DE19618073C1 - Zündeinrichtung für einen Vakuumbogenverdampfer - Google Patents
Zündeinrichtung für einen VakuumbogenverdampferInfo
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für einen
Vakuumbogenverdampfer
mittels der eine Kurzschluß-Bogenentladung ausgelost
wird, die ein begrenztes Metalldampfplasma erzeugt, wel
ches ausreicht, daß eine selbständige Vakuumbogenentladung
zwischen dem kathodischen Target und einer Anode gezündet
wird.
Nach dem Stand der Technik sind neben Zündeinrichtungen,
bei denen ein erstes örtlich begrenztes Metalldampfplasma
durch elektrische Stromimpulse oder Laserstrahlen erzeugt
wird, z. B. DE 29505888 U1 und DE 39 01 401 A1, insbesondere
mechanisch betätigte Zündeinrichtungen sehr verbreitet.
Bei den mechanisch betätigten Zündeinrichtungen wird ein
auf positivem Potential liegender hammerartiger Zündfin
ger, z. B. elektromagnetisch, auf die Verdampfungsober
fläche des kathodischen Targets des Vakuumbogenverdampfers
geschlagen. An der Kontaktstelle kommt es zu einem Kurz
schluß mit der Ausbildung eines begrenzten Metalldampf
plasmas. Dieses Plasma reicht aus, um die eigentlich
gewünschte Vakuumbogenentladung zwischen dem Target und
einer Anode innerhalb der Vakuumkammer zu zünden, die zur
Verdampfung des Targetmaterials führt.
Die DE 92 07 046 U1 beschreibt z. B. eine Zündeinrichtung
für einen Vakuumbogenentladungsverdampfer, bei der ein
Elektromagnet zur Betätigung eines Zündfingers genutzt
wird. Der Elektromagnet weist dabei einen als Vakuum-Trennwand
ausgebildeten Magnet-Kern auf, wobei sich eine
Magnetspule auf der atmosphärischen Seite und ein Zuganker
auf der Vakuumseite befinden. Der Zündfinger ist mittels
einer Feder vorgespannt, die den Zündfinger grundsätzlich
in einer vom Target entfernten Stellung hält. Zum Zwecke
des Zündens wird durch Anlegen von Strom an die Spule des
Elektromagneten der Zuganker impulsartig in die Spule
gezogen, wodurch der Zündfinger gegen die Wirkung der
Feder auf das Target des Vakuumbogenentladungsverdampfers
gedrückt und eine örtliche Kurzschluß-Bogenentladung
ausgelöst wird. Sobald die Zugkraft des Elektromagneten
wegfällt, wird der Zündfinger unter Wirkung der verstärkt
gespannten Feder wieder vom Target weggezogen. Ausgehend
von der Wirkung der Kurzschluß-Bogenentladung kann sich
eine selbständige Vakuumbogenentladung ausbilden.
Problematisch ist dabei, daß es bei der Kurzschlußbildung
sehr schnell zum Anschweißen des Zündfingers an dem Target
kommen kann, wodurch der Zündfinger oder auch andere Teile
der Einrichtung zerstört werden können. Um dem Problem
abzuhelfen, müssen die gesamte Betätigungseinrichtung und
der Zündfinger sehr stabil und technisch aufwendig ausge
führt werden. Z.B. sind Ausführungen bekannt, bei denen
der Zündfinger pneumatisch betätigt wird, damit er sicher
mit den erforderlichen hohen Kräften vom Target abgezogen
werden kann.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß ein derartiger
Zündfinger sich fast stets im Bereich der zur Beschichtung
ausgenutzten Dampfstrahlen befindet und so Abschattungen
hervorruft und selbst beschichtet wird.
