CZ296094B6

CZ296094B6 - Zarízení pro odparování materiálu k povlakování predmetu

Info

Publication number: CZ296094B6
Application number: CZ20004747A
Authority: CZ
Inventors: Holubár@Pavel; Jílek@Mojmír
Original assignee: Shm, S. R. O.
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2006-01-11
Also published as: AU2002220482A1; CZ20004747A3; US20040069233A1; DK1356496T3; DE60135875D1; CN1404620A; ES2311497T3; SI1356496T1; AU2002226377A1; KR20020087056A; PT1356496E; WO2002050865A1; EP1356496B1; WO2002050864A1; EP1356496A1; ATE408890T1

Abstract

Zarízení pro odparování materiálu k povlakování predmetu fyzikální metodou PVD pomocí nízkonapetového elektrického oblouku je opatreno zdrojem (4a, 4b, 4) magnetického pole a anodou (3) a katodou (2a, 2b, 2) elektrického oblouku. Alespon jedna katoda (2a, 2b, 2) a alespon jeden zdroj (4a, 4b, 4) magnetického pole jsou usporádány v povlakovací komore (1) vzájemne otocne.

Description

Zařízení pro odpařování materiálů k povlakování předmětů

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro odpařování materiálu k povlakování předmětů fyzikální metodou pomocí nízkonapěťového elektrického oblouku, přičemž je zařízení opatřeno zdrojem magnetického pole a anodou a katodou elektrického oblouku.

Dosavadní stav techniky

Jsou známa zařízení pro nanášení tvrdých povlaků fyzikální metodou, tj. pro povlakování předmětů fyzikální metodou (Physical Vapor Deposition = PVD).

Jsou známy technologie, kdy se pro odpařování částic, které za přítomnosti plynné atmosféry, například dusíku, vytvářejí povlak na substrátu - povlakovaném předmětu, používá nízkonapěťový oblouk. Vytvářený povlak je například typu TiN. Hmota povlaku se přitom odebírá z povrchu kovového targetu, například titanového, odpařováním pomocí nízkonapěťového elektrického oblouku.

V případě, že jako zdroj pro odpařování materiálu je používán stejnosměrný nízkonapěťový elektrický oblouk, může být hoření oblouku neřízené, anebo je řízené pomocí magnetického pole.

V obou případech dochází k odpařování materiálu v místě katodové skvrny která se pohybuje po povrchu katody nízkonapěťového oblouku. V místě katodové skvrny se vytváří mikrolázeň s teplotou řádově 10 000 °C. V místě mikrolázně dochází k intenzivnímu odpařování a rozstřikování materiálu katody. Odpařený materiál se usazuje na povrchu povlakovaných předmětů v atomární nebo molekulární podobě, zatímco rozstřikovaná část se usazuje ve formě makročástic. Nejvyšší počet makročástic vzniká v případě uplatnění neřízeného nízkonapěťového oblouku. Takové řešení je popsáno například v článku Pokrytija polucenyje kondenzacijej plazmennych potokov v vakuume. Ukrainskij fíziceskij zumal. Tom 24, No 4, Otdelnyj ottisk. Kijevl979.

Nevýhoda toho řešení spočívá především v tom, že makročástice zhoršují fyzikálně - chemické vlastnosti povlaku.

V případě oblouku řízeného pomocí magnetického pole se pohyb katodové skvrny podstatně urychlí - viz například spisy WO 85/03954 a US 4 637 477. V důsledku toho se zmenší průměr mikrolázně v místě katodové skvrny a sníží se počet vznikajících makročástic. Oblouk se pohybuje především v oblasti s vyšší intenzitou magnetického pole, a to kolmo k siločárám magnetického pole. Tím se na povrchu elektrody vytváří oblast, která je více erodovaná. Jak se zmenšuje tloušťka elektrody - katody v místě její eroze, přibližuje se místo pohybu oblouku zdroji magnetického pole a tím se zvyšuje hodnota magnetického pole vdaném místě. Pohyb katodové skvrny se tedy postupně stále více soustředí do omezeného prostoru, až se oblouk zařízne do jedné stopy. Tím se výrazně sníží životnost katody.

