CN113454751A - 阴极电弧引弧装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

阴极电弧引弧装置

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

为了克服这些问题，已创造出根据独立权利要求1的引弧装置、根据独立权利要求11的阴极电弧沉积组件和根据独立权利要求20的用于阴极电弧沉积的电弧引发方法。本发明尤其涉及一种用于引燃真空涂覆系统(真空涂覆系统以下也被称为真空涂覆装置)中的电弧蒸发器的大电流放电的引燃装置(以下也称为引燃器)。

本发明所提供的引燃器尤其允许减少或消除因在引燃器中的引燃指上形成涂覆膜而需要的维护。此外，根据本发明的引燃器允许意外熄灭的电弧的快速再产生，因而消除了任何停电期。就此而言，用语“电弧快速再产生”是指在50ms或更短的时间段内，优选在20ms和50ms之间的时间段内重新引燃电弧。在本发明的第一方面，公开了一种用于将靶材阴极电弧沉积到基材上的引弧装置，其包括活动布置在接触位置和静止位置之间的触发指，其中在接触位置中相邻靶的侧表面可被触发指物理接触，而在静止位置中该触发指无法接触相邻靶，其中在靶材的阴极电弧沉积期间，该触发指如此活动布置在接触位置和静止位置间，即，触发指在阴极电弧沉积期间的被沉积靶材的污染可被最小化。在本发明的上下文中，该触发指优选是被理解为基本为细长形的，尤其呈杆状的释放单元。尤其因为根据本发明的触发指的特定布置以及因为触发指在接触位置和静止位置之间移动的类型和速度，获得了根据本发明的触发指的污染的最小化。

根据本发明的引弧装置可被安放在真空室内，特别是在真空室的壁处，该真空室优选具有用于接收一个或多个待涂覆基材的位置。该真空室优选可被抽真空到低于大气压的预定压力(例如小于10Pa-为了完成物理气相沉积过程所调整的总压力通常在0.01Pa和8Pa之间的范围内，但该范围不应被理解为是本发明的限制-真空质量压力范围通常分为以下真空类型：低：760-0托，中：0-10^-3托，高：10^-3-10^-8托，超高：10^-8-10^-12托，极高：<10^-12，外层空间：～10^-16托)。

在第一方面的一个例子中，该引弧装置包括外壳，引弧装置至少部分位于外壳中，其中该外壳可安置于可相邻布置的真空室之外。该外壳可被流体连通至该室的内部，使得在外壳内或至少在外壳的一部分内存在真空。特别是，外壳可用于防污保护并提供电气绝缘。此外，该引弧装置可以通过外壳以简单灵活的方式保持在真空涂覆室的压力水平。

在第一方面的另一个例子中，该引弧装置包括用于在接触位置和静止位置之间移动触发指的致动器，其中该触发指可以通过致动器在不到50ms，优选是在50ms至20ms之间，更优选是在20ms和10ms之间的时间内在接触位置和静止位置之间移动。这种快速运动尤其允许电弧快速引燃和再引燃。考虑到有效避免被沉积靶材污染，该致动器可以被设计为使该触发指能在最多200μs之后、优选最多在150μs之后，尤其最多在150μs和100μs之间的时间之后离开接触位置。该致动器还优选可被设置用于在所述触发指的轴向上线性移动该触发指。

在第一方面的另一个例子中，该致动器是电磁致动器。在这种情况下，可如此设置电磁致动器，即可产生电磁场以将弹簧拉长到预定延伸(拉长)长度，使触发指从静止位置移动到接触位置。当电磁场被停用时，弹簧可回复到其自由长度或预加载长度，使得触发指回移至其静止位置。为了确保触发指和靶的侧表面之间的充分接触，发明人建议产生一磁场，该磁场造成对应于一距离的弹簧伸长，该距离大于触发指尖端在从静止位置移动到接触位置时所经过的实际距离。例如，如果触发指尖端所需走过的实际距离(在静止位置和接触位置之间)为3毫米，则应提供一个力，该力应产生预期弹簧伸长和大于3毫米的相应伸长距离。这意味着，如果没有靶安放在处于接触位置的触发指尖端的运动包络中，则应该选择力来提供例如4毫米的伸长距离。换句话说，上述预定延伸(伸长)长度对应于计算的或预定的弹簧伸长，其将会是在预选力作用于压缩弹簧上并且中间未设有阻碍弹簧伸长的障碍的情况下，压缩弹簧从其自由长度或预加载长度到其延伸(伸长)长度所走过的总距离。例如，这将是以下情况，即电磁场力作用在压缩弹簧上且其间未设有障碍。