Es ist typisch für Vakuumbogenentladungen, daß die Entla
dung während längerer Beschichtungsphasen verschiedentlich
unvermittelt erlischt und neu gezündet werden muß. Die
bekannten mechanischen Zündeinrichtungen reagieren in
diesem Fall meist sehr langsam.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechanische
Zündeinrichtung für einen Vakuumbogenverdampfer anzugeben,
die bei relativ geringem technischen Aufwand eine sichere
und schnelle Zündung gewährleistet. Die Erfindung löst die
Aufgabe durch die im Anspruch 1
genannten Merkmale. Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Bei der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung erfolgt die
Zündung nicht wie beim Stand der Technik auf der
Verdampfungsoberfläche des Targets, sondern an der Mantel
fläche des Targets, im Grenzbereich zwischen dem durch die
Abschirmung plasmaphysikalisch von der Vakuumkammer abge
trennten Raum und der Targetoberfläche. Das örtlich be
grenzte Metalldampfplasma, zwischen der Abschirmung und
dem Targetrand, ist ausreichend zur Ausbildung einer selb
ständigen Vakuumbogenentladung zwischen dem kathodischen
Target und einer Anode innerhalb der Vakuumkammer oder der
als Anode geschalteten metallischen Kammerwand. Dabei
wurde gefunden, daß die Gefahr von Verschweißungen der
Zündelektrode, hier des entsprechenden elastischen Teiles
der Abschirmung bzw. der Kontaktzunge, mit dem Target
nicht besteht.
Die konkrete Ausbildung der Zündeinrichtung, insbesondere
des elastischen Teiles der Abschirmung und der Betäti
gungseinrichtung mit dem Klöppel, kann in breitem Rahmen
variieren. Erfindungswesentlich ist dabei, daß als Zünd
elektrode ein Teil der metallischen Abschirmung an die
Mantelfläche des Targets gedrückt wird.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbei
spiel näher erläutert werden.
Die zugehörige Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Prinzip
skizze eines Vakuumbogenverdampfers innerhalb einer Vaku
umkammer mit einer erfindungsgemäßen Zündeinrichtung
einschließlich der Stromversorgung.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Vakuumbogenverdamp
fer nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Vakuumbogenverdampfer 1, der sich
innerhalb einer Vakuumkammer 2 befindet. Die sonstigen,
z. B. für eine Beschichtung, erforderlichen Teile sind hier
weggelassen worden, da sie für die Darstellung der Erfin
dung nicht von Bedeutung sind.
Der Vakuumbogenverdampfer 1 besteht in bekannter Weise aus
einem Grundkörper 3, über den auch die Stromversorgung und
die Kühlung des stirnseitig gehalterten Targets 4 erfol
gen, sowie aus einer Abschirmung 5.
Die Abschirmung 5 weist dabei erfindungsgemäß einen in
Fig. 2 näher dargestellten elastisch ausgebildeten Ab
schnitt auf, im Beispiel handelt es sich um ein zungen
artig ausgefrästes Teil innerhalb der Abschirmung 5, hier
mit Kontaktzunge 8 bezeichnet. Neben dem eigentlichen
Vakuumbogenverdampfer 1 befindet sich ein Bewegungsmecha
nismus 7 mit einem hammerartigen Teil, einem Klöppel 10,
wobei der Klöppel 10 derart ausgerichtet ist, daß er bei
Betätigung durch den Bewegungsmechanismus 7 gegen die
Kontaktzunge 8 schlägt.
Als Stromversorgungseinrichtung des Vakuumbogenverdampfers
1 dient im Beispiel eine Stromquelle 6, wobei die Vaku
umkammer 2 als Anode gegenüber dem kathodischen Target 4
geschaltet ist.
