DE4006456C1

DE4006456C1 - Appts. for vaporising material in vacuum - has electron beam gun or laser guided by electromagnet to form cloud or pre-melted spot on the target surface

Info

Publication number: DE4006456C1
Application number: DE19904006456
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. Bad Ragaz At Rudigier; Erich Dr. Mels At Bergmann
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1991-05-29
Anticipated expiration: 2010-03-02

Abstract

Material is evaporated in a high vacuum unit, in which an electron beam gun or laser is mounted, so that the beam passes through the pole shoes of an electromagnet and on to the rotating, insulated target, which acts as cathode in an arc or spark discharge with an anode. The arc or spark formed jumps to the focal spot fused by the electron beam or laser to cause evapn. of the material. USE/ADVANTAGE - stabilisation of arc or spark, no spatter formation, partic. with high m.pt. materials e.g. Ti.

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Verdampfen von Material im Vakuum mittels eines Lichtbogens mit einem Target, das mindestens an einem Teil seiner Oberfläche ein zu verdampfendes Material aufweist, wobei die Bogenentladung in einem Bereich betrieben wird, wo ein wesentlicher Teil des Bogenstroms meistens durch kleine Flecken auf der Targetoberfläche fließt, mit einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 6, mit einer Plasmalichtbogenanordnung zum Auftragen von Überzügen auf ein Substrat mit einer Vorrichtung sowie mit einer Anwendung des Verfahrens für das Bedampfen von Substraten mittels eines Plasmalichtbogens.The present invention is concerned with a Device for evaporating material in a vacuum by means of an arc with a target that is at least a part of its surface to be evaporated Has material, the arc discharge operating in an area where an essential Part of the arc current mostly through small ones Stains on the target surface flows with a Method according to the preamble of claim 6, with a plasma arc assembly for application of coatings on a substrate with a device as well as using the procedure for the vapor deposition of substrates using a plasma arc.

Verfahren und Anlagen zum Auftragen von Überzügen aus relativ hochschmelzenden Materialien durch Niederschlagen des mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens im Vakuum verdampften Materials sind bekannt und in mannigfaltiger Weise vorbeschrieben.Processes and equipment for applying coatings from relatively high-melting materials through precipitation with the help of an electric arc Material evaporated in a vacuum are known and described in manifold ways.

Aus der DE-OS 21 36 532 ist eine Anlage bekannt, bei welcher ein elektrischer Lichtbogen zwischen einer hüllenförmigen Anode und einer, auf einem Kühlbett montierten Kathode erzeugt wird, wobei die Kathode an ihrer Oberfläche ein zu verdampfendes Metall enthält. Durch Anbringen eines Schirmes an der Kathode soll verhindert werden, daß der auf der Kathode erzeugte Kathodenfleck von der Verdampfungsfläche seitlich überspringt. Die Problematik dieser Anlage liegt darin, daß infolge des zufälligen ungeführten Wanderns des Kathodenfleckens die Kathodenoberflächen ungleichmäßig abgetragen wird und zudem infolge lokaler Überhitzung ständig Spritzer entstehen, die zu Störungen auf der zu erzeugenden Beschichtung resp. im Überzug führen. Auch die US-PS 36 25 848 beschreibt eine analoge Anlage, wobei hier die Kathode aus dem Beschichtungsmaterial, das zu verdampfen ist, hergestellt ist. Die Anlage weist grundsätzlich dieselben Nachteile auf wie die Anlage gemäß DE-OS 21 36 532.A system is known from DE-OS 21 36 532, at which is an electrical arc between one envelope-shaped anode and one, on a cooling bed assembled cathode is generated, the cathode contains a metal to be evaporated on its surface. By attaching a screen to the cathode should be prevented that the generated on the cathode Cathode spot from the evaporation surface skips to the side. The problem with this system is that as a result of the accidental unguided Wandering the cathode spot the cathode surfaces is removed unevenly and also as a result of local Overheating constantly creates splashes that faults on the coating to be produced resp. lead in the coating. Also US-PS 36 25 848 describes an analog system, here the cathode from the coating material that evaporate is, is made. The plant basically shows same disadvantages as the system according to DE-OS 21 36 532.

In der Anlage gemäß US-PS 45 56 471 wird mittels eines Magnetfeldes oder durch Anbringen eines Permanentmagneten versucht, den Lichtbogen so weit in seiner "Wanderung" zu beeinflussen, daß die Kathodenoberfläche oder das sogenannte Target weitgehendst gleichförmig abgetragen wird. Dabei ist die Kathode zusätzlich gegenüber der Vakuumkammer isoliert angeordnet. Grundsätzlich aber wandert der Lichtbogenfleck auf der Kathode weiterhin ungeführt und zufällig, wodurch die beschriebenen Nachteile nur teilweise behoben sind und nach wie vor die Gefahr von Spritzern bestehen bleibt. In der US-PS 46 20 913 wird eine Anlage beschrieben, wo mittels einer speziellen Anodenanordnung das Wegwandern oder das Überspringen des Fleckens von der Kathode verhindert werden soll. Auch die DE-OS 35 28 677 bezweckt durch das Anbringen von Lichtbogenbegrenzungsmitteln das Wegspringen des Lichtbogenfleckens, wobei hier zusätzlich durch Anbringen einer Magnetfeldquelle der Fleck eine gelenkte Bewegung auf der Kathode aufweisen soll. Durch gepulste Magnetfelderzeugung wird der Fleck je nach Polarisation veranlaßt, sich in Richtung oder gegen das Magnetfeld zu bewegen. Es handelt sich dabei nur um ein "richtungsmäßiges", aber nicht um ein eigentliches Führen des Fleckens, so daß - wohl etwas reduziert - immer noch die Gefahr von örtlicher Überhitzung und damit von Spritzern nicht vollständig behoben ist. Auch ist es nicht gelungen, Systeme dieser Art zufriedenstellend zu realisieren.In the system according to US-PS 45 56 471 is by means of a magnetic field or by attaching a permanent magnet tried to get the arc in so far its "migration" that affects the cathode surface or the so-called target largely is removed uniformly. Here is the Cathode additionally insulated from the vacuum chamber arranged. Basically, however, the migrates Arc spot on the cathode still unguided and random, eliminating the disadvantages described are only partially remedied and the danger remains of splashes remains. In U.S. Patent 46 20 913 a system is described, where by means of a special anode arrangement or wandering away prevents the spot from leaking from the cathode shall be. DE-OS 35 28 677 also aims by attaching arc limiting devices the arc spot jumping off, here additionally by attaching a magnetic field source the stain a directed movement on the Should have cathode. Through pulsed magnetic field generation the spot is caused depending on the polarization, towards or against the magnetic field move. It's just a "directional" one, but not an actual leadership of the spot, so that - probably somewhat reduced - still the risk of local overheating and so that it is not completely eliminated by splashes. Neither have systems of this type been satisfactory to realize.

In der DE-OS 33 45 493 wird wiederum das Wegwandern des Fleckens mittels Anordnung eines Begrenzungsringes an der Kathode verhindert, jedoch ohne Beeinflussung der zufälligen Bewegung des Lichtbogenfleckens. Auch in der DE-PS 33 45 442 wird das Anbringen eines Begrenzungsringes aus einem magnetisch permeablen Material beansprucht.In DE-OS 33 45 493, in turn, wandering away of the stain by arranging a limiting ring prevented at the cathode, but without interference the random movement of the arc spot. In DE-PS 33 45 442 the attachment a limiting ring made of a magnetically permeable Material claimed.