Problém zaříznutí oblouku částečně řeší technologie, kdy se k řízení pohybu oblouku použije více zdrojů magnetického pole, například elektromagnetických cívek - viz například zveřejněná mezinárodní přihláška WO 95/06954. Pohybem oblasti magnetického pole, kde je jeho největší intenzita, lze dosáhnout rovnoměrnější eroze povrchu katody.

K. tomuto účelu lze použít například dvojice různě umístěných elektromagnetických cívek. Změnou intenzity proudu v jednotlivých cívkách se mění poloha místa maximální intenzity magnetického pole na povrchu elektrody. Nevýhodou této technologie je fakt, že nelze řídit pohyb magnetického pole zcela rovnoměrně po celém povrchu katody a okamžik, kdy dojde k nerov

-1 CZ 296094 B6 noměrnému opotřebování elektrody, se tím jenom oddálí. Pro tvorbu povlaku je tedy využita jen omezená část materiálu elektrody.

Další známou technologií je mechanický pohyb relativně malého permanentního magnetu nebo elektromagnetu za elektrodou - katodou nízkonapěťového oblouku - viz například zveřejněná mezinárodní přihláška WO 85/03954. Nevýhodou této technologie je fakt, že jenom malá část povrchu elektrody je pokryta magnetickým polem. Při vyšších proudech v nízkonapěťovém oblouku může oblouk zasahovat až do oblasti s nízkou intenzitou magnetického pole, čímž se opět zvýší počet makročástic.

Cílem vynálezu je vytvořit řešení, umožňující podstatně lepší využití materiálů odpařovací elektrody při zachování kvality povlaku na substrátu, zejména dosažením velmi nízkého počtu vznikajících makročástic.

Podstata vynálezu

Nedostatky známých řešení odstraňuje řešení podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že alespoň jedna katoda a alespoň jeden zdroj magnetického pole jsou uspořádány v povlakovací 20 komoře vzájemně otočně.

Je také podstatné, že zdroj magnetického pole je tvořen alespoň jednou elektromagnetickou cívkou nebo alespoň jedním permanentním magnetem.

Je výhodné, že katoda je válcovitá.

Pro účinné a rovnoměrné rozmisťování katodové skvrny na povrchu katody je podstatné variantní provedení, kdy zdroj magnetického pole je umístěn uvnitř katody, která je uspořádána otočně, přičemž zdroj magnetického pole je uspořádán nehybně.

Z hlediska jednoduchosti konstrukce je přínosem, když zdroj magnetického pole, umístěný uvnitř katody, je uspořádán otočně, přičemž katoda je uspořádána nehybně.

V případě, že odpařovací zařízení je umístěno ve středu komory, je významné, že anoda je umístěna v blízkosti katody přibližně naproti zdroji magnetického pole umístěného uvnitř katody.

V případě, že odpařovací zařízení je umístěno ve středu komory je z hlediska možnosti odpařování více materiálů výhodné, jsou-li naproti anodě umístěny symetricky dvě katody.

Pro snadnou manipulaci s povlakovanými předměty podle vynálezu je výhodné, je-li odpařovací zařízení umístěno u stěny povlakovací komory, tj. katoda je umístěna výstředně mezi stěnou povlakovací komory a povlakovanými předměty.

Je výhodné, je-li zdroj magnetického pole směrován do středu povlakovací komory.

Při výstředném uspořádání odpařovacího zařízení u stěny povlakovací komory je významné, že anoda je rozdělena alespoň do dvou úseků, které jsou umístěny po stranách katody. Přitom mohou být mezi jednotlivými úseky anody vedle sebe uspořádány alespoň dvě katody.

Výhoda řešení podle vynálezu spočívá v tom, že rovnoměrným mechanickým pohybem magnetického pole vůči povrchu odpařované katody se výrazně prodlouží životnost katod.

Další výhoda spočívá v tom, že dutá katoda cylindrického tvaru má výrazně větší povrch než planámí elektroda zaujímající v povlakovací komoře stejný prostor. To je výhodné především v

-2CL Z90U94 tíb případech, kdy je potřebné odpařovat dva materiály současně a je žádoucí, aby rostoucí vrstva měla co nejrovnoměmější složení v různých místech nanášení vrstvy. K tomu je tedy nutné, aby katody měly co nejmenší průměr.