在第一方面的另一个例子中，该引弧装置包括用于将在接触步骤期间的电流限制到小于5A的值，优选在2A和5A之间的值的限流部件。在此可以尤其与电弧以节省材料的方式引燃和再引燃相关地使用限流装置。

在第一方面的另一个例子中，该引弧装置包括具有第一端和相对的第二端的杆，其中第一端最好位于可相邻布置的室内，而第二端位于该外壳内。

在第一方面的另一个例子中，该引弧装置还包括将触发指移动到静止位置的弹簧(例如拉伸弹簧)。移动触发指优选可以通过松弛弹簧拉伸力来完成，该弹簧拉伸力是在弹簧被拉长且触发指处于接触位置时所产生的。特别是，弹簧的使用为触发指的快速且可精确确定的运动提供简单的设计选项。

在第一方面的另一例子中，该触发指至少部分由钨构成。该触发指也可以由不同于钨的其它导电材料制成，但包含由钨制成或由与如下所述的其它材料合金化的钨制成的触发尖端。钨或钨合金化材料被用作触发指或触发指尖端以充作接触材料(非消耗性电极)以引导为了产生(引燃)将在靶面上点燃的电弧所需要的电流。由于纯钨电极是划算的但其耐热性差，故可以使用不同种类的合金元素来影响钨的性能，例如铈、镧或钍。钨合金化材料已知被用在TIG焊接工艺中并且通常以不高于2％的浓度包含上述合金化元素。这种类型的钨合金化材料可被用于制造根据本发明的触发指。

在本发明的第二方面，公开了一种用于将材料阴极电弧沉积到基材上的组件，该组件包括：前述的引弧装置；用于容纳待涂覆基材的室，该室被抽真空至低于大气压的预定压力；安置在该室内的阴极背侧支承；邻近阴极背侧支承板安置的靶，该靶具有背向阴极背侧支承的第一表面、与第一表面间隔开且面向阴极背侧支承的第二表面以及连接第一和第二表面的侧表面，其中等离子体材料将从第一表面被喷射出。

在第二方面的一个例子中，该阳极可安置在该室内并与靶间隔开。同样可行的是该阳极向外地远离该靶的第一表面。

在第二方面的另一个例子中，在接触位置中该引弧装置的触发指物理接触该靶的侧表面，而在静止位置中该触发指不接触该靶。

在第二方面的另一个例子中，尤其关于防止触发指被沉积靶材污染的可靠防护，该组件可以进一步包括用于保护触发指免于被沉积材料污染的限制件。该限制件可以位于该室内并可以在其表面上形成有凹槽。优选地，在接触位置中该触发指的第一端物理接触该靶，而在静止位置中该触发指的第一端不接触该靶并且位于限制件的凹槽内以防止第一端暴露于沉积材料。该限制件由此可以位于该靶的侧表面附近，优选可位于阴极背侧支承和阳极之间。例如该限制件是环形的，其具有由内侧壁限定出的中心开口，其中该凹槽在限制件的径向上从限制件的外侧壁延伸到内侧壁。因此该中心开口的直径可以大于靶的宽度，使得该限制件围绕靶安置。

在本发明的第三方面，公开了一种用于材料阴极电弧沉积的电弧放电的方法，尤其使用前述的组件，该方法包括以下步骤：在被抽真空的室内提供阳极和靶；提供具有位于该室内的第一端和位于该室外的第二端的触发指；产生触发指到静止位置的移动，其中该触发指的第一端容纳在限制件内，使得第一端避开等离子体材料；将触发指从静止位置移位到接触位置，其中该触发指的第一端没有位于限制件内，并且其中第一端物理接触该靶的侧表面；将触发指从接触位置回移到静止位置。