In der DE-PS 31 52 131 wird in der Vakuumkammer ein Magnetfeld durch ein sogenanntes Solenoid erzeugt. Durch dieses Magnetfeld wird der Kathodenstrahlfleck zum Wandern veranlaßt. Weiter ist ein Zündimpulsgenerator vorgesehen zum kontinuierlichen Zünden von Kathodenstrahlflecken, die dann infolge des Magnetfeldes zu einer Stirnfläche hinwandern. Der Fleck wird aber nicht eigentlich gesteuert, sondern nur sein Wandern vom Zufallsgenerator entlang der Kathodenoberfläche zur Stirnseite hin veranlaßt.In DE-PS 31 52 131 is in the vacuum chamber Magnetic field generated by a so-called solenoid. The cathode ray spot is created by this magnetic field prompted for hiking. Next is an ignition pulse generator intended for the continuous ignition of Cathode ray spots, which are then due to the magnetic field hike to an end face. The spot is not actually controlled, but only its wandering from the random generator along the cathode surface induced to the front.

In der CH-PS 6 57 242 wird beschrieben, wie die entstehenden Spritzer oder Makroteilchen im Plasma ausgeschieden werden. Angeordnet wird ein sogenannter Plasmaleiter und ein koaxial angeordneter Elektromagnet, der zu einem Fokussiersolenoid gegengeschaltet ist. Dadurch wird ein spezielles Magnetfeld erzeugt, das den Plasmastrahl derart umlenkt, daß darin enthaltene Spritzer oder Makroteilchen aus dem Plasmaleiter ausgetrieben werden. Diese Umlenkung ist aber mit großen Materialverlusten verbunden. Außerdem muß der Umlenkmechanismus, der sehr viel stärker beschichtet wird als die Substrate, ständig gereinigt werden, was mit großem Aufwand und erheblichen Umtrieben verbunden ist. Entsprechendes wird in der FR-A 25 24 254 beansprucht. Die DE-PS 32 34 100 schließt sich im Prinzip an den Gehalt der beiden vorgenannten Dokumente an, wobei zusätzlich apparative Modifikationen vorgeschlagen werden, um eine gleichmäßigere Beschichtung eines Werkstückes zu gewährleisten. Diese beziehen sich aber in keiner Weise auf das Führen des Fleckens auf der Kathodenoberfläche.In CH-PS 6 57 242 it is described how the resulting Splashes or macro particles in the plasma be eliminated. A so-called is ordered Plasma conductor and a coaxially arranged electromagnet, the counter switched to a focusing solenoid is. This creates a special magnetic field generated that deflects the plasma beam so that splashes or macro particles contained therein are driven out of the plasma conductor. This redirection is associated with large material losses. In addition, the deflection mechanism, the very is coated much more than the substrates, constantly cleaned, which with great effort and considerable activity. Corresponding is claimed in FR-A 25 24 254. The DE-PS 32 34 100 in principle follows the content of the two aforementioned documents, with additional apparatus modifications proposed to ensure a more uniform coating of a Ensure workpiece. These relate but in no way on the staining the cathode surface.

In der DE-OS 37 31 127 wird ein Lichtbogen gepulst betrieben, d. h. die Substanztemperatur wird mit einer Temperaturobergrenze verglichen, und bei Überschreiten dieser Obergrenze wird der Lichtbogen unterbrochen. Damit soll ein örtliches Überhitzen an der Kathodenoberfläche verhindert werden. Trotzdem entstehende Spritzer sollen mittels Anbringen von Magnetfeld/Abschirmblech abgelenkt werden, d. h., daß das Pulsen nur eine sehr ungenügende Lösung darstellt. Abschirmungen mit Magnetfeld und Blenden sind aber unwirtschaftlich, da sie einen sehr hohen Wartungsaufwand erfordern und die Beschichtungsgeschwindigkeit stark beeinträchtigen. Das beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für dekorative Beschichtungen und weniger für Beschichtungen im technischen Bereich.An arc is pulsed in DE-OS 37 31 127 operated, d. H. the substance temperature is measured with a Upper temperature limit compared, and when exceeded this upper limit becomes the arc interrupted. This is supposed to cause local overheating on the cathode surface can be prevented. Nevertheless Any splashes that occur should be attached be deflected by magnetic field / shielding plate, d. H., that pulsing is only a very inadequate solution represents. Shields with magnetic field and screens but are uneconomical because they are very high Require maintenance and coating speed severely affect. The procedure described is particularly suitable for decorative coatings and less for coatings in technical Area.

In der US-PS 46 73 477 wird mittels eines Permanentmagneten der Kathodenfleck geführt. Die Anode ist ringförmig ausgebildet und die Kathode verschoben parallel zur Ringfläche als Scheibe ausgebildet. Hinter der Kathode ist ein Magnet angeordnet, mittels welchem der Kathodenfleck auf der Kathodenoberfläche bewegt wird. Obwohl eine Reduktion der Spritzer die Folge dieser Anordnung ist, muß die Konstruktion erneut als kompliziert bezeichnet werden.In US-PS 46 73 477 is by means of a permanent magnet the cathode spot led. The anode is ring-shaped and the cathode moved formed as a disk parallel to the ring surface. A magnet is arranged behind the cathode which is the cathode spot on the cathode surface is moved. Although a reduction in splashes the consequence of this arrangement is the construction again as complicated.

Auch in der EP-A 02 84 145 ist die Anode ringförmig und die Kathode parallel versetzt zur Ringebene als Zylinder angeordnet, wobei letzterer um seine Achse rotierbar ist. Um ein wahlloses Wandern des Kathodenfleckes zu verhindern, ist eine Magnetanordnung vorgesehen, die innerhalb des Kathodenzylinders verschiebbar angeordnet ist. Durch Rotation des Zylinders und Längsverschiebung des Magneten wird der Kathodenfleck auf der Oberfläche geführt, um Spritzerbildung zu verhindern. Die vorgeschlagene Anordnung umfaßt eine sehr komplizierte Konstruktion, die nicht als sehr praxisgerecht zu bezeichnen ist.In EP-A 02 84 145 the anode is also ring-shaped and the cathode offset parallel to the ring plane as Cylinder arranged, the latter about its axis is rotatable. For indiscriminate wandering of the cathode spot to prevent it is a magnet arrangement provided that slidable within the cathode cylinder is arranged. By rotating the cylinder and longitudinal displacement of the magnet becomes the cathode spot led on the surface to spatter to prevent. The proposed arrangement involves a very complicated construction, the can not be described as very practical.

