[发明专利]阴极电弧引弧装置

说明书

一种用于将靶材阴极电弧沉积到基材上的引弧装置，该引弧装置包括触发指，其活动布置在接触位置与静止位置之间，其中在该接触位置中该触发指能物理接触相邻靶的侧表面，而在该静止位置中相邻靶不能被该触发指接触，其中在靶材的阴极电弧沉积期间，该触发指如此活动布置为在所述接触位置与静止位置之间，即，能将该触发指在靶材阴极电弧沉积期间被沉积的靶材污染减至最小。

技术领域

本发明总体上涉及物理气相沉积设备，确切说，涉及引弧装置、组件和在涂覆室内的阴极电弧沉积的方法。

背景技术

阴极电弧沉积是已知的物理气相沉积工艺。为了执行阴极电弧沉积工艺，通常使用用于引燃大电流放电以产生放置在电弧蒸发器(以下也称为电弧蒸发源、电弧源或火花源)中的靶材的蒸发的机构，其中该电弧蒸发器被安放在涂覆设备的真空室内。电弧蒸发器通常包括在电弧蒸发期间可充作阴极的靶材。电弧蒸发器还可包括至少一个在电弧蒸发期间可充作阳极的电极。在电弧蒸发器不包括任何集成阳极的情况下，放置在真空室内的其它电极也可被用作阳极。还已知在某些情况下真空室壁被当作阳极。

为了开始阴极电弧沉积过程，需要在将待蒸发的靶材作为阴极使用的同时在待蒸发的靶材的表面上引燃电弧。

在电弧沉积过程中，基材(例如工件如部件或工具)在高真空下被处理，以便尤其用于使基材接受等离子体处理如等离子蚀刻或涂覆(如借助阴极电弧物理气相沉积工艺的涂覆)。

用于电弧蒸发源的不同类型的引燃装置是已知的并且例如在申请号为US2011/0220495A1的美国申请中有所描述。在那里解释了引燃装置的类型基本上可被分为三组：a)用于机械通断阴极与阳极之间触点的装置；b)通过电火花放电引燃电弧放电的装置；c)通过导电桥引燃的装置。

在电弧沉积工艺中，在涂层沉积之前将待涂覆基材放置在涂覆室中并将涂覆室抽真空。如刚刚上述的那样，电弧被用于自靶表面蒸发出材料，由此提供涂层材料用于涂层沉积。阴极电弧蒸发过程以大电流低电压电弧撞击作为阴极的靶表面开始，这产生了自靶表面(用作阴极)向阳极的电子发射。

如刚刚上述的那样，电弧的引燃可以通过使用引燃指来实现，必须使引燃指接触到待蒸发的靶表面。这样的引燃指通常也被称为触发指。通常在电弧引燃期间，有时甚至在电弧引燃之后，引燃指被暴露在自靶表面蒸发出的材料下。这种暴露导致在引燃指上的涂覆膜形成(如金属或陶瓷膜，如氮化膜、氧化膜或其它类型的膜)。这种成膜可能削弱引燃指执行其功能的能力(例如确保电接触和随后的电弧引燃)。因此，需要例行维护以去除这些不需要的涂层。然而，频繁维护缩短了工作时间，进而降低涂层制造过程的整体效率。另一方面，如果维护不够频繁地进行，则不仅引燃指执行初次引燃的能力将会降低，与任何所需的再激活相关的速度和可靠性也会降低。于是，这同样导致涂层制造过程的降低的效率并且还可能导致降低的涂层质量。在工作中，阴极斑仅在短时间内处于有效状态，随后其自动熄灭并在靠近前一个阴极斑的新区域内自动再引燃。这种行为造成电弧的明显运动。当阴极斑完全熄灭且不能如上所述地在新区域内自动再引燃时，电弧在加工过程中熄灭(即产生停电期)。在这种情况下，必须再次使用引燃指进行再激活以在靶表面引燃新电弧。通过使用具有引燃指的传统引燃装置来再次引燃新电弧通常需要超过50毫秒。有时甚至必须关停整个过程以便可以对引燃指进行维护，例如在引燃指的接触表面因在引燃指上有不想要的涂层材料而不再适于确保用于引燃电弧的电接触之时，或在引燃系统因某些其它原因而需要维护之时。因此，包括已知的指状引燃系统(即用于在电弧阴极蒸发器中的靶表面处引燃电弧的引燃系统)的已知触发装置不允许触发指足够快速地再触发以获得电弧的迅速再引燃。不幸的是，已知的系统基于在工作过程执行期间不希望的电弧熄灭而中断电弧蒸发过程(导致超过50ms的停电时间)。

发明目的

本发明的目的是缓解或克服与现有技术相关的一个或多个难点。特别是，本发明的目的是提供一种引弧装置和一种用于阴极电弧沉积的组件，以提供简单且便宜的引弧装置和阴极电弧沉积组件，其提供快速、高质量、可靠且少维护的阴极电弧沉积。

发明简介