在第三方面的一个例子中，尤其关于确保触发指的快速且可精确限定的运动的结构简单的可能方式，产生触发指到静止位置的运动的步骤可通过弹簧来完成，其中将触发指从接触位置回移到静止位置可通过用于回复至其自由长度的弹簧力来完成。

为了尽量精确地调整触发指的定位，将触发指从静止位置移位到接触位置的步骤可以通过位于该室外的致动器来完成。

在第三方面的另一个例子中，尤其关于电弧的快速引燃和再引燃的可能方式，该触发指停留在接触位置上的时间量不到250μs，优选不到200μs，更优选在150μs和100μs之间。关于在电弧沉积期间尽量减小触发指被沉积靶材污染，触发指从静止位置移动到接触位置所用的时间量不得超过50ms，优选可以在20ms和50ms之间，更优选在20ms和10ms之间。此外，例如通过将移位时间调整到20ms，触发重复(再触发)可以对应于50Hz的频率。

在本发明的第四方面，公开了将前述引弧装置用在脉冲阴极电弧沉积工艺中的用途。

在本发明的第五方面，公开了将前述组件用在脉冲阴极电弧沉积工艺中的用途。将根据本发明的引弧装置或根据本发明的组件用于脉冲工艺过程因为再引燃而是特别合适的，所述再引燃由于触发指污染轻微而实际上可根据需要频繁且快速地实现。

详细说明

图1示出具有引弧装置的阴极电弧沉积组件的侧截面示意图，其中该引弧装置的触发指如图所示处于静止位置。

图2A示出图1所示的限制件的俯视示意图。

图2B示出图1所示的限制件的等轴示意图。

图3示出图1的组件的侧截面示意图，其中触发指如图所示处于接触位置。

图4示出阴极电弧沉积组件的一个实施例的电气特性的曲线图。

现在参考附图，图1示出用于在一个或多个待涂覆基材S上沉积涂层(即，材料)的阴极电弧沉积组件100。阴极电弧沉积组件100包括由外壳罩104限定的室102。至少在阴极电弧沉积组件100的工作期间，提供处于真空状态的室102。就是说，室102被抽真空至低于大气压的预定压力(例如低于10Pa-为完成物理气相沉积工艺所调整的总压力通常在0.01Pa和8Pa之间的范围内，但该范围不应被理解为对本发明的限制-真空质量压力范围通常按如下真空类型来分类：低：760-0托，中：0-10^-3托，高：10^-3-10^-8托，超高：10^-8-10^-12托，极高：<10^-12，外层空间：～10^-16托)。这通过与室102流体连通设置的真空泵(未示出)来实现。

如进一步所示，阴极背侧支承106被安置在室102内。靶108(即，阴极)位于阴极背侧支承106附近并且包括第一表面108a、与第一表面108a间隔开的第二表面108b以及连接第一和第二表面108a、108b的侧表面108c。靶108被定位成使第二表面108b面向阴极背侧支承106且第一表面108a背对阴极背侧支承106。具体说，靶108的第二表面108b物理接触阴极背侧支承106，使得靶108安放于其上。

阳极110在与靶108间隔开的位置处位于室102内。具体而言，阳极110向外地远离靶108的第一表面108a，使得阳极110在竖直地安置在靶108上方。应当理解的是，在此的公开内容是关于阴极电弧沉积组件的示意图所做出的并且所述公开内容不限于此。例如，虽然图1中的示意图及其在此所附公开内容是关于竖直取向(即，靶108位于阴极背板106上方，阳极110竖直地在靶108上方间隔开)所做出的，但可以想到其它取向(例如水平)是可能的。

靶材(未示出)将会从靶108的第一表面108a被蒸发出，其中，由蒸发材料形成等离子体，其材料被沉积到待涂覆的基材S上而形成涂层。这是通过提供产生并维持阴极电弧沉积组件100的电弧的电源112来完成的。具体地说，电源112的正极端被可操作连接到阳极110，电源112的负极端通过阴极背侧支承106被可操作连接至靶108。电源112提供在40V-200V范围内的空载电压。