Další výhoda spočívá v tom, že délka zdroje magnetického pole je přibližně stejná jako délka duté katody. Tím, že magnetické pole je poměrně rozlehlé, lze zajistit, aby nedocházelo k vybíhání oblouku do míst s nízkou intenzitou magnetického pole ani při vysokých hodnotách proudu nízkonapěťového oblouku. Tím se dosáhne přijatelně malého množství makročástic i při vysokých rychlostech růstu povlaku. Další výhoda spočívá v tom, že jednoduchou záměnou zdroje magnetického pole za silnější zdroj a záměnou zdroje nízkonapěťového oblouku za zdroj pro magnetronové odprašování může zařízení fungovat i v režimu magnetroncvého odprašování.

Stručný popis obrázků na výkresech

Další výhody a význaky vynálezu vyplývají z následujícího popisu na základě výkresů, kde značí obr. 1 schematický nárys prvního příkladu provedení vynálezu, obr. 2 schematický půdorys prvního příkladu provedení v částečném řezu, obr. 3 schematický nárys druhého příkladu provedení, obr. 4 schematický půdorys druhého příkladu provedení v částečném řezu, obr. 5 schematický nárys třetího příkladu provedení, obr. 6 schematický půdorys třetího příkladu provedení v částečném řezu, obr. 7 schematický nárys čtvrtého příkladu provedení a obr. 8 schematický půdorys čtvrtého příkladu provedení v částečném řezu.

Příklady provedení vynálezu

V popisu jednotlivých příkladů provedení jsou u stejných částí, popřípadě stejně provedených částí, uváděny stejné vztahové značky. V některých případech jsou u stejných násobně použitých součástí uplatněny stejné vztahové značky odlišené písmennými dodatky.

Příklad 1

Uprostřed povlakovací komory 1 (obr. 1) je umístěno zařízení pro odpařování materiálů podle vynálezu, které je v popisu nadále označováno jako odpařovací zařízení. Povlakovací komora 1 je opatřena výstupem la pro evakuaci plynu. Základní části odpařovacího zařízení tvoří katody 2a a 2b nízkonapěťového oblouku, anoda 3 nízkonapěťového oblouku a zdroj 4a a 4b magnetického pole (obr. 1 a 2). Katody 2a a 2b jsou válcovité, tj. mají válcový nebo podobný tvar, jsou duté a alespoň jejich vnější povrch je vyroben z materiálu vhodného k odpařování metodou nízkonapěťového oblouku pro povlakování fyzikální metodou PVD, například z titanu nebo hliníku. Katody 2a a 2b jsou svými úložnými částmi 2c a 2d uloženy otočně pomocí neznázoměných ložisek. Úložné části 2c a 2d katod 2a a 2b jsou opatřeny řemenicemi 5a a 5b, které jsou spřaženy s neznázoměným hnacím ústrojím. Uvnitř každé z katod 2a a 2b jsou uloženy zdroje 4a a 4b magnetického pole, které jsou tvořeny pólovými nástavci 6a a 6b a elektromagnetickými cívkami 7a a 7b, které společně tvoří elektromagnet. Pólové nástavce 6a a 6b jsou provedeny z magneticky měkkého materiálu, jsou pevně spojeny s elektromagnetickými cívkami 7a a 7b a jsou pevně fixovány pomocí nosičů 8a a 8b v neznázoměném rámu tak, že pólové nástavce 6a a 6b jsou orientovány do středu povlakovací komory L Přibližně ve středu povlakovací komory 1, mezi první katodou 2a a druhou katodou 2b, je nehybně umístěna anoda 3 nízkonapěťového oblouku.

Neznázoměné přívody proudu pro elektromagnetické cívky 7a a 7b jsou vyvedeny nosiči 8a a 8b. Katody 2a a 2b jsou elektricky odděleny od povlakovací komory 1 pomocí izolace 9. Mezi anodu 3 a katody 2a a 2b jsou vřazeny zdroje 10a a 10b nízkonapěťového oblouku. Na katody 2a a 2b je

-3 CZ 296094 B6 proud přiveden pomocí neznázoměných proudových sběmic. Obě katody 2a a 2b jsou chlazeny vodou neznázorněným známým chladicím systémem.