In den beiden vorab beschriebenen Fällen hat es sich zudem gezeigt, daß die Spritzerreduktion sehr stark vom Kathodenwerkstoff abhängt, wobei sie für die in der Praxis interessanten Werkstoffe, wie beispielsweise Titan, nicht ausreicht.In the two cases described above, it did also shown that the spatter reduction is very strong depends on the cathode material, whereby for the in materials of interest in practice, such as Titan, not enough.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher nach wie vor in der Forderung nach einem Verfahren resp. einer Anordnung, mittels welcher ein Funken resp. ein Lichtbogenfleck stabilisiert und gesteuert für das Verdampfen eines Beschichtungsmaterials eingesetzt wird, um die Nachteile eines ungesteuerten nichtgeführten Funkens oder Fleckens, wie oben umfangreich dargestellt, zu überwinden. Die Konstruktion und das Verfahren sollen zudem möglichst einfach sein und gegebenenfalls sogar in bestehende Anlagen zugerüstet werden können.The object of the present invention is therefore still in the call for a trial resp. an arrangement by means of which a spark resp. an arc spot stabilized and controlled used for the evaporation of a coating material is going to address the disadvantages of an uncontrolled non-guided spark or stain, as extensive above presented to overcome. The construction and the process should also be as simple as possible be and possibly even in existing plants can be equipped.

Erfindungsgemäß wird dies mittels einer Vorrichtung, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie insbesondere nach Anspruch 1, sowie mittels eines Verfahrens, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprüche, wie insbesondere nach Anspruch 5 gelöst.According to the invention, this is achieved by means of a device preferably according to at least one of the claims, as in particular according to claim 1, and by means of a method, preferably after at least one of claims as solved in particular according to claim 5.

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zum Verdampfen von Material mittels eines Lichtbogens im Vakuum mit einem Target, das mindestens an einem Teil seiner Oberfläche ein zu verdampfendes Material aufweist, das als Teil einer Bogenentladung geschaltet ist, wobei der Lichtbogen in einem Bereich betrieben wird, wo ein wesentlicher Teil des Bogenstroms meistens durch kleine Flecken auf der Targetoberfläche fließt, wobei die Vorrichtung zusätzlich eine Elektronenstrahlkanone oder einen Laser beinhaltet, für das Erzeugen einer lokalen Dampfwolke auf der Targetoberfläche, um damit den Fußpunkt des Lichtbogens zu stabilisieren und zu führen. A device for evaporation is proposed of material using an arc in a vacuum a target that is on at least part of its Surface has a material to be evaporated, that is switched as part of an arc discharge, the arc being operated in one area is where an essential part of the arc current is mostly due to small spots on the target surface flows, the device additionally an electron beam gun or includes a laser for generating a local vapor cloud on the target surface, around the base of the arc to stabilize and lead.

Beim Target handelt es sich vorzugsweise um die Kathode des Funkens oder Lichtbogens.The target is preferably the cathode of the spark or arc.

Der Laser oder der Elektronenstrahl ist bevorzugt derart aufgebaut, daß der Elektronenstrahl oder Laserstrahl auf der Targetoberfläche führbar ist. Dabei ist es beispielsweise möglich, die Objektlinse des Lasers beweglich anzuordnen oder weiter einen Spiegel vorzusehen, der für das Wandern des Brennfleckens bewegbar angeordnet ist. Gleichzeitig mit dem Führen von Elektronenstrahl oder Laserstrahl wird damit auch der Lichtbogenfleck auf der Kathodenoberfläche geführt, indem er der durch den Elektronenstrahl oder Laserstrahl erzeugten lokalen Dampfwolke auf der Targetoberfläche nachfolgt. Es ist auch möglich, das Target beweglich anzuordnen.The laser or the electron beam is preferred constructed such that the electron beam or laser beam is feasible on the target surface. Here it is possible, for example, the object lens to arrange the laser movably or further one To provide mirrors for walking the focal spot is arranged movably. At the same time with guiding electron beam or laser beam the arc spot on the cathode surface guided by the electron beam or local generated laser beam Steam cloud follows on the target surface. It it is also possible to arrange the target movably.

Analog dazu wird ein Verfahren zum Verdampfen eines Materials mittels eines Lichtbogens an einem Target im Vakuum vorgeschlagen, wobei das Target mindestens an seiner Oberfläche ein zu verdampfendes Material aufweist, das als Teil einer Bogenentladung geschaltet ist und wobei die Bogenentladung in einem Bereich betrieben wird, wo ein wesentlicher Teil des Bogenstroms mindestens durch kleine Flecken auf der Targetoberfläche fließt, indem mittels eines Elektronenstrahls oder eines Lasers auf der Targetoberfläche eine lokale Dampfwolke erzeugt wird, und zwar derart, daß der Fußpunkt des Lichtbogens oder Funkens in dieser Dampfwolke stabilisiert und mit dieser geführt wird. Dabei ist es zusätzlich möglich, unter der Dampfwolke auf der Targetoberfläche eine Pfütze zu erzeugen. Analogously, a method for vaporizing a Material using an arc on a target proposed in a vacuum, with the target at least a material to be evaporated on its surface has switched as part of an arc discharge and where the arc discharge is in one area is operated where a substantial part of the Arc current at least through small spots on the Target surface flows by using an electron beam or a laser on the target surface a local cloud of steam is generated, namely such that the base of the arc or spark stabilized in this vapor cloud and with this to be led. It is also possible under the vapor cloud on the target surface To generate puddle.

Der Elektronenstrahl oder der Laserstrahl sind bevorzugt auf der Targetoberfläche führbar, um so den Lichtbogen oder Funkenfußpunkt auf der Targetoberfläche zu führen. Die Führung des Elektronenstrahles oder Laserstrahles kann selbstverständlich nach einem vorgegebenen Muster erfolgen, gemäß welchem ein gleichmäßiges Abtragen der Targetoberfläche durch den geführten Lichtbogen resp. Funkenfleck gewährleistet ist.The electron beam or the laser beam are preferred feasible on the target surface, so that Arc or spark point on the target surface respectively. The guidance of the electron beam or laser beam can of course after a given pattern, according to which a even removal of the target surface the led arc resp. Spark spot guaranteed is.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt derart betrieben, daß im zeitlichen Mittel die Betriebsleistung der Bogenentladung die Betriebsleistung des Elektronenstrahls oder des Lasers übersteigt, wodurch die Verdampfung des Materials an der Targetoberfläche mehrheitlich mittels der Bogenentladung erfolgt.The method according to the invention is preferably such operated that on average the operating performance the arc output the operating performance of the electron beam or the laser, causing the evaporation of the material at the Mostly target surface by means of the arc discharge he follows.

Die Energiedichte des Elektronenstrahles oder Laserstrahles ist insbesondere derart geregelt, daß ein Entladungsstrom von mehr als 30 Ampre bei einer Entladungsspannung von lediglich 10 bis 15 Volt ermöglicht wird.The energy density of the electron beam or laser beam is particularly regulated such that a Discharge current of more than 30 amps at one Discharge voltage of only 10 to 15 volts is made possible.

Weiter wird vorgeschlagen, daß der über dem Target liegende Verdampfungsraum eine verdünnte Atmosphäre aus Edelgas, Sauerstoff, Stickstoff, einer gasförmigen Kohlenstoffverbindung, einer metallorganischen gasförmigen oder borhaltigen gasförmigen Verbindung aufrechterhalten wird.It is also proposed that the target lying evaporation space a dilute atmosphere from noble gas, oxygen, nitrogen, a gaseous Carbon compound, an organometallic gaseous or boron gaseous compound is maintained.