为了产生电弧，靶108被撞击机构(即，触发指，将在下面进一步讨论)碰撞；这样做产生了从电源112经由靶108和撞击机构的闭合电路。当撞击机构脱离靶108时，撞击机构和靶108之间的电路通路被断开，造成电弧跳过撞击机构与靶108之间的间隙，由此在靶108上引发电弧。当引发电弧时，电弧路径立即在靶108和阳极110之间延伸并且此后通过电源112来维持。

由于在工作中有高电流水平流过靶108，故靶108可能变得非常热。因此，阴极电弧沉积组件100可以包括设计用于冷却靶108的冷却机构(未示出)。该冷却机构可与阴极背侧支承106一体形成或可以是分开的独立特征。

如图1进一步所示，阴极电弧沉积组件100包括设计用于产生电弧的引弧装置114。引弧装置114包括设置在室102外的外壳116以及设置用于在触发指118的轴向X上的线性运动的触发指118。外壳116在形成于其中的开孔处被附接到室102的外壳罩104。具体地说，在外壳罩104和外壳116之间设置密封以将前者密封接合至后者。该密封包括分别与外壳罩104和外壳116物理接触的第一和第二密封环120a、120b。如进一步所示，电绝缘体122设置在第一和第二密封环120a、120b之间并且设置用于将所述室102和引弧装置114电气绝缘。

虽然可以使用其它致动器(例如其它形式的机电致动器)，但优选电磁致动器，因为在致动器的移动部件处于真空(密封并附接到电弧蒸发源)状态且激励电线圈处于大气中时它允许触发指移动。因此，可以实现具有很小型设计的引弧装置构造。

引弧装置114还包括安置在外壳116内的致动器124。致动器124在静止位置和接触位置之间移动(即平移)触发指118，如以下将解释的那样。此外，致动器124可以是机械致动器，但优选是电磁致动器(例如线性伺服电机、螺线管等)。具体说，致动器124可以呈电磁致动器的形式，其中，电磁致动器在线圈电激励之后产生机械运动。线圈的电激励可以通过电容(未示出)放电来产生。致动器124可以以脉冲的形式被激活，给引弧装置114规定的脉冲运动，在此获得高达50Hz的重复频率。

阴极电弧沉积组件100还包括位于室102内的限制件126。如图2A和2B所示，限制件126优选是环形的。但也可以想到其它构型。例如，限制件126可以是方形或矩形的。

如图2B所示，限制件126的外周面可被精加工而包括上和下斜切边缘127a和127b。在另一个例子中，限制件126的外周面可以被精加工而包括圆角(如半径角)。或者，外周面可以是未被精加工的(如90°方角)。

参考图2A和2B，限制件126包括凹口或凹槽128。凹槽128形成在限制件126内且被设置用于允许触发指118延伸穿过其中。具体说，限制件126位于靶108的侧表面108c附近(优选围绕但不直接接触)并且在竖直向上位于阴极背侧支承106和阳极110之间。该限制件与靶之间的横向距离优选不大于1.5毫米(考虑径向距离)。即，限制件126位于阴极背侧支承106上方但在阳极110下方。限制件126通常由钢(磁性或非磁性)构成。

关于图2A和2B，示出了限制件126的俯视示意图(图2A)和等轴示意图(图2B)。限制件126是环形的，其具有内侧壁126a和外侧壁126b。限制件的外侧壁126b可被形成为限定出凹形环绕通道。但外侧壁126b可被精加工成具有沿外侧壁126b的圆周延伸的凸形突起。或者，外侧壁126b可不包括周向通道。在另一方面，外侧壁126b可被形成为包括沿限制件126的周面(如定位件)延伸的外伸凸脊或凸缘。

限制件126的凹槽128在限制件126的径向上从内侧壁126a延伸到外侧壁126b。该限制件必须被设计为具有凹槽128，凹槽尺寸被设定成保证触发指在其中移动时能无障碍经过。与此同时，凹槽必须尽可能窄以防止等离子体在其中点燃，特别是避免在凹槽内表面上沉积涂覆材料。这意味着例如，如果使用直径为2毫米的触发杆，则凹槽128的轴向尺寸可以是3毫米，如图2b示意所示的那样。此外，内侧壁126a在限制件126中限定出具有直径d₁的中心开口。中心开口的直径d₁大于靶108的宽度W₁，使得限制件126围绕靶108安置。换言之，限制件126在周向上围绕靶108，其中，限制件126的内侧壁126a面向靶108的侧表面108c。

