体激活。

此外已知的是，借助磁场来引导等离子体。如果通过合适的磁场产生设备产生纵向的磁场，使得该磁场的一些场力线从空心阴极通向阳极，那么较高能量的辐射电子在其从空心阴极到阳极的路径上在连接的场力线的范围内保持结合并且将高密度的等离子体保持在与衬底的一定的间距中（DE 42 35 199 C1）。在此不利的是，由于较高能量的辐射电子远离衬底，阻止高的自偏置电位的建立。其它的缺点在于，可应用性保持受限于具有昂贵的磁体系统的蒸发设备的特别的构型。在蒸发绝缘材料的情况下，为了维持阳极处的导电性附加地需要巨大的有关仪器的花费。

DE 195 46 827 A1描述一种用于蒸发绝缘材料的装置，在该装置中环状的阳极（所谓的环形阳极）直接被布置在空心阴极之前，以便仅通过已经穿过环形阳极的开口的辐射电子来产生对于等离子体激活有效的等离子体。在该情况下，没有干扰性的绝缘层沉积在环形阳极上，因为该环形阳极基本上位于蒸汽范围之外并且该环形阳极通过撞击的辐射电子强烈地被加热。因为蒸汽的等离子体激活的范围位于在空心阴极和阳极之间所建立的电场之外，然而存在以下缺点，即在等离子体中只可以产生比利用包含空心阴极和阳极之间的要激活的范围的装置明显更低的载流子密度。此外，辐射电子的作用距离限制等离子体的几何延伸。

在DE 199 02 146 A1中提出，将两个由先前所提到的文献已知的产生等离子体的、分别包括空心阴极与所属的环形阳极和被连接在其间的直流电压源的设备相对地布置并且在两个空心阴极之间产生双极中频脉冲电压。在该装置中，由于在空心阴极和环形阳极之间的直流电压源，不断地在产生等离子体的设备的空心阴极和所属的环形阳极之间产生等离子体。在两个产生等离子体的设备之一根据双极电压脉冲以阴极被连接的阶段中，以阴极被连接的产生等离子体的设备的等离子体从该设备的空心阴极被吸引直到相对的产生等离子体的设备的环形阳极。以该方式，在两个环形阳极之间形成大体积的空心阴极电弧放电等离子体。在这种技术上要求高的结构的情况下产生不利的影响的是，许多过程参数必须被调节，以便获得始终不变的等离子体条件。

发明内容

因此本发明所基于的技术问题是，创建一种用于产生空心阴极电弧放电等离子体的装置，借助该装置可以克服现有技术的缺点。特别是应该利用该装置可产生不仅具有高强度的等离子体而且具有大体积的等离子体。此外，该装置应该相对于现有技术以技术上简化的结构而出众并且即使在具有直至100 Pa的环境压力的应用情况下也构造稳定的等离子体。

该技术问题的解决方案通过具有权利要求1的特征的主题得出。本发明的其它的有利的改进方案由从属权利要求得出。

根据本发明的装置包括两个产生等离子体的设备，所述设备相对地被布置。两个产生等离子体的设备中的每个由空心阴极和电极组成，其中工作气体流过该空心阴极的管，该电极具有穿过该电极延伸的开口。阴极管的开口随后被称为空心阴极的出口或输出口，其中工作气体从该阴极管流出。