CN107587113B - 电弧放电发生装置及膜形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电弧放电发生装置及膜形成方法。电弧放电发生装置利用电源装置来使蒸发源通电，使得蒸发源充当负极，以使撞击器片接触蒸发源并且然后使撞击器片与蒸发源分开，以在腔室中发生电弧放电。当熄灭腔室中发生的电弧放电时，电弧放电发生装置使撞击器片接触蒸发源并且在撞击器片与蒸发源接触的情形下利用电源装置来使蒸发源断电。

Description

电弧放电发生装置及膜形成方法

技术领域

本发明涉及一种在腔室中发生电弧放电的电弧放电发生装置以及一种用于利用电弧离子镀方法在工件上形成膜的方法。

背景技术

第2011-138671号日本特许专利公报公开一种利用电弧离子镀方法在工件上形成膜的膜形成装置的示例。在该膜形成装置中，电源装置使蒸发源通电，使得蒸发源充当负极。此外，使撞击器与蒸发源接触并且然后立即与蒸发源分开，以产生电火花。在腔室中，在充当负极的蒸发源和正极之间发生电弧放电。通过电弧放电而从蒸发源发射离子。以此方式，当从蒸发源发射的离子沉积在工件上时，在工件上形成膜。当撞击器未产生电火花时，撞击器在与蒸发源分开的退避位置处等待。

通常，使蒸发源通电的电源装置包括多种类型的电路元件，诸如电阻器和线圈。在该构造中，当电源装置使蒸发源断电以熄灭腔室中所发生的电弧放电时，在线圈处产生高压，并且该高压被施加到蒸发源。如果不被充分绝缘的腔室的壁表面的一部分位于接近蒸发源处，则可在该部分和蒸发源之间发生电弧放电。

发明内容

本发明的目标是提供在电源装置使蒸发源断电以熄灭腔室中所发生的电弧放电时限制在蒸发源和腔室的壁表面的一部分之间的电弧放电的发生的电弧放电发生装置和膜形成方法。

为了解决以上问题，根据本发明的第一方面的电弧放电发生装置包括：蒸发源，所述蒸发源位于腔室中；撞击器，所述撞击器被构造成能够在腔室中移动；致动器，所述致动器驱动并且移动撞击器；电源装置，所述电源装置使蒸发源通电；以及控制器，所述控制器控制致动器和电源装置。控制器利用电源装置来使蒸发源通电，使得蒸发源充当负极，并且控制器控制致动器以使撞击器接触蒸发源并且然后使撞击器与蒸发源分开，以在腔室中发生电弧放电并且通过电弧放电从蒸发源发射离子。当熄灭腔室中发生的电弧放电时，控制器控制致动器以使撞击器接触蒸发源并且在撞击器与蒸发源接触的情形下利用电源装置来使蒸发源断电。

在该结构中，当撞击器接触蒸发源时，形成了包括蒸发源的电路。当电源装置使蒸发源断电时，在电源装置的线圈处产生高压，并且该高压被施加到蒸发源。因为电流流经电路，所以蒸发源和腔室的壁表面之间的电位差不变大。这限制了在腔室的壁表面的一部分和蒸发源之间发生电弧放电。

当在腔室中发生电弧放电时，蒸发源的温度变高。因此，当撞击器接触高温的蒸发源以熄灭电弧放电时，撞击器的接触蒸发源的接触部分的温度升高。在该情形中，来自蒸发源的热传递提高接触部分的温度。因此，接触部分可熔融，使得撞击器被焊接到蒸发源。

因此，优选的是，撞击器包括接触蒸发源的接触部分，并且所述接触部分由可升华材料形成。在该结构中，当撞击器接触具有高温的蒸发源时，接触部分的温度可升高。在该情形中，接触部分的材料可通过升华而经历从固体到气体的相变，但将很少经历从固体到液体的相变。这限制了撞击器被焊接到蒸发源。

优选的是，形成撞击器的接触部分的材料的升华点高于形成蒸发源的材料的沸点。在该结构中，当撞击器的接触部分接触具有高温的蒸发源时，接触部分的材料将很少升华。

此外，撞击器可包括接触蒸发源的接触部分，并且形成所述接触部分的材料的熔点可高于形成蒸发源的材料的沸点。在该结构中，当撞击器的接触部分接触具有高温的蒸发源时，接触部分的材料将很少熔融。即，限制了撞击器被焊接到蒸发源。