Podle příkladu provedení jsou základní rozměry částí odpařovacího zařízení tyto: vnější průměr katod 2a a 2b je 80 mm, vnitřní průměr katod 60 mm, výška katod 2a a 2b je 300 mm, vzdálenost mezi katodami 2a a 2b je 50 mm, vodou chlazené elektromagnetické cívky 7a a 7b jsou charakterizovány počtem závitů 100 a maximálním proudem 20A, celková výška elektromagnetických cívek 7a a 7b je 250 mm a vzdálenost katod 2a a 2b od substrátu je 150 mm.

Po zapálení elektrického oblouku pomocí neznázoměného zapalovače, upevněného například na dně nebo na stěně povlakovací komoiy 1, se oblouk pohybuje v oblasti nejsilnějšího magnetického pole kolmo k siločárám magnetického pole po protáhlé trajektorii 11 mezi oběma póly elektromagnetu, orientované do středu povlakovací komory, 1. Během rovnoměrné rotace katod 2a a 2b se tak postupně mění místo na obou katodách 2a a 2b, z něhož se materiál katod 2a a 2b odpařuje. Rovnoměrným mechanickým pohybem katod 2a a 2b se rovnoměrně rozmisťuje katodová skvrna a odběr materiálu z katod 2a a 2b je téměř po celém jejich povrchu rovnoměrný. Odpařované částice se pohybují ve směru 12 (obr. 2) na neznázoměný substrát, tj. povlakovaný předmět, který je umístěn v oblasti 13. Jak je naznačeno na obr. 1, na povlakované předměty je přivedeno záporné napětí ze stejnosměrného zdroje 14, jehož kladný pól je spojen s povlakovací komorou 1.

Příklad 2

Neznázoměná povlakovací komora je opatřena dveřmi 15, které jsou k ní upevněny přírubou 16 (obr. 3 a 4). Dveře 15 jsou umístěny ve stěně neznázoměné povlakovací komory, jsou s ní vodivě propojeny a vytvářejí s ní uzavřený prostor. Ve dveřích 15 je umístěno odpařovací zařízení. Základní části odpařovacího zařízení tvoří katody 2a a 2b nízkonapěťového oblouku, anoda 3 nízkonapěťového oblouku a zdroj 4a a 4b magnetického pole. Katody 2a a 2b jsou uloženy otočně podobně jako podle příkladu 1, rotační pohyb je odvozen od řemenic 5a a 5b. Uvnitř katod 2a a 2b jsou umístěny zdroje 4a a 4b magnetického pole, které jsou tvořeny pólovými nástavci 6a a 6b a elektromagnetickými cívkami 7a a 7b. Pólové nástavce 6a a 6b jsou provedeny z magneticky měkkého materiálu, jsou pevně spojeny s elektromagnetickými cívkami 7a a 7b. a jsou pevně fixovány pomocí nosičů 8a a 8b podobně jako podle příkladu 1 tak, že pólové nástavce 6a a 6b jsou orientovány do středu povlakovací komory. Neznázoměné přívody proudu pro elektromagnetické cívky jsou vyvedeny nosiči 8a a 8b. Katody 2a a 2b jsou elektricky odděleny od komory pomocí izolace 9. Mezi anodu, která je vodivě propojena s dveřmi 15, a katody 2a a 2b jsou vřazeny zdroje 10a a 10b nízkonapěťového oblouku. Anoda 3 je několikanásobná, podle tohoto příkladu sestává ze tří částí. Na katody 2a a 2b je proud přiveden pomocí neznázorněných proudových sběmic. Obě katody 2a a 2b jsou chlazeny vodou neznázorněným známým chladicím systémem.

Podle příkladu 2 provedení vynálezu jsou základní rozměry částí odpařovacího zařízení tyto, vnější průměr katod 2a a 2b je 80 mm, vnitřní průměr katod 60 mm, výška katod 2a a 2b je 300 mm, vzdálenost mezi katodami 2a a 2b je 50 mm, vodou chlazené elektromagnetické cívky 7a a 7b jsou charakterizovány počtem závitů 100 a maximálním proudem 20A, celková výška elektromagnetických cívek 7a a 7b je 250 mm a vzdálenost katod 2a a 2b od substrátu je 150 mm. Jsou tedy shodné jako podle příkladu 1.