Falls die Targetoberfläche ein leicht schmelzendes Material umfaßt, so wird vorzugsweise der Elektronenstrahl oder Laserstrahl so stark defokussiert, daß die Pfütze um den Lichtbogenfußpunkt der Bogenentladung ständig einen Trichter bildet, in dessen Grund immer flüssiges Targetmaterial nachrinnt, wodurch der Lichtbogen ohne Führung stabilisiert wird.If the target surface is a slightly melting one Material, so preferably the electron beam or laser beam so defocused, that the puddle around the arc base of the arc discharge constantly forms a funnel in the Because liquid target material always runs on, causing the arc to run without guidance is stabilized.

Weiter wird vorgeschlagen, daß die Bewegung des Elektronenstrahls bzw. Laserbrennpunktes so rasch erfolgt, daß damit die Eigenbewegung des Bogenentladungsfußpunktes, wobei es sich vorzugsweise um den Kathodenfußpunkt handelt, unterdrückt wird.It is also proposed that the movement of the Electron beam or laser focus so quickly takes place so that the inherent movement of the arc discharge base, which is preferably the cathode base point is suppressed.

Die oben erwähnten erfindungsgemäßen Vorrichtungen eignen sich insbesondere für die Verwendung in einer Plasmalichtbogenanordnung zum Auftragen von Überzügen auf ein Substrat.The above-mentioned devices according to the invention are particularly suitable for use in a Plasma arc assembly for applying coatings on a substrate.

Ebenso eignen sich die beschriebenen Verfahren zum Bedampfen von Substraten mittels eines Plasmalichtbogens im Hochvakuum.The methods described are also suitable for Evaporation of substrates using a plasma arc in a high vacuum.

Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich insbesondere zu Herstellung von Überzügen, bestehend aus Oxiden, Nitriden, Oxinitriden, Boriden, Carbiden und Fluoriden für optische Anwendungen durch Verdampfen eines Elementes oder einer Verbindung des entsprechenden Elementes der Gruppen 2a, 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b, 6a in einer entsprechenden Reaktivgasatmosphäre.The processes according to the invention are particularly suitable for the production of coatings consisting of oxides, nitrides, oxynitrides, borides, carbides and fluorides for optical applications by evaporating an element or a compound of the corresponding element from groups 2 a, 3 a, 3 b, 4 a , 4 b, 5 a, 5 b, 6 a in a corresponding reactive gas atmosphere.

Die Erfindung wird nun anschließend beispielsweise anhand der beigefügten Figuren und anhand von spezifischen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt dabei eine Hochvakuumanlage mit einer Funkenentladungsanordnung sowie eine Elektronenkanone. Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Anlage, geeignet für die Durchführung der Beispiele 4 und 5.The invention will now be explained in more detail, for example, using the attached figures and specific exemplary embodiments. Fig. 1 shows a high-vacuum system with a spark discharge arrangement and an electron gun. Fig. 2 shows a schematic diagram of a plant according to the invention, suitable for the implementation of the Examples 4 and 5.

In einer Hochvakuumanlage 9 mit der entsprechenden Pumpöffnung 10 für das Evakuieren der Vakuumanlage 9 ist eine konventionelle Elektronenkanone 6 montiert, welche mittels einer Wasserkühlung 7, 8 gekühlt wird. Die Elektronenkanone 6 ist derart angeordnet, daß ein von der Elektronenkanone emittierter Elektronenstrahl, geführt durch die Polschuhe eines Elektromagneten 5, auf das rotierende, durch einen Isolator 4 vom Anlagenboden isoliert montierte Target 1 trifft, das ebenfalls mittels Wasserkühlung 2, 3 gekühlt wird.A conventional electron gun 6 is mounted in a high vacuum system 9 with the corresponding pump opening 10 for evacuating the vacuum system 9 and is cooled by means of water cooling 7 , 8 . The electron gun 6 is arranged in such a way that an electron beam emitted by the electron gun, guided through the pole pieces of an electromagnet 5 , strikes the rotating target 1 , which is mounted insulated from the system floor by an insulator 4 and is also cooled by water cooling 2 , 3 .

Das Target 1 dient gleichzeitig als Kathode der Funkenentladung. Diese Funkenentladung umfaßt eine wassergekühlte Anode 12 mit einer Wasserkühlung 14, die über einen Isolator 13 von der Anlage isoliert ist. In einer beispielsweise ausgeführten erfindungsgemäßen Anordnung umfaßt die Anode 12 die Ausmaße 30×10 cm und ist in einer Entfernung von ca. 10 cm vom Target 1 montiert.The target 1 also serves as the cathode for the spark discharge. This spark discharge comprises a water-cooled anode 12 with a water cooling 14 , which is insulated from the system via an insulator 13 . In an example embodiment of the invention, the anode 12 has the dimensions 30 × 10 cm and is mounted at a distance of approximately 10 cm from the target 1 .

Ein Zwischenboden 11 dient als Druckstufe für den Fall, daß über einen Gaseinlaß 16 Reaktiv- oder Edelgase eingelassen werden, so daß der Druck in der Beschickungskammer 21 über den für die Elektronenkanone maximal zulässigen Druck steigt. An intermediate floor 11 serves as a pressure stage in the event that reactive or noble gases are admitted via a gas inlet 16 , so that the pressure in the charging chamber 21 rises above the maximum pressure permitted for the electron gun.

Die Schaltung 15 symbolisiert die Stromversorgung des Funkens, wobei es sich beispielsweise um einen Hochstromgenerator handeln kann. Die zu beschichtenden Gegenstände, wie beispielsweise optischen Substrate, werden auf dem rotierenden Substrathalter 17 befestigt, der über Isolierungen 18 gegenüber der Anlage isoliert ist. Die Drehdurchführung 19 ist wassergekühlt. Der Substrathalter kann mittels einer Spannungsquelle 20 auf ein gegenüber der Kathode negatives Potential gelegt werden.The circuit 15 symbolizes the power supply of the spark, which can be, for example, a high current generator. The objects to be coated, such as optical substrates, are attached to the rotating substrate holder 17 , which is insulated from the system by means of insulations 18 . The rotary union 19 is water-cooled. The substrate holder can be placed at a potential that is negative with respect to the cathode by means of a voltage source 20 .

Die Funktionsweise der in der Figur dargestellten Hochvakuumanlage ist derart, daß nach Zünden des Funkens zwischen der Anode 12 und der Kathode 1, was nach bekannter konventioneller Art und Weise geschehen kann, mittels der Elektronenkanone 6, geführt durch den Elektromagneten 5, auf dem Target ein Fleck vorgeschmolzen wird. Der gezündete Funken springt darauf unverzüglich auf diesen vorgeschmolzenen Fleck und kann mittels dieses vorgeschmolzenen Fleckes auf der Oberfläche des Target 1 geführt werden. Auf diese Weise wird einerseits sichergestellt, daß das zu verdampfende Material an der Targetoberfläche 1 oder an der Kathode gleichmäßig verdampft wird und daß andererseits durch Vermeiden einer örtlichen Überhitzung weitgehendst die Bildung von Spritzern verhindert werden kann.The operation of the high vacuum system shown in the figure is such that after ignition of the spark between the anode 12 and the cathode 1 , which can be done in a known conventional manner, by means of the electron gun 6 , guided by the electromagnet 5 , on the target Stain is premelted. The ignited spark immediately jumps onto this premelted spot and can be guided on the surface of the target 1 by means of this premelted spot. In this way it is ensured on the one hand that the material to be evaporated is evenly evaporated on the target surface 1 or on the cathode and that on the other hand the formation of splashes can be largely prevented by avoiding local overheating.