为了解决以上问题，根据本发明的第二方面的用于形成膜的方法包括：利用电源装置来使被布置在腔室中的蒸发源通电，使得蒸发源充当负极；通过使撞击器接触蒸发源并且然后使撞击器与蒸发源分开，在腔室中发生电弧放电；以及利用通过电弧放电从蒸发源发射的离子在工件上形成膜。当熄灭腔室中发生的电弧放电时，该方法使撞击器接触蒸发源并且在撞击器与蒸发源接触的情形下利用电源装置来使蒸发源断电。在此方法中，获得了与电弧放电发生装置相同的优点。

结合附图，本发明的其它方面和优点将从以下描述变得清楚，其中附图通过示例示意了本发明的原理。

附图说明

通过参考当前优选实施例的以下描述与附图，可最好地理解本发明及其目标和优点。

图1是示出包括根据本发明的一个实施例的电弧放电发生装置的膜形成装置的示意图；

图2是示出电弧放电发生装置在熄灭腔室中所发生的电弧放电时所执行的处理例程的流程图；并且

图3是示出电弧放电发生装置在熄灭腔室中所发生的电弧放电时的操作的示图。

具体实施方式

现在将参照图1到图3来描述根据本发明的电弧放电发生装置和膜形成方法的一个实施例。

图1示出了利用电弧离子镀方法在工件W上形成膜的膜形成装置10。如图1所示，该膜形成装置10包括电弧放电发生装置20、腔室11、支撑件12和偏压电源13。腔室11的内部是真空气氛。支撑件12在腔室11中支撑工件W。偏压电源13向由支撑件12支撑的工件W施加负偏压电压。

电弧放电发生装置20包括蒸发源21和正极构件22。蒸发源21位于腔室11中。正极构件22在腔室11中位于支撑件12上方。正极构件22连接到接地部。

蒸发源21由金属(例如，钛)形成，并且是大体上管状的。以相同的方式，正极构件22是大体上管状的。正极构件22位于蒸发源21的径向内侧。工件W在由支撑件12支撑的状态下位于蒸发源21内侧。当在腔室11中发生电弧放电时，在蒸发源21的内周表面211和正极构件22之间发生电弧放电。

此外，电弧放电发生装置20包括撞击器24、致动器25和控制器40。撞击器24被构造成能够在腔室11中移动。致动器25驱动并且移动撞击器24。控制器40控制并且驱动致动器25。撞击器24包括撞击器末端241以及支撑该撞击器末端241的撞击器本体242。撞击器本体242由连接到接地部的支撑轴26旋转地支撑。撞击器末端241位于撞击器本体242的远端处。

撞击器24由致动器25驱动，并且在由图1中的实线所示的退避位置和由图1中的虚线所示的接触位置之间枢转。当撞击器24位于退避位置处时，撞击器末端241不接触蒸发源21。当撞击器24位于接触位置处时，撞击器末端241接触蒸发源21。就这来说，撞击器末端241充当撞击器24的接触蒸发源21的接触部分。

撞击器末端241由石墨形成，石墨是导电且可升华的材料的示例。石墨的升华点(3550℃)高于形成蒸发源21的材料(在本实施例中，钛)的沸点(3280℃)。撞击器本体242例如由不锈钢形成。

此外，电弧放电发生装置20包括使蒸发源21通电的电源装置30。电源装置30包括负电源31、开关元件32和扼流线圈33。负电源31向蒸发源21施加负DC电压。控制器40控制开关元件32的激活和去活。扼流线圈33位于开关元件32和蒸发源21之间。第一气体放电器34连接到扼流线圈33的较靠近负电源31的端部。第二气体放电器35连接到扼流线圈33的较靠近蒸发源21的端部。当控制器40激活开关元件32时，负DC电压从负电源31施加到蒸发源21。结果，蒸发源21处的电位变得低于连接到接地部的正极构件22处的电位。因此，蒸发源21充当负极，并且正极构件22充当正极。