Po zapálení oblouku pomocí neznázoměného zapalovače, upevněného například ve spodní části dveří 15, se oblouk pohybuje v oblasti nejsilnějšího magnetického pole kolmo k siločárám magnetického pole po trajektorii Π.. Během rotace katod 2a a 2b se tak postupně mění místo na obou katodách 2a a 2b, z něhož se materiál katod 2a a 2b odpařuje. Rovnoměrným mechanickým pohybem katod 2a a 2b se rovnoměrně rozmisťuje katodová skvrna a odběr materiálu z katod 2a

-4cz. ζνουν<4 Bb a 2b je téměř po celém jejich povrchu rovnoměrný. Odpařované částice se pohybují ve směru 12 k neznázoměnému substrátu.

Příklad 3

Ve dveřích 15 (obr. 5 a 6), které jsou umístěny podobně jako podle příkladu 2 ve stěně neznázoměné povlakovací komory, s níž jsou vodivě propojeny, je umístěno odpařovací zařízení. Základní části odpařovacího zařízení tvoří katoda 2 nízkonapěťového oblouku, anoda 3 nízkoío napěťového oblouku a zdroj 4 magnetického pole. Katoda 2 je cylindrická a je nepohyblivá, je však uspořádána nastavitelně nebo přestavitelně s tím, že katodu 2 je možno jen natáčet nebo otočně přestavovat, například ručním nastavováním. Uspořádání umožňuje přestavení do tří poloh po 120°. Anoda 3 je nehybná.

Ve vnitřním prostoru katody 2 je umístěn zdroj 4 magnetického pole, tvořený pólovým nástavcem 6 z magneticky měkkého materiálu a s ním pevně spojenou elektromagnetickou cívkou 7. Tato soustava, tedy celý zdroj 4 magnetického pole, je uvnitř katody 2 uložena otočně nebo s možností pootáčení kolem osy katody 2 pomocí řemenice 5, uložené na nosiči 8, který je otočně uložen v neznázoměném rámu. Velikost pootáčení musí být možná alespoň o 30° na obě strany 20 od středové polohy. Obecně je zdroj 4 magnetického pole orientován směrem ke středu povlakovací komory. Neznázoměné přívody proudu pro elektromagnetickou cívku 7 jsou vedeny nosičem 8. Katoda 2 je elektricky oddělena od dveří 15 povlakovací komory pomocí izolace 9. Mezi anodu 3, která je elektricky vodivě propojena s dveřmi 15, a katodu 2 je vřazen zdroj 10 nízkonapěťového oblouku. Katoda 2 je chlazena vodou obdobně jako u předcházejících příkladů.

Vzájemné uspořádání katody a anody je takové, že anoda 3 je rozdělena na dva úseky, mezi nimiž je uspořádána katoda 2. Mezi jednotlivými úseky anody 3 může být vedle sebe uspořádáno více katod 2, obecněji vyjádřeno mohou být vedle sebe uspořádány alespoň dvě katody 2.

Základní rozměry částí odpařovacího zařízení jsou shodné jako u příkladů 1 a 2.

Po zapálení oblouku pomocí neznázoměného zapalovače, upevněného například ve spodní části dveří, se oblouk pohybuje v oblasti nejsilnějšího magnetického pole kolmo k siločárám magnetického pole po trajektorii 11. Pootáčením zdroje 4 magnetického pole o 30° na obě strany od 35 středové polohy se tak postupně mění místo na povrchu katody 2, z něhož se materiál katody 2 odpařuje. Poté, co je katoda v dané poloze opotřebovaná, například po 30 procesech, se přestaví nebo ručně přesadí do další polohy. Výhodné je postupné přestavování do tří poloh po 120°. Procesem se rozumí postup nanesení úplného povlaku na jednu sadu povlakovaných předmětů. Z provozních podmínek vyplývá, že katodu2 je možné přestavovat jen mezi jednotlivými procesy.