Embodiments Example 1

Eine kubische Bedampfungsanlage wurde wie folgt ausgerüstet: In ihrem Boden, dezentriert, war ein wassergekühlter Tiegel eingebaut. Neben dem Tiegel im Boden war eine Elektronenstrahlkanone mit axialem Magnetfeld angebracht, deren Kathodenraum differentiell abgepumpt wurde. Der Abstand vom Austritt des Elektronenstrahls zum Kathodenmittelpunkt betrug 100 mm. Die Elektronenstrahlkanone hatte eine maximale Leistung von 8 kW. Der Tiegel war aus Kupfer gefertigt, wassergekühlt und hatte einen Durchmesser von 80 mm. Es war elektrisch sowohl vom Kammerboden als auch von der Masse der Kanone isoliert. Mit einem Elektromotor konnte er in Rotation versetzt werden. Der Tiegel wurde mit einem Kabel, das isoliert in die Anlage eingeführt worden war, an den negativen Pol eines Gleichspannungsspeisegerätes von der Art eines Schweißtransformators (max. 250 A) mit Kupferkabeln von 10 mm angeschlossen. Der positive Pol des Speisegerätes wurde mit einer getrennten, elektrisch isolierten und wassergekühlten Durchführung an eine wassergekühlte Hilfsanode angeschlossen. Diese war rechteckig, 250× 100 mm, und stand wimpelartig in einem Abstand von 60 mm vom Tiegel. Gegenüber dem Boden befand sich ein Drehteller, dessen Achse durch das Anlagenzentrum führte, auf dem Prüfkörper angebracht waren. Der Tiegel wurde mit 350 g Titan chargiert und die Anlage geschlossen und abgepumpt. Die Prüfkörper wurden mit einer für die Werkzeugbeschichtung üblichen Methode geheizt und ihre Oberfläche in einem Argonplasma gereinigt. Danach wurde die Elektronenstrahlkanone eingeschaltet und ihre Leistung auf 700 Watt hochgefahren. Die Spannung zwischen Draht und Tiegel betrug 10,6 kV. Der Tiegel wurde mit einer Frequenz von 2 Umdrehungen/Minute in Rotation versetzt. Der Brennfleck mit einem Durchmesser von etwa 1 mm wurde auf den der Austrittsöffnung des Elektronenstrahls näher liegenden Sektor des Tiegels fokussiert. Der Druck in der Kammer war kleiner als 0,002 Pa. Danach wurde der Schweißtransformator eingeschaltet. Seine Leerlaufspannung von 130 V reichte, um eine Entladung zu beenden. Der Strom wurde auf 200 A geregelt. Die Betriebsspannung betrug 41 V. In der Schmelze bildete sich ein kreisförmiger Graben, dessen Grund dem Fußpunkt des Elektronenstrahls entsprach. Über dieser Schmelze bildete sich ein lichtstarkes Plasma aus. Die Substrate wurden durch ein zusätzliches Speisegerät auf eine Spannung von -80 V gegenüber dem Tiegelpotential gelegt. Der Ionenstrom auf dem Substratträger betrug 8 A. Ohne Schweißtransformator war der Substratstrom zu gering, um gemessen werden zu können. Nach 15 Minuten wurden die Stromversorgungen abgeschaltet und die Anlage geflutet. Auf den Substraten befand sich eine feinkristalline Schicht von 4 µm Titan. Die Oberflächenrauhigkeit der Prüfkörper blieb unverändert und entsprach einer mittleren Rauhtiefe von Ra 0,04 µm.A cubic steam system was equipped as follows: In its bottom, decentred, a water-cooled crucible was installed. Next to the crucible in the floor was an electron gun attached with an axial magnetic field, the cathode space was pumped out differentially. The distance from the exit of the electron beam to the center of the cathode was 100 mm. The electron beam gun had a maximum output of 8 kW. The crucible was made of copper, water cooled and had a diameter of 80 mm. It was both electrical from the chamber floor as well as from the mass of the cannon isolated. With an electric motor, he was able to Rotation. The crucible was made with a Cable that has been inserted insulated into the system was to the negative pole of a DC power supply like a welding transformer (max. 250 A) connected with copper cables of 10 mm. The positive pole of the power supply was with a separate, electrically insulated and water-cooled Carried out to a water-cooled auxiliary anode connected. This was rectangular, 250 × 100 mm, and stood like a pennant at a distance of 60 mm from the crucible. There was a across the floor Turntable, its axis through the plant center led, were attached to the test specimen. The Crucibles were charged with 350 g titanium and the system closed and pumped out. The test specimens were with a common method for tool coating heated and their surface in an argon plasma cleaned. After that, the electron beam gun switched on and their power increased to 700 watts. The tension between wire and crucible was 10.6 kV. The crucible was made with a frequency set in rotation of 2 revolutions / minute. The Focal spot with a diameter of about 1 mm was on the exit opening of the electron beam focused sector of the crucible. The Pressure in the chamber was less than 0.002 Pa. After that the welding transformer was switched on. His Open circuit voltage of 130 V was enough to discharge to end. The current was regulated to 200 A. The operating voltage was 41 V. In the melt a circular trench formed the bottom of which corresponded to the base point of the electron beam. over a powerful plasma was formed from this melt out. The substrates were replaced by an additional one Supply device to a voltage of -80 V opposite the crucible potential. The ion current on the Substrate carrier was 8 A. Without welding transformer the substrate current was too low to be measured to be able to. After 15 minutes the power supplies were turned off switched off and the system flooded. There was a fine crystalline on the substrates Layer of 4 µm titanium. The surface roughness the test specimen remained unchanged and corresponded to one average roughness depth of Ra 0.04 µm.