回到图1，触发指118是具有第一端118a和对置的第二端118b的杆。触发指118，特别是触发指的第一端(也被称为触发指的尖端)可以由钨构成；或者，触发指118可由已如上所述的其它材料构成。触发指延伸入限制件126的凹槽128中并被布置成抵碰该靶108的侧表面108c。如图所示，触发指的第二端118b安置在引弧装置114的外壳116内。

如图1所示，触发指118如图所示处于静止位置。具体说，触发指118的第一端118a位于限制件126的凹槽128内。这样一来，限制件126阻止触发指118的第一端118a暴露在安置在室102内的任何等离子体材料(例如源自电弧引燃)下。如进一步所示，弹簧130安置在外壳116内并设计成产生触发指118到静止位置的运动。弹簧130如图所示为螺旋压缩弹簧，还能想到可使用其它类型的弹簧(如拉伸弹簧、锥形弹簧、盘簧等)和弹簧取向来产生触发指118到静止位置的运动。

进至图3，触发指118如图所示处于接触位置。具体说，如上所述，致动器124将触发指118从静止位置(即触发指118的第一端118a位于凹槽128内)线性移位到接触位置，在接触位置中该触发指118的第一端118a物理接触靶108的侧表面108c。就是说，触发指118是活动的(例如在垂直于侧表面108c所处的假想平面的方向上)以抵碰(即接触)靶108的侧表面108c。与抵碰靶108的第一或第二表面108a、108b不同，这种取向和布置提供小的触发指移动。触发指118在静止位置和接触位置之间移动的总距离可以例如为3毫米，但该距离不应理解为是本发明的限制。触发指在从静止位置移动到接触位置或者反向移动的过程中所必须走过的距离越短，再触发所用的时间越短。同样，如果选择触发指移动的较短距离，则效率可以更高并且系统复杂性可被降低。使用根据本发明的触发装置(引弧装置)所涉及的其它优点例如如下：a)不会产生侧表面108c的腐蚀，因此使用本发明能确保稳定的触发件几何形状；b)在触发指(是指触发指的第一端或触发指尖端)上没有涂覆膜沉积或涂覆膜沉积显著减少，因为触发指移动到静止位置通常将触发指隐藏在引燃装置外壳中或限制件凹槽内；c)紧凑设计，其包括致动器和用于触发功能，包括电气隔离和真空密封的部件。

当触发指118处于接触位置时，自电源112经靶108并经引弧装置114(即经由触发指118)产生闭合电路。如图所示，阴极电弧沉积组件100还包括电连接到触发指118的电阻132。电阻132在接触位置期间将电流限制到不超过5A，优选在2A-5A之间范围内。

现在将描述阴极电弧沉积组件100的工作。一开始，电源112被启动，由此提供40V-200V的空载电压。与此同时，触发指118通过弹簧130被移动到静止位置。为了产生电弧，致动器124被启动(例如通过电容器放电来激励线圈)，使得致动器124对触发指118所提供的力大到足以克服弹簧130自身的用于保持其自由长度或预加载长度(也称为弹簧松弛长度或松弛姿态)的力。这样做时，触发指118从静止位置线性移位到接触位置，其中，触发指118的第一端118a物理接触靶108的侧表面108c。

值得注意的是，触发指118从静止位置移动到接触位置所用的时间量不超过50ms，优选在10ms-50ms之间。当触发指118的第一端118a抵碰靶108的侧表面108c时，形成闭合电路，在其中输送2A-5A的电流。此后，致动器124被停用；因此不再对触发指118提供力。因此，触发指118在弹簧130自身的回复其自由长度的力的作用下回移到静止位置。触发指118保持在接触位置(即触发指118的第一端118a与靶108的侧表面108c接触)的时间量不超过100μs，优选小于50μs。