Rovnoměrným pohybem magnetického pole, způsobeným rovnoměrným pootáčením zdroje 4 magnetického pole, se rovnoměrně rozmisťuje katodová skvrna a odběr materiálu z katody 2 je v dané poloze katody téměř rovnoměrný. Odpařované částice se pohybují ve směru 12 k neznázorněnému substrátu.

Příklad 4

Uprostřed povlakovací komory 1 je umístěno odpařovací zařízení, přičemž řada jeho částí je 50 uspořádána shodně s provedením podle příkladu L Základní části odpařovacího zařízení tvoří elektrody 2a a 2b nízkonapěťového oblouku a zdroj 4a a 4b magnetického pole. Elektrody 2a a 2b jsou válcovité, tj. mají válcový nebo podobný tvar, jsou duté a alespoň Jejich vnější povrch je vyroben z materiálu vhodného k odpařování metodou nízkonapěťového oblouku pro povlakování fyzikální metodou PVD, například z titanu nebo hliníku. Elektrody 2a a 2b jsou svými úložnými

-5CZ 296094 B6 částmi 2c a 2d uloženy otočně pomocí neznázoměných ložisek. Úložné části 2c a 2d elektrod 2a a 2b jsou opatřeny řemenicemi 5a a 5b, které jsou spřaženy s neznázoměným hnacím ústrojím. Uvnitř každé z elektrod 2a a 2b jsou uloženy zdroje 4a a 4b magnetického pole, které jsou tvořeny pólovými nástavci 6a a 6b a elektromagnetickými cívkami 7a a 7b. Pólové nástavce 6a a 6b 5 jsou provedeny z magneticky měkkého materiálu, jsou pevně spojeny s elektromagnetickými cívkami 7a a 7b a jsou pevně fixovány pomocí nosičů 8a a 8b v neznázoměném rámu tak, že pólové nástavce 6a a 6b jsou orientovány do středu povlakovací komory 1. Neznázoměné přívody proudu pro elektromagnetické cívky 7a a 7b jsou vyvedeny nosiči 8a a 8b. Elektrody 2a a 2b jsou elektricky odděleny od povlakovací komory 1 pomocí izolace 9. Mezi elektrody 2a a 2b 10 je vřazen střídavý zdroj 10 nízkonapěťového oblouku. Na elektrody 2a a 2b je proud přiveden pomocí neznázoměných proudových sběmic. Obě elektrody 2a a 2b jsou chlazeny vodou neznázoměným známým chladicím systémem.

Podle příkladu provedení jsou základní rozměry částí odpařovacího zařízení tyto: vnější průměr 15 elektrod 2a a 2b je 80 mm, vnitřní průměr elektrod 60 mm, výška elektrod 2a a 2b je 300 mm, vzdálenost mezi elektrodami 2a a 2b je 50 mm, vodou chlazené elektromagnetické cívky 7a a 7b jsou charakterizovány počtem závitů 100 a maximálním proudem 20A, celková výška elektromagnetických cívek 7a a 7b je 250 mm a vzdálenost elektrod 2a a 2b od substrátu je 150 mm.

Zdroj 10 elektrického nízkonapěťového oblouku je střídavý, tj. do elektrod 2a a 2b se přivádí střídavé elektrické napětí s periodou pulzu například 2s. Tvar jednotlivých pulzů nízkonapěťového oblouku je přibližně pravoúhlý. V průběhu první části TI každé periody pulzu tvoří první elektroda 2a katodu nízkonapěťového oblouku a druhá elektroda 2b anodu. V druhé části T2 periody pulzu tvoří druhá elektroda 2b katodu nízkonapěťového oblouku a první elektroda 2a 25 anodu. Poměrem T1/T2 lze měnit stechiometrii vrstvy.

Z popisu příkladů provedení vyplývají následující skutečnosti: alespoň jedna katoda 2a. 2b, 2 a alespoň jeden zdroj 4a, 4b, 4 magnetického pole jsou uspořádány v povlakovací komoře 1 vzájemně otočně. Je možné umístit do povlakovací komory 1 další katody a zdroje magnetického 30 pole, které jsou uspořádány shodně, tj. vzájemně otočně.