Der Bewegungsmechanismus 7 besteht im Beispiel im wesent
lichen aus einem Elektro-Drehmagnet 9, mit dem der Klöppel
10 zum Zwecke der Zündung des Vakuumbogenverdampfers 1
derart geschwenkt wird, daß er an die Kontaktzunge 8
anschlägt und diese kurzzeitig gegen die Mantelfläche des
Targets 4 drückt.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Zündeinrichtung in
einer Draufsicht auf den Vakuumbogenverdampfer 1 nach
Fig. 1 ausschnittweise näher dargestellt. Das Target 4
ist mantelförmig von der Abschirmung 5 umgeben. Die Ab
schirmung 5 ist an der Stelle, an der der Klöppel 10 bei
Betätigung unter der Wirkung des Elektro-Drehmagnet 9 des
Bewegungsmechanismus 7 anschlägt, derart geschlitzt, daß
ein elastisch ausgebildeter Abschnitt in Form der bereits
beschriebenen Kontaktzunge 8 entsteht.
Die elektrische Schaltung der Stromversorgung der Zünd
einrichtung erfolgt im Beispiel mittels der Schalter S1
und S2.
Beim Betrieb des Vakuumbogenverdampfers 1 brennt die
Bogenentladung zwischen der Stirnfläche des Targets 4 als
Kathode und der auf anodischem Potential (an Masse) lie
genden Wand der Vakuumkammer 2. Die elektrischen Parameter
werden dabei entsprechend den technologischen Erfordernis
sen und den physikalischen Gegebenheiten festgelegt. Der
Entladungsstrom liegt zwischen 80 und 200 A bei einer vom
Kathodenmaterial abhängigen Brennspannung zwischen 18 und
22 V. Die Stromquelle 6 ist als Konstantstromquelle ausge
legt. Der Schalter S1 sowie auch der Schalter S2 sind
geöffnet und die Abschirmung 5 nimmt demzufolge ein floa
tendes negatives Potential an.
Wenn die Bogenentladung noch nicht gezündet ist oder nach
ungewolltem Erlöschen der Bogenentladung wird von der
Stromquelle 6 eine höhere Ausgangsspannung (Leerlaufspan
nung) bereitgestellt. Im Beispiel beträgt die Leerlauf
spannung ca. 75 V.
Ein Trigger 12 ist mit zwei Eingängen mit den Ausgängen
der Stromquelle 6 verbunden. Wenn die Bogenentladung nicht
brennt, oder unmittelbar nach Erlöschen der Bogenentla
dung, erkennt der Trigger 12, daß die Stromquelle 6 eine
Spannung liefert, die über der Brennspannung liegt. Im
Ausführungsbeispiel schaltet der Trigger 12 den Ausgang 11
sofort, wenn die Spannung < 30 V wird. Infolgedessen werden
die Schalter S1 und S2 geschlossen. Dadurch wird über den
Schalter S1 die Abschirmung 5 mit der Kontaktzunge 8 an
das positive Potential der Stromquelle 6 gelegt und der
Elektro-Drehmagnet 9 mit Strom versorgt.
Durch den Elektro-Drehmagnet 9 wird in der Folge der
Klöppel 10 gegen die Kontaktzunge 8 in der Abschirmung 5
geschlagen und diese wird kurzzeitig gegen die Mantel
fläche des Targets 4 gedrückt. Dabei kommt es zu einem
Kurzschluß zwischen der auf positivem Potential liegenden
Kontaktzunge 8 und dem an negativem Potential liegenden
Target 4. Infolgedessen wird am Berührungspunkt ein be
grenztes Metalldampfplasma erzeugt. Dieses örtlich be
grenzte Metalldampfplasma ist ausreichend, um eine selb
ständige Vakuumbogenentladung zwischen dem kathodischen
Target 4 und der anodischen Vakuumkammer 2 zu zünden.
Mit der Zündeinrichtung nach dem Ausführungsbeispiel
können Reaktionszeiten (Zeitdauer zwischen dem Erlöschen
der Bogenentladung und erneuter Zündung) von lediglich ca.
45 ms erzielt werden. Die Kontaktzunge 8 berührt die
Mantelfläche des Targets 4 nicht länger als 5 ms.