当该电路断开时，靶108放出电弧(即，等离子体材料)。接着，该等离子体材料被引导至基材(如通过磁力)以涂覆基材S。通过这种方式，因为在致动器124停用之后触发指118马上回复到静止位置(即由于弹簧130自身的用于产生其自身松弛的力)并且因为触发指118的第一端118a在静止位置中安置在限制件126的凹槽128内，故触发指118避开等离子体材料。换句话说，除非致动器124被启动，否则触发指118总是处于静止位置(即避开等离子体材料)。因此，触发指118未暴露在等离子体材料下，因此将不会出现在触发指118上形成膜。

关于图4，示出了阴极电弧沉积组件100的一个实施例的电气特性曲线图。该曲线图被分成第一时间间隔T₁、第二时间间隔T₂和第三时间间隔T₃。第一时间间隔T₁代表在电源112已被激活后但在产生电弧之前的阴极电弧沉积组件100。就是说，在第一时间间隔T₁，触发指118处于静止位置。第二时间间隔T₂代表处于接触位置(即如图3所示)的触发指118。具体而言，第二时间间隔T₂在50μs的时间内出现。即，触发指118的第一端118a接触靶108的侧表面108c的时间量等于或小于50μs。第三时间间隔T₃代表电弧产生，电弧出现在触发指118的第一端118a脱离靶108的侧表面108c时。就是说，触发指118在第三时间间隔T₃期间内再次处于静止位置。

如图所示，三条线(即，线“A”、“B”和“C”)排列在图上并代表阴极电弧沉积组件100在每个时间间隔(即，T₁-T₃)期间内的电气特性。第一条线“A”代表电弧放电电流(即，以安培为单位)。线“A”在第一和第二时间间隔T₁-T₂内保持基本恒定，其中电弧放电电流等于0A。但在第三时间间隔T₃期间内，电弧放电电流升至200A。

第二条线“B”代表在触发指118处的电流量(以安培为单位)。如图所示，在第一时间间隔T₁期间内，触发指118没有经历电流(即0A)。在第二时间间隔T₂期间内，触发指118经历3A的电流。触发电流(即线“B”)在第三时间间隔T₃期间内被显著减小但未变为零(即0A)。

最后，第三条线“C”代表阴极电弧沉积组件100的电压(即单位为伏特)。在第一时间间隔T₁期间内，电压保持相对恒定并且大致等于140V。该电压由电源112提供。在电弧产生之后(即在第二时间间隔T₂之后)，电压降低到20V-40V的范围。

已经参考上述实施例描述了本发明。其他人在阅读和理解了本说明书之后将会想到修改和改动。结合本发明的一个或多个方面的实施例旨在涵盖所有这些落入所附权利要求书的范围内的修改和改动。

Claims (26)

1.一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，而在该静止位置中所述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的被沉积的靶材的污染减至最小。

2.根据权利要求1所述的引弧装置，

其中，该引弧装置包括外壳，该引弧装置至少部分位于该外壳中，

其中，该外壳能安置在可相邻布置的真空室之外。

3.根据权利要求1或2所述的引弧装置，

其中，该引弧装置包括致动器，其用于使该触发指在所述接触位置与静止位置之间移动，

其中，该触发指能在所述接触位置与静止位置之间通过该致动器在不到50ms的时间内，优选在50ms和20ms之间，更优选在20ms和10ms之间的时间内被移动。

4.根据前述权利要求之一所述的引弧装置，其中，该致动器被设计成使该触发指能在至多200μs，优选至多150μs，特别是至多在150μs到100μs之间的时间之后离开所述接触位置。