Example 2

Es wurde der gleiche Aufbau wie im Beispiel 1 benutzt. Der Tiegel wurde mit 330 g Titan chargiert. Danach wurde vorerst wie in Beispiel 1 vorgegangen. Die Leistung der Elektronenstrahlkanone wurde auf 7,4 kW geregelt. Die Tiegelrotation wurde nicht eingeschaltet. Der Elektronenstrahl wurde auf die Tiegelmitte fokussiert. Der Durchmesser seines Brennflecks betrug etwa 7 mm. Der Elektronenstrahl wurde mit einer Automatik mit einer Frequenz von 30 Hz gewobbelt. Danach wurde Argon, und zwar 40 Standard-cm³/min, eingelassen. Danach wurde der Schweißtransformator zugeschaltet und sein Strom auf 110 A hochgeregelt. Die Betriebsspannung betrug 10 V. Über der Schmelze bildete sich wieder ein lichtstarkes Plasma, das der Wobbelbewegung folgte. Es wurde Stickstoff zugelassen, und zwar 420 Standard-cm³/min. Die Substrate wurden auf eine Gleichspannung von -20 V gelegt. Nach einer Stunde wurden die Strom- und Gasversorgungen abgeschaltet und die Anlage geöffnet. Auf den Probescheiben waren 8 µm stöchiometrisches goldfarbenes Titannitrid abgeschieden. Die Härte der Schicht betrug 2300 HV. Sie wies einen ausgezeichneten Widerstand gegenüber Erosion auf. Die Prozeßtemperatur hatte 220°C nicht überschritten.The same structure as in Example 1 was used. The crucible was charged with 330 g titanium. After that, the procedure was initially as in Example 1. The power of the electron beam gun was up 7.4 kW regulated. The crucible rotation was not switched on. The electron beam was on the center of the crucible focused. The diameter of his focal spot was about 7 mm. The electron beam was with an automatic with a frequency of 30 Hz wobbled. Thereafter, argon, namely 40 standard cc / min, let in. After that, the welding transformer switched on and its current regulated up to 110 A. The operating voltage was 10 V. Above the melt again a bright plasma formed, which the Wobble followed. Nitrogen was allowed 420 standard cc / min. The substrates were on a DC voltage of -20 V is applied. After a The electricity and gas supplies were switched off for an hour and opened the facility. On the test disks were 8 µm stoichiometric gold Titanium nitride deposited. The hardness of the layer was 2300 HV. She had excellent resistance against erosion. The process temperature had not exceeded 220 ° C.

Example 3

Eine kubische Bedampfungsanlage wurde wie folgt ausgerüstet: In ihrem Boden, dezentriert, war ein wassergekühlter Tiegel eingebaut. Neben dem Tiegel im Boden war eine Elektronenstrahlkanone mit axialem Magnetfeld angebracht, deren Kathodenraum differentiell abgepumpt wurde. Der Abstand vom Austritt des Elektronenstrahls zum Kathodenmittelpunkt betrug 160 mm. Die Elektronenstrahlkanone hatte eine maximale Leistung von 8 kW. Der Tiegel war aus Kupfer gefertigt, wassergekühlt und hatte einen Durchmesser von 80 mm. Er war elektrisch sowohl vom Kammerboden als auch von der Masse der Kanone isoliert. Mit einem Elektromotor konnte er in Rotation versetzt werden. Der Tiegel wurde mit einem Kabel, das isoliert in die Anlage eingeführt worden war, an den negativen Pol eines Gleichspannungsspeisegerätes von der Art eines Schweißtransformators (max. 250 A) mit Kupferkabeln von 10 mm angeschlossen. Der positive Pol des Speisegerätes wurde mit einer getrennten, elektrisch isolierten und wassergekühlten Durchführung an eine wassergekühlte Hilfsanode angeschlossen. Diese war rechteckig, 250× 100 mm, und stand wimpelartig in einem Abstand von 60 mm vom Tiegel. Gegenüber vom Boden befand sich eine Kalotte mit Glasscheiben. Der Tiegel wurde mit 60 g Silicium chargiert und die Anlage geschlossen und abgepumpt. Danach wurde in die Kammer Sauerstoff eingelassen, dessen Fluß so geregelt war, daß der Druck in der Anlage 0,09 Pa nicht überstieg. Danach wurde die Elektronenstrahlkanone eingeschaltet und ihre Leistung auf 600 W hochgefahren. Etwa gleichzeitig wurde der Tiegel in Rotation versetzt und der Schweißtransformator zugeschaltet. Dessen Strom wurde auf 140 A hochgeregelt. Nach 30 Minuten wurde die Stromversorgung abgeschaltet. Beim Öffnen der Anlage hat sich auf den Glasscheiben eine transparente Siliciumoxidschicht niedergeschlagen.A cubic steam system was equipped as follows: In its bottom, decentred, a water-cooled crucible was installed. Next to the crucible in the floor was an electron gun attached with an axial magnetic field, the cathode space was pumped out differentially. The distance from the exit of the electron beam to the center of the cathode was 160 mm. The electron beam gun had a maximum output of 8 kW. The crucible was made of copper, water cooled and had a diameter of 80 mm. It was both electric from the chamber floor as well as from the mass of the cannon isolated. With an electric motor, he was able to Rotation. The crucible was made with a Cable that has been inserted insulated into the system was to the negative pole of a DC power supply like a welding transformer (max. 250 A) connected with copper cables of 10 mm. The positive pole of the power supply was with a separate, electrically insulated and water-cooled Carried out to a water-cooled auxiliary anode connected. This was rectangular, 250 × 100 mm, and stood like a pennant at a distance of 60 mm from the crucible. There was one across the floor Calotte with glass panes. The crucible was with 60 g of silicon are charged and the system is closed and pumped out. Then oxygen was added to the chamber let in, the flow of which was regulated so that the System pressure did not exceed 0.09 Pa. After that the electron beam gun was turned on and their power ramped up to 600 W. Around the same time the crucible was set in rotation and the Welding transformer switched on. Whose electricity was raised to 140 A. After 30 minutes the power supply was switched off. When opening the system has a transparent on the glass panes Silicon oxide layer deposited.

Example 4

Wie in Fig. 2 als Prinzipskizze dargestellt, wurde in einer kubischen Anlage, 200 mm vom Anlagenzentrum entfernt, ein wassergekühlter, kreisförmiger Kathodenhalter 101 so montiert (Durchmesser 120 mm, Dicke 10 mm), daß der Winkel zwischen der Oberflächennormalen und der Anlagenachse 70°C betrug. Auf diesen Kathodenhalter wurde ein 3 mm dickes, rundes Titantarget 102 (Durchmesser 48 mm), das auf einen runden (60 mm Durchmesser), 12 mm dicken Kupferblock aufgelötet war, derart aufgeschraubt, daß zwischen Titantarget und Kathodenhalter ein guter elektrischer Kontakt hergestellt werden konnte. Im Abstand von 35 mm von der Kathode wurde eine isoliert durch den Anlagenboden 106 durchgeführte, wassergekühlte 108 ringförmige (Innendurchmesser 70 mm) Anode 103 mit kreisförmigem Querschnitt (Durchmesser 12 mm) parallel zur Kathode montiert. Die Kathode war geerdet und mit dem negativen Pol 110 eines Schweißtransformators (max. 250 A) verbunden, die Anode 103 wurde mit dem positiven Pol 111 dieser Stromquelle verbunden. Der Laserstrahl 113 eines gepulsten Nd : YAG Lasers (500 W) wurde durch ein Fenster 114 (Durchmesser 40 mm), das beidseitig mit einer Antireflexschicht beschichtet war, in die Anlage geführt und durch die Anode hindurch auf die Kathodenoberfläche fokussiert. Der Abstand zwischen dem Fenster und der Kathode betrug 280 mm. Der Laserstrahl wurde außerhalb der Anlage mittels eines rotierenden dielektrischen Spiegels, dessen Oberfläche einen Winkel von 0,5° mit der Rotationsachse bildete, um 90° umgelenkt. Durch diese Rotation konnte der Brennfleck (Durchmesser 0,7 mm) des Laserstrahls auf dem Titantarget rotiert werden. Die Rotationsgeschwindigkeit war einstellbar zwischen 0 und 6000 U/min. Die Fokussierung wurde mittels einer bikonvexen, beidseitig antireflexbeschichteten Linse mit einer Brennweite von 500 mm vor dem rotierenden Spiegel bewerkstelligt. As shown in Fig. 2 as a schematic diagram, a water-cooled, circular cathode holder 101 was mounted (diameter 120 mm, thickness 10 mm) in a cubic system, 200 mm from the system center, so that the angle between the surface normal and the system axis 70 ° C was. A 3 mm thick, round titanium target 102 (diameter 48 mm), which was soldered onto a round (60 mm diameter), 12 mm thick copper block, was screwed onto this cathode holder in such a way that good electrical contact could be established between the titanium target and the cathode holder . At a distance of 35 mm from the cathode, a water-cooled 108 ring-shaped (inner diameter 70 mm) anode 103 with a circular cross-section (diameter 12 mm), which was passed through the plant base 106 and insulated, was mounted parallel to the cathode. The cathode was grounded and connected to the negative pole 110 of a welding transformer (max. 250 A), the anode 103 was connected to the positive pole 111 of this current source. The laser beam 113 of a pulsed Nd: YAG laser (500 W) was guided into the system through a window 114 (diameter 40 mm) which was coated on both sides with an antireflection layer and focused through the anode onto the cathode surface. The distance between the window and the cathode was 280 mm. The laser beam was deflected by 90 ° outside the system by means of a rotating dielectric mirror, the surface of which formed an angle of 0.5 ° with the axis of rotation. This rotation made it possible to rotate the focal spot (diameter 0.7 mm) of the laser beam on the titanium target. The rotation speed was adjustable between 0 and 6000 U / min. The focus was achieved using a biconvex, anti-reflective coated lens on both sides with a focal length of 500 mm in front of the rotating mirror.