Jako katoda 2a, 2b, 2 odpařovaného materiálu je použita dutá elektroda přibližně cylindrického tvaru. Obvykle je uspořádána svisle a má výrazně větší délku než průměr. Tato elektroda může rotovat kolem své osy, přičemž zdroj 4a, 4b, 4 magnetického pole se nepohybuje, popřípadě se 35 může zdroj 4a, 4b, 4 magnetického pole, umístěný uvnitř katody 2a, 2b, 2, otáčet nebo pootáčet kolem osy nehybné duté katody 2a, 2b, 2. Délka zdroje 4a, 4b, 4 magnetického pole se přibližně rovná délce katody 2a, 2b, 2.

Odpařovací zařízení, sestávající z katody 2a, 2b, 2 a anody 3 a zdroje 4a, 4b, 4 magnetického 40 pole, může být umístěno ve středu povlakovací komory 1, nebo v blízkosti stěny povlakovací komory 1, tj. mezi stěnou povlakovací komory 1 a povlakovanými předměty.

V případě, že odpařovací zařízení je umístěno ve středu povlakovací komory 1, může se v nejjednodušším případě sestávat z jedné katody a jedné anody a jednoho zdroje magnetického pole.

Anoda 3 je umístěna přibližně naproti zdroji 4a, 4b magnetického pole. Katoda může být uložena otočně, při činnosti zařízení podle vynálezu tedy rotuje - v tom případě je zdroj magnetického pole nehybný a je trvale natočen směrem k anodě. V případě, že je katoda 2 nepohyblivá během procesu, je nezbytné, aby se pohyboval zdroj 4a, 4b magnetického pole. Optimální je vratný otáčivý pohyb kolem osy například v rozsahu 30° od střední polohy na obě strany. V tomto případě je střední poloha zdroje magnetického pole orientovaná vůči anodě. Protože elektrický oblouk hoří pouze na části elektrody, je možné v případě katody 2 nepohyblivé během procesu otáčet katodou 2 mezi procesy. Je vhodné v okamžiku, kdy je katoda 2 v dané poloze opotřebovaná, ji natočit. Je výhodné uspořádat odpařovací zařízení tak, aby bylo možné katodu 2 fixovat alespoň ve dvou různých polohách, výhodná je možnost nastavení ve třech polohách po 120°, je možné

-6CZ zyouy4 B6 uspořádání ve více polohách. V případě umístění odpařovacího zařízení ve středu povlakovací komory může tento zdroj obsahovat i více katod. Optimální jsou dvě katody 2a, 2b - v tomto případě je výhodné jejich umístění symetricky vzhledem k anodě 3. Umístění zdrojů 4a, 4b magnetického pole a případná rotace elektrody nebo zdrojů 4a, 4b magnetického pole jsou stejné jako v případě jedné katody. Substráty povlakované předměty jsou umístěny kolem odpařovacího zařízení.

Ve všech příkladech provedení vynálezu mohou být elektromagnetické cívky nahrazeny známými permanentními magnety, jejichž orientace magnetického poleje shodná jako u popsaných pólových nástavců elektromagnetických cívek. Je také možné kombinovat elektromagnetické cívky a permanentní magnety.

V případě, že odpařovací zařízení je umístěno v blízkosti stěny povlakovací komory, popřípadě ve dveřích povlakovací komory, může v nejjednodušším případě sestávat z jedné anody 3 a z jedné katody 2 a zdroje magnetického pole. Anoda v tomto případě sestává ze dvou částí symetricky uchycených po stranách katody 2 tak, aby prostor mezi katodou 2 a povlakovanými předměty, které jsou umístěny mezi středem povlakovací komory a katodou 2, zůstal volný. Magnetické pole je orientováno do středu komory. Katoda 2 může být uložena otočně, tj. při činnosti zařízení podle vynálezu vykonává rotační pohyb - v tom případě je zdroj 4 magnetického pole pevný. V případě, že jsou anoda i katoda nepohyblivé během procesuje nezbytné, aby se pohyboval zdroj 4 magnetického pole. Optimální je vratný otáčivý pohyb kolem osy například v rozsahu 30° od střední polohy na obě strany. Protože elektrický oblouk hoří pouze na části elektrody, je možné v případě katody 2 nepohyblivé během procesu pootočit katodu 2 mezi procesy. Je vhodné pootočit katodu 2 tehdy, je-li v dosavadní poloze opotřebovaná. Je výhodné uspořádat odpařovací zařízení tak, aby bylo možné katodu 2 fixovat ve třech různých polohách po 120°. V případě odpařovacího zařízení umístěného u stěny povlakovací komory je možné umístit vedle sebe více katod. Anoda může být umístěna mezi těmito katodami, ale není to nezbytné. Anoda, nebo anody nízkonapěťového oblouku v principu mohou být elektricky spojeny s povlakovací komorou, ale není to nezbytné.