在膜形成装置10的膜形成方法中，当在腔室11中在工件W上形成钛膜时，负的偏压电压被施加到由支撑件12支撑的工件W。此外，当电源装置30的开关元件32被激活时，负DC电压被施加到蒸发源21。以此方式，在正极构件22充当正极并且蒸发源21充当负极的情形下，撞击器24从退避位置移动到接触位置，并且与蒸发源21形成接触。随后，当撞击器24开始从接触位置朝向退避位置移动时，撞击器末端241与蒸发源21分开。这会发生电火花。结果，在蒸发源21和正极构件22之间发生电弧放电。此外，电弧放电使钛离子从蒸发源21发射。钛离子沉积在工件W上以在工件W上形成钛膜。当膜正形成在工件W上时，撞击器24在退避位置处等待。

当完成工件W上的膜形成时，电源装置30使蒸发源21断电，以熄灭腔室11中发生的电弧放电。接着，将参照图2所示的流程图来描述在熄灭电弧放电时控制器40所执行的处理例程。

参照图2，控制器40通过控制并且驱动致动器25而使撞击器24从退避位置移动到接触位置(步骤S11)。接着，控制器40使开关元件32去活，并且使蒸发源21断电(步骤S12)。然后，控制器40通过控制并且驱动致动器25而使撞击器24从接触位置移动到退避位置(步骤S13)。然后，控制器40结束处理例程。

现在将参照图3描述本发明的膜形成方法的操作和优点，即，腔室11中所发生的电弧放电的熄灭。在图3中，电源装置30的构造被简化。

图3中的实线指示电源装置30的开关元件32被激活的情形，即，电源装置30正在使蒸发源21通电的情形。在此情形下，当撞击器24从退避位置移动到接触位置时，撞击器末端241与蒸发源21形成接触。这将撞击器24电连接到接地部，并且形成包括蒸发源21的电路C。即，蒸发源21经由撞击器24而电连接到接地部。

当开关元件32在该状态下如图3中的虚线所示去活时，电源装置30使蒸发源21断电。这在电源装置30的扼流线圈33处产生高压，并且该高压被施加到蒸发源21。在该情形中，电流流经电路C，并且减少积聚在蒸发源21中的电荷。结果，在蒸发源21和腔室11的壁表面之间的电位差不变大。这限制了在腔室11的壁表面的一部分和蒸发源21之间发生电弧放电。即，当腔室11中发生的电弧放电被熄灭时，电弧放电在腔室11的壁表面的一部分和蒸发源21之间的发生受到限制。

当在蒸发源21和正极构件22之间发生电弧放电时，蒸发源21的内周表面211的温度极高。因此，当电弧放电熄灭时，可在蒸发源21的与撞击器末端241接触的部分处形成熔池。在该情形中，蒸发源21的熔池的温度可高于形成蒸发源21的材料的熔点。

通常，由钼形成的末端被用作撞击器末端。钼的熔点是2623℃。当由钼形成的撞击器末端接触蒸发源21以熄灭电弧放电时，温度的增加可导致撞击器末端的一部分经历从固体到液体的相变。当撞击器末端的一部分经历到液体的相变时，撞击器末端将被焊接到蒸发源21，并且无法在下一工件W上形成膜时发生电弧放电。

就这来说，在本实施例中，撞击器末端241由石墨形成，石墨是可升华的材料。因此，当撞击器末端241接触具有高温的蒸发源21时，撞击器末端241的温度将上升，但是撞击器末端241将很少经历从固体到液体的相变。这限制了撞击器末端241被焊接到蒸发源21。

形成撞击器末端241的材料(即，石墨)的升华点高于形成蒸发源21的材料(即，钛)的沸点。因此，当撞击器末端241接触蒸发源21时，撞击器末端241的温度将上升，但是撞击器末端241的材料将很少升华。

本领域的技术人员应明白，本发明可按照许多其它具体形式来体现，而不偏离本发明的精神或范围。明确地说，应理解，本发明可按照以下形式来体现。

当撞击器末端241由具有比蒸发源21的材料的沸点高的熔点的材料形成时，撞击器末端241将很少因与具有高温的蒸发源21接触而经历从固体到液体的相变。这限制了撞击器末端241被焊接到蒸发源21。即，撞击器末端241的材料不必是可升华的。撞击器末端241的材料的熔点不必高于形成蒸发源21的材料的沸点来限制焊接。焊接的发生因撞击器末端241的材料的熔点提高而受到限制。例如，诸如碳化钨和氮化钛的导电陶瓷是具有比通常用作撞击器末端的材料的钼的熔点高的熔点的导电材料的示例。