Nach Erreichen von 2×10^-3 Pa wurde durch Einschalten des Speisegerätes eine Spannung von 100 V zwischen Kathode und Anode gelegt. Der Funke wurde darauf mittels eines Laserpulses von 6 Millisekunden Dauer und einer Energie von 30,5 Joule gezündet. Danach lief der ungeführte Funke bei ca. 20 V und 90 A. Es wurde festgestellt, daß die Zündbedingung (Schwellenergie des Laserpulses) stark von der Oberflächenbeschaffenheit des Targets (Reflexionsvermögen) und von der Rotationsgeschwindigkeit des Laserstrahls abhängt.After reaching 2 × 10 ^-3 Pa, a voltage of 100 V was applied between the cathode and the anode by switching on the power supply. The spark was then ignited by means of a laser pulse lasting 6 milliseconds and an energy of 30.5 joules. Then the unguided spark ran at approx. 20 V and 90 A. It was found that the ignition condition (threshold energy of the laser pulse) strongly depends on the surface condition of the target (reflectivity) and on the rotational speed of the laser beam.

Das Zeitintervall zwischen Pulsen kann so gewählt werden, daß die Bodenentladung kontinuierlich brennt. Dies erlaubt ein Führen des Funkens auf der Kathodenfläche. Anstelle des Spiegels können auch andere optische Elemente, wie Hohlspiegel oder Gitter, verwendet werden. Anstelle des Nd : YAG Lasers können auch Gas oder Halbleiterlaser verwendet werden.The time interval between pulses can be chosen in this way that the bottom discharge is continuous burns. This allows the spark to be carried on the Cathode surface. Instead of the mirror, too other optical elements, such as concave mirrors or gratings, be used. Instead of the Nd: YAG laser gas or semiconductor lasers can also be used.

Example 5

In einer kubischen Anlage wurde, 200 mm vom Anlagenzentrum entfernt, ein wassergekühlter, kreisförmiger Kathodenhalter so montiert (Durchmesser 120 mm, Dicke 10 mm), daß der Winkel zwischen der Oberflächennormalen und der Anlagenachse 70° betrug. Auf diesen Kathodenhalter wurde ein 5 mm dickes, rechteckiges Zinntarget, das auf eine Kupferplatte der Dicke 5 mm aufgelötet war, derart aufgeschraubt, daß zwischen Zinntarget und Kathodenhalter ein guter elektrischer Kontakt hergestellt werden konnte. Im Abstand von 35 mm von der Kathode wurde eine isoliert durch den Anlagenboden durchgeführte wassergekühlte, ringförmige (Innendurchmesser 70 mm) Anode mit kreisförmigem Querschnitt (Durchmesser 12 mm) parallel zur Kathode montiert.In a cubic system, 200 mm from Plant center removed, a water-cooled circular Cathode holder assembled in this way (diameter 120 mm, thickness 10 mm) that the angle between the Surface normals and the system axis was 70 °. A 5 mm thick, rectangular pewter target on a copper plate 5 mm thick was soldered, such screwed that between the tin target and the cathode holder good electrical contact is established could be. At a distance of 35 mm from the One cathode was insulated through the plant floor performed water-cooled, ring-shaped (inner diameter 70 mm) anode with circular cross-section (Diameter 12 mm) mounted parallel to the cathode.

Die Kathode (und somit das Zinntarget) war geerdet und mit dem negativen Pol eines Schweißtransformators (max. 250 A) verbunden. Die Anode wurde mit dem positiven Pol dieser Stromquelle verbunden. Der Laserstrahl eines gepulsten Nd : YAG Lasers (500 W) wurde durch ein Fenster (Durchmesser 40 mm), das beidseitig mit einer Antireflexschicht beschichtet war, in die Anlage geführt und durch die Anode hindurch auf die Kathodenoberfläche fokussiert. Der Abstand zwischen dem Fenster und der Kathode betrug 280 mm. Die Fokussierung des Laserstrahls erfolgte mittels einer beidseitig mit einer Antireflexschicht versehenen Linse (Brennweite 500 mm), die starr mit dem Laser verbunden war. Die Bewegung des fokussierten Laserstrahls innerhalb einer Fläche von 50 mm Durchmesser auf dem Target wurde bewerkstelligt, indem der Laser außerhalb der Anlage auf einem massiven Tisch, der in zwei voneinander unabhängigen Richtungen bewegt werden konnte, montiert wurde.The cathode (and thus the tin target) was grounded and with the negative pole of a welding transformer (max. 250 A) connected. The anode was covered with the positive pole of this power source connected. The laser beam of a pulsed Nd: YAG laser (500 W) through a window (diameter 40 mm) on both sides was coated with an anti-reflective coating, into the system and through the anode focused on the cathode surface. The distance between the window and the cathode was 280 mm. The laser beam was focused using an anti-reflective coating on both sides Lens (focal length 500 mm) that is rigid with the Laser was connected. The movement of the focused Laser beam within an area of 50 mm in diameter on the target was accomplished by the laser outside the plant on a massive Table that is in two independent directions could be moved, was assembled.

Nach Erreichen von 2×10^-3 Pa wurde Argon in die Vakuumkammer eingelassen, bis ein Druck von 2×10^-1 Pa erreicht wurde. Durch Einschalten des Speisegerätes wurde eine Spannung von 100 V zwischen Kathode und Anode gelegt. Der Funke konnte mittels eines Laserpulses von 6 Millisekunden Dauer und einer Energie von 2 J gezündet werden und lief auf dem Zinntarget.After reaching 2 × 10 ^-3 Pa, argon was admitted into the vacuum chamber until a pressure of 2 × 10 ^-1 Pa was reached. By switching on the power supply, a voltage of 100 V was applied between the cathode and the anode. The spark could be ignited using a laser pulse lasting 6 milliseconds and an energy of 2 J and ran on the tin target.