Entgegen den Lösungen nach dem Stand der Technik kommt es
bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht zum Anschweißen der
Kontaktzunge 8 an das Target 4. Durch die erfindungsgemäße
Lage der Kontaktzunge 8 seitlich an der Mantelfläche des
Targets 4 wird diese während der Bogenentladung auch nicht
mit Targetmaterial beschichtet.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbeson
dere darin, daß die Vakuumbogenentladung bei relativ
geringem technischen Aufwand mit großer Sicherheit gezün
det wird und unerwünschte Nebeneffekte, wie das Anschwei
ßen der Zündfinger, was bei Lösungen nach dem Stand der
Technik vielfach auftritt, vermieden werden.
Bezugszeichenliste
1 Vakuumbogenverdampfer
2 Vakuumkammer
3 Grundkörper
4 Target
5 Abschirmung
6 Stromquelle
7 Bewegungsmechanismus
8 Kontaktzunge
9 Elektro-Drehmagnet
10 Klöppel
11 Ausgang am Trigger 12
12 Trigger
2 Vakuumkammer
3 Grundkörper
4 Target
5 Abschirmung
6 Stromquelle
7 Bewegungsmechanismus
8 Kontaktzunge
9 Elektro-Drehmagnet
10 Klöppel
11 Ausgang am Trigger 12
12 Trigger
Claims (4)
1. Zündeinrichtung für einen Vakuumbogenverdampfer, der
im wesentlichen aus einem Grundkörper (3), einem
stirnseitig darauf gehalterten Target (4), einer den
Grundkörper (3) mantelförmig umgebenden elektrischen
Abschirmung (5) sowie einer Stromversorgungseinrich
tung besteht, mit folgenden weiteren Merkmaien, daß
zum erzeugen eines Zündplasmas eine auf anodischem Po
tential liegende und mechanisch bewegbare Zündelek
trode mittels eines Bewegungsmechanismus (7) kurzzei
tig mit dem Target (4) in Kurzschlußkontakt gebracht
wird, daß die elektrische Abschirmung (5) einen ela
stisch ausgebildeten Abschnitt aufweist und daß an dem
Bewegungsmechanismus (7) ein Klöppel (10) vorhanden
ist, wobei der elastisch ausgebildete Abschnitt und
der Klöppel (10) derart zueinander angeordnet sind,
daß der Klöppel (10) bei der Betätigung durch den
Bewegungsmechanismus (7) gegen den elastisch ausge
bildeten Abschnitt schlägt und infolgedessen dieser
gegen die Mantelfläche des Targets (4) gedrückt wird,
wobei der elastisch ausgebildete Abschnitt kurzzeitig
mit dem anodischen Potential verbunden ist und als
Zündelektrode wirkt.
2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß Schalter (S1 und S2) vorhanden sind, die die
Abschirmung (5) elektrisch mit dem Pluspol der Strom
versorgungseinrichtung des Vakuumbogenverdampfers (1)
und den Bewegungsmechanismus (7) mit einer Stromquelle
zum Antrieb desselben verbinden, wenn die Ausgangs
spannung der Stromversorgungseinrichtung die Brenn
spannung überschreitet.
3. Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der elastisch ausgebildete Abschnitt
der Abschirmung (5) als Kontaktzunge (8) ausgebildet
ist.
4. Zündeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsmechanismus
(7) zum Antrieb einen Elektro-Drehmagneten (9) auf
weist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19618073A DE19618073C1 (de) | 1996-05-06 | 1996-05-06 | Zündeinrichtung für einen Vakuumbogenverdampfer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19618073A DE19618073C1 (de) | 1996-05-06 | 1996-05-06 | Zündeinrichtung für einen Vakuumbogenverdampfer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19618073C1 true DE19618073C1 (de) | 1997-09-18 |
Family
ID=7793428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19618073A Expired - Lifetime DE19618073C1 (de) | 1996-05-06 | 1996-05-06 | Zündeinrichtung für einen Vakuumbogenverdampfer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19618073C1 (de) |
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1996
- 1996-05-06 DE DE19618073A patent/DE19618073C1/de not_active Expired - Lifetime
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