当撞击器末端241接触蒸发源21以熄灭电弧放电时，腔室11可被供应诸如氩气的惰性气体，以降低腔室11中的真空度。以此方式，当腔室11中的真空度从在形成膜时的真空度降低时，在使蒸发源21断电时限制电弧放电的发生的效果被进一步提高。

此外，当向腔室11供应惰性气体时，惰性气体可被吹到蒸发源21的接触撞击器末端241的部分上。在该情形中，当惰性气体被吹到接触部分上时，接触部分的温度降低。这在撞击器末端241接触蒸发源21时限制撞击器末端241的温度增加。因此，当撞击器末端241接触蒸发源21时，撞击器末端241不容易经历从固体到液体(或气体)的相变。这增加能够被选择为撞击器末端241的材料的材料。

蒸发源21的形状不必是管状的，并且可以是扁平的。

只要能够通过蒸发源21和正极构件22之间的电弧放电发射离子，蒸发源21便可由钛之外的材料(例如，氮化铬)形成。

当在腔室11中发生电弧放电时，正DC电压可被施加到正极构件22。

在上述实施例中，膜在其中发生电弧放电的腔室11中形成在工件W上。作为替代，膜形成装置可分开地包括其中发生电弧放电的腔室，即，包括蒸发源21的第一腔室，以及包括工件W的第二腔室，使得该两个腔室通过连通通道而相互连通。在该庆幸中，通过第一腔室中的电弧放电而从蒸发源21发射的金属离子穿过连通通道而被引导到第二腔室中，并且金属膜在第二腔室中形成在工件W上。

本示例和实施例应被视为是说明性的，而不是限制性的，并且本发明不限于本文所给出的细节，而是可在所附权利要求书的范围和等同性内修改。

Claims (5)

1.一种电弧放电发生装置，包括：

蒸发源，所述蒸发源位于腔室中；

撞击器，所述撞击器被构造成能够在所述腔室中移动；

致动器，所述致动器驱动并且移动所述撞击器；

电源装置，所述电源装置使所述蒸发源通电；以及

控制器，所述控制器控制所述致动器和所述电源装置，其中

所述控制器被构造成：

利用所述电源装置来使所述蒸发源通电，使得所述蒸发源充当负极，并且

控制所述致动器以使所述撞击器接触所述蒸发源并且然后使所述撞击器与所述蒸发源分开，以在所述腔室中发生电弧放电并且通过所述电弧放电从所述蒸发源发射离子，并且

当熄灭所述腔室中发生的电弧放电时，控制所述致动器，以使所述撞击器接触所述蒸发源并且在所述撞击器与所述蒸发源接触的情形下利用所述电源装置来使所述蒸发源断电。

2.根据权利要求1所述的电弧放电发生装置，其中

所述撞击器包括接触所述蒸发源的接触部分，并且

所述接触部分由可升华的材料形成。

3.根据权利要求2所述的电弧放电发生装置，其中，形成所述撞击器的所述接触部分的材料的升华点高于形成所述蒸发源的材料的沸点。

4.根据权利要求1所述的电弧放电发生装置，其中

所述撞击器包括接触所述蒸发源的接触部分，并且

形成所述接触部分的材料的熔点高于形成所述蒸发源的材料的沸点。

5.一种用于形成膜的方法，所述方法包括：

利用电源装置来使被布置在腔室中的蒸发源通电，使得所述蒸发源充当负极；

通过使撞击器接触所述蒸发源并且然后使所述撞击器与所述蒸发源分开，在所述腔室中发生电弧放电；

利用通过所述电弧放电从所述蒸发源发射的离子在工件上形成膜；以及

当熄灭所述腔室中发生的电弧放电时，使所述撞击器接触所述蒸发源并且在所述撞击器与所述蒸发源接触的情形下利用所述电源装置来使所述蒸发源断电。

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