Danach lief der Funke bei ca. 20 V und 90 A. Es wurde festgestellt, daß die Zündbedingung (Schwellenergie des Laserpulses) stark von der Oberflächenbeschaffenheit des Targets (Reflexionsvermögen) und von der Rotationsgeschwindigkeit des Laserstrahls abhängt.Then the spark ran at about 20 V and 90 A. It was found that the ignition condition (threshold energy of the laser pulse) strongly from the surface condition of the target (reflectivity) and on the rotational speed of the Laser beam depends.

Example 6

In einer kubischen Anlage wurde, 200 mm vom Anlagenzentrum entfernt, ein wassergekühlter, kreisförmiger Kathodenhalter so montiert (Durchmesser 120 mm, Dicke 10 mm), daß der Winkel zwischen der Oberflächennormalen und der Anlagenachse 70° betrug. Auf diesen Kathodenhalter wurde ein 5 mm dickes, rundes Wolframtarget (Durchmesser 30 mm) aufgeklemmt, so daß zwischen Wolframtarget und Kathodenhalter ein guter elektrischer Kontakt hergestellt werden konnte. Im Abstand von 35 mm von der Kathode wurde eine isoliert durch den Anlagenboden durchgeführte, wassergekühlte, ringförmige (Innendurchmesser 70 mm) Anode mit kreisförmigem Querschnitt (Durchmesser 12 mm) parallel zur Kathode montiert.In a cubic system, 200 mm from Plant center removed, a water-cooled circular Cathode holder assembled in this way (diameter 120 mm, thickness 10 mm) that the angle between the Surface normals and the system axis was 70 °. A 5 mm thick, round one was placed on this cathode holder Tungsten target (diameter 30 mm) clamped, see above that between the tungsten target and the cathode holder good electrical contact could be made. One was at a distance of 35 mm from the cathode water-cooled, insulated through the system floor ring-shaped (inner diameter 70 mm) Anode with circular cross section (diameter 12 mm) mounted parallel to the cathode.

Die Kathode war geerdet und mit dem negativen Pol eines Schweißtransformators (max. 250 A) verbunden. Die Anode wurde mit dem positiven Pol dieser Stromquelle verbunden. Der Laserstrahl eines gepulsten Nd : YAG Lasers (500 W) wurde durch ein Fenster (Durchmesser 40 mm), das beidseitig mit einer Antireflexschicht beschichtet war, in die Anlage geführt und durch die Anode hindurch auf die Kathodenoberfläche fokussiert. Der Abstand zwischen dem Fenster und der Kathode betrug 280 mm. Die Fokussierung des Laserstrahls (Durchmesser des Laserstrahles auf dem Target: 0,65 mm) erfolgte durch eine außerhalb der Anlage montierte, beidseitig antireflexbeschichtete Bikonvexlinse (Brennweite 500 mm), die so bewegt werden konnte, daß der Brennpunkt des Laserstrahles beliebig auf dem W-Target bewegt werden konnte. Die Steuerung der Bewegung erfolgte computergesteuert. Nach Erreichen von 2×10^-3 Pa wurde durch Einschalten des Speisegerätes eine Spannung von 100 V zwischen Kathode und Anode gelegt. Der Funke wurde darauf mittels eines treppenförmigen Laserpulses (siehe Skizze) von 3 Millisekunden totaler Dauer und einer Energie von 7,5 J gezündet. Der Funke wurde mittels eines Speicherkathodenstrahloszilloskopes aufgezeichnet.The cathode was grounded and connected to the negative pole of a welding transformer (max. 250 A). The anode was connected to the positive pole of this power source. The laser beam from a pulsed Nd: YAG laser (500 W) was guided into the system through a window (diameter 40 mm), which was coated on both sides with an anti-reflective layer, and focused through the anode onto the cathode surface. The distance between the window and the cathode was 280 mm. The focusing of the laser beam (diameter of the laser beam on the target: 0.65 mm) was carried out by means of a biconvex lens (focal length 500 mm) mounted on both sides outside the system, which could be moved so that the focal point of the laser beam can Target could be moved. The movement was controlled by computer. After reaching 2 × 10 ^-3 Pa, a voltage of 100 V was applied between the cathode and the anode by switching on the power supply. The spark was then ignited by means of a staircase-shaped laser pulse (see sketch) with a total duration of 3 milliseconds and an energy of 7.5 J. The spark was recorded using a storage cathode ray oscilloscope.

Durch ein ähnliches Vorgehen wie im Beispiel 4 oder 5 konnte der Funke kontinuierlich geführt werden.By a similar procedure as in example 4 or 5 the spark could be conducted continuously.

Claims

1. Device for evaporating material in vacuum by means of an arc with a target which has at least a part of its surface a material to be evaporated, the arc discharge being operated in an area where a substantial part of the arc current is mostly due to small spots on the target surface flows and the target is connected as a cathode of the spark or arc, characterized in that the apparatus additionally an electron beam gun (5) or a laser for generating a local vapor cloud on the target surface and means of guiding the electron beam or the laser beam over the target surface to stabilize and guide the arc base.

2. Device according to claim 1, characterized in that the object lens of the laser is movable is arranged such that the laser beam on the target surface is feasible.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized characterized that a movable mirror is arranged to enable the focal spot of the Lasers migrates in such a way that the laser beam on the Target surface is feasible.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the target is movably arranged is.

5. Process for evaporating material in vacuum using an arc on a target connected as a cathode, that needs to be vaporized on at least part of its surface Has material, the arc discharge in is operated in an area where a substantial part of the Arc current mostly through small spots on the target surface flows, characterized, that one can use an electron beam or a Laser creates a local vapor cloud on the target surface, in such a way that the base of the arc or of the spark in this cloud of steam stabilized and with it leads.

6. The method according to claim 5, characterized in that one below the steam cloud on the Target surface creates a puddle.

7. The method according to any one of claims 5 or 6, characterized characterized in that the electron beam or guides the laser beam on the target surface.

8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized characterized in that the time average Operating performance of the arc discharge the operating performance the electron beam gun or the laser exceeds or that the evaporation of the material mostly by means of Arc of arc discharge occurs.

9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized characterized in that the energy density of the Electron beam or the laser beam regulates such that a discharge current of more than 30 amperes at a discharge voltage from only 10 to 15 volts.

10. The method according to any one of claims 5 to 9, characterized characterized in that one is above the target evaporation space a dilute atmosphere Noble gas, oxygen, nitrogen, a gaseous Carbon compound, an organometallic gaseous or a gaseous compound containing boron maintained.

11. The method according to any one of claims 6 to 10, characterized characterized in that the target surface a light melting material and the electron beam or defocused the laser beam so much, that the puddle around the arc base of the arc discharge constantly forms a funnel, in the bottom of which always liquid Target material runs down, causing the arc without Leadership is stabilized.

12. The method according to any one of claims 5 to 11, characterized characterized that the movement of the electron beam or laser focus so quickly that one thus suppressing the intrinsic movement of the arc discharge base.