5.根据前述权利要求之一所述的引弧装置，其中，该引弧装置包括限流部件，其将在接触步骤期间的电流限制到小于5A的值，优选限制到在2A和5A之间的值。

6.根据前述权利要求之一所述的引弧装置，

其中，该引弧装置包括杆，其具有第一端和对置的第二端，

其中，优选地，所述第一端位于可相邻布置的室内并且所述第二端位于该外壳内。

7.根据前述权利要求之一所述的引弧装置，其中，该致动器设置用于在该触发指的轴向上线性移动该触发指。

8.根据前述权利要求之一所述的引弧装置，其中，该引弧装置还包括弹簧，其将该触发指移动到该静止位置。

9.根据前述权利要求之一所述的引弧装置，其中，该致动器是电磁致动器。

10.根据前述权利要求之一所述的引弧装置，其中，该触发指至少部分由钨构成。

11.一种用于将材料阴极电弧沉积到基材上的组件，该组件包括：

根据前述权利要求之一所述的引弧装置，

用于容纳待涂覆基材的室，该室被抽真空至低于大气压的预定压力；

安置在该室内的阴极背侧支承；

邻近该阴极背侧支承板安置的靶，该靶具有背向该阴极背侧支承的第一表面、与所述第一表面间隔开且面向该阴极背侧支承的第二表面以及连接所述第一表面和第二表面的侧表面，其中，等离子体材料将从所述第一表面被喷射出；

安置在该室内且与该靶间隔开的阳极，

其中，在该接触位置中该引弧装置的触发指物理接触该靶的所述侧表面，并且在该静止位置中该触发指未接触该靶。

12.根据权利要求11所述的组件，其中，该阳极向外地与该靶的第一表面间隔开。

13.根据权利要求11或12所述的用于将材料阴极电弧沉积到基材上的组件，其中，该组件还包括限制件，用于保护该触发指以免被沉积材料污染。

14.根据权利要求13所述的用于将材料阴极电弧沉积到基材上的组件，其中，所述限制件安置在所述室内并且具有在其中形成的凹槽。

15.根据权利要求13或14所述的用于将材料阴极电弧沉积到基材上的组件，

其中，在该接触位置中该触发指的第一端物理接触该靶，

并且其中，在该静止位置中该触发指的所述第一端未接触该靶并且位于该限制件的所述凹槽内以禁止所述第一端暴露于所述沉积材料。

16.根据权利要求11至15之一所述的组件，其中，该限制件位于该靶的侧表面附近且优选位于所述阴极背侧支承与所述阳极之间。

17.根据权利要求11至16之一所述的组件，

其中，所述限制件为环形，其具有由内侧壁限定的中心开口，

其中，所述凹槽在该限制件的径向上从所述限制件的外侧壁延伸至所述内侧壁。

18.根据权利要求17所述的组件，其中，该中心开口的直径大于该靶的宽度，使得该限制件围绕该靶安置。

19.根据权利要求11至18之一所述的组件，其中，该引弧装置包括安置在所述室之外的外壳。

20.一种用于材料阴极电弧沉积的引发电弧的方法，特别是采用根据权利要求11至19之一所述的组件，该方法包括以下步骤：

在被抽真空的室内提供阳极和靶；

提供触发指，其具有位于该室内的第一端和位于该室外的第二端；

产生所述触发指到静止位置的运动，其中，该触发指的所述第一端容置在限制件内，使得所述第一端避开等离子体材料；

将所述触发指从所述静止位置移位到接触位置，其中，该触发指的所述第一端没有位于该限制件内，并且其中，所述第一端物理接触该靶的侧表面；和

使触发指从所述接触位置回移至所述静止位置。

21.根据权利要求20所述的方法，

其中，产生所述触发指到所述静止位置的运动的步骤通过弹簧来完成，

并且其中，使所述触发指从所述接触位置回移至所述静止位置通过用于回复至其自由长度的弹簧的力来完成。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述触发指从所述静止位置移位到所述接触位置的步骤通过位于该室外的致动器来完成。

23.根据权利要求20至22之一所述的方法，其中，该触发指停留在所述接触位置上的时间量不到250μs，优选不到200μs，更优选在150μs和100μs之间。

24.根据权利要求20至22之一所述的方法，其中，该触发指从所述静止位置移动到所述接触位置所用的时间量不超过50ms，优选在20ms至50ms之间,更优选在20ms和10ms之间。

25.将根据权利要求1至10之一所述的引弧装置用在脉冲阴极电弧沉积工艺中的用途。

26.将根据权利要求11至19之一所述的组件用在脉冲阴极电弧沉积工艺中的用途。

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