Odpařovací zařízení popsaná v jednotlivých příkladech mohou představovat jednu jednotku odpařovacího zařízení, kterých může být v povlakovací komoře, popřípadě po obvodu povlakovací komory, umístěn větší počet.

Je možné také řešení, kdy budou naproti sobě, popřípadě vedle sebe, dvě elektrody, které při použití střídavého zdroje nízkonapěťového oblouku budou každá střídavě katodou a anodou.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle vynálezu je určeno k odpařování materiálů z kovových targetů pomocí nízkonapěťového oblouku a tvoří součást zařízení určeného pro povlakování kovových i nekovových předmětů fyzikální metodou PVD. Vynález se uplatní zejména při opatřování obráběcích nástrojů tvrdými a velmi tvrdými povlaky.

Záměnou zdroje magnetického pole za silnější zdroj a záměnou zdroje nízkonapěťového oblouku za zdroj pro magnetronové odprašování může zařízení podle vynálezu fungovat i v režimu magnetronového naprašování povlakovaných předmětů.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro odpařování materiálů k povlakování předmětů fyzikální metodou pomocí nízkonapěťového elektrického oblouku, přičemž je zařízení opatřeno zdrojem magnetického pole a anodou a katodou elektrického oblouku, vyznačující se tím, že alespoň jedna katoda (2a, 2b, 2) a alespoň jeden zdroj (4a, 4b, 4) magnetického pole jsou uspořádány v povlakovací komoře (1) vzájemně otočně.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zdroj (4a, 4b, 4) magnetického poleje tvořen alespoň jednou elektromagnetickou cívkou (7a, 7b, 7).
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zdroj (4a, 4b, 4) magnetického poleje tvořen alespoň jedním permanentním magnetem.
4. Zařízení podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že katoda (2a, 2b, 2) je válcovitá.
5. Zařízení podle nároku 1 nebo 2 nebo 3, vyznačující se tím, že zdroj (4a, 4b, 4) magnetického poleje umístěn uvnitř katody (2a, 2b, 2).
6. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků laž5, vyznačující se tím, že katoda (2a, 2b, 2) je uspořádána otočně.
7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že zdroj (4a, 4b, 4) magnetického poleje uspořádán nehybně.
8. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků laž5, vyznačující se tím, že zdroj (4a, 4b, 4) magnetického poleje uspořádán otočně.
9. Zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že katoda (2a, 2b, 2) je uspořádána nehybně.
10. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků laž9, vyznačující se tím, že katoda (2a, 2b, 2) je uspořádána ve střední oblasti povlakovací komory (1).
11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že anoda (3) je přiřazena ke zdroji (4a, 4b, 4) magnetického pole.
12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že alespoň dvě katody (2a, 2b, 2) jsou uspořádány symetricky vzhledem k anodě (3).
13. Zařízení podle kteréhokoliv nároku laž9, vyznačující se tím, že katoda (2a, 2b, 2) je umístěna mezi stěnou povlakovací komory (1) a povlakovanými předměty.
14. Zařízení podle nároku 1 nebo 13, vyznačující se tím, že zdroj (4a, 4b, 4) magnetického poleje směrován do středu povlakovací komory (1).
15. Zařízení podle nároku 13, vyznačující se tím, že anoda (3) je rozdělena alespoň do dvou úseků, které jsou umístěny po stranách katody (2, 2a, 2b).

-8CZ ZV0U94 H6
16. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že mezi jednotlivými úseky anody (3) jsou vedle sebe uspořádány alespoň dvě katody (2, 2a, 2b).