MXPA05006762A - Fuente de arco al vacio que comprende un dispositivo para generar un campo magnetico. - Google Patents

Abstract

Se refiere la invencion a una fuente de arco al vacio y a un metodo para operarla; comprendiendo la fuente un blanco con una superficie para operar una descarga de arco. El blanco esta dispuesto en la zona de influencia de un dispositivo para generar un campo magnetico, comprendiendo dicho dispositivo por lo menos dos sistemas magneticos de polaridad opuesta, y que estan incorporados de tal manera que el componente B que es perpendicular a la superficie y se relaciona con el campo magnetico resultante, tenga valores que son sustancialmente bajos de manera constante, en una gran parte de la superficie, o que tiene un valor igual a cero.

Description

FUENTE DE ARCO AL VACÍO QUE COMPRENDE UN DISPOSITIVO PARA GENERAR UN CAMPO MAGNÉTICO La presente invención se refiere a una fuente de arco al vacío para operar una descarga de arco de acuerdo con la reivindicación 1; un dispositivo regulado con dicha fuente de arco de acuerdo con la reivindicación 17, así como un procedimiento para operar una descarga de arco de acuerdo con la reivindicación 21. Las fuentes de arco, como las que se conocen en una cámara de vacío para evaporar diferentes materiales y/o como fuentes de iones, son utilizadas para revestimientos y para tratamientos de diferentes piezas de trabajo. Con base en la elevada energía de forma puntual del arco dirigido a la superficie de blanco, en lo sucesivo denominada las radiaciones, hay, además de la emisión de partículas ionizadas de tamaño grande, de forma gaseosa, especialmente en un "quemado profundo" de las radiaciones con la evaporación del tipo explosivo, también puede dar lugar a la emisión de macropartículas, cuyos diámetros pueden alcanzar algunos micrómetros. Durante el revestimiento, la aspereza superficial, antes de pulir por ejemplo las piezas de trabajo, se calcula sustancialmente por la cantidad y el tamaño de las macropartículas que son dirigidas en la capa de revestimiento sobre la superficie de revestimiento. Por ello, las capas de revestimiento obtenidas son relativamente rugosas, lo que viene a ser un inconveniente en la obtención de una pieza de trabajo o una parte de construcción revestida. Además, una porción grande de las macropartículas permanece en un ángulo superficial relativo de la superficie del blanco, con lo que se pierde material valioso durante los procesos de revestimiento, que se deposita sobre las superficies internas de la cámara de vacío. A fin de proteger las capas de revestimiento, se han ideado diferentes soluciones. Así, se han instalado fuentes de arco, por ejemplo, fuera de la línea de visión óptica de la pieza de trabajo, y se conducen las partículas ionizadas, por medio de campos magnéticos, en dirección de las piezas de trabajo, con lo que se obtienen capas bastante parejas y, al mismo tiempo, se eleva sustancia Imente la velocidad de revestimiento. Adicionalmente se disponen diferentes fuentes de arco a fin de dirigir las radiaciones sobre una trayectoria definida hacia la superficie de blanco, y de esa manera, para evitara una entrega de alta energía sobre una superficie pequeña, o bien un "quemado profundo". De esa manera, por ejemplo, por medio de uno o más imanes dispuestos detrás del blanco, se dirigen las radiaciones en una trayectoria circular cerrada. Otra posibilidad de dirigir las radiaciones está descrita en la patente estadounidense 5,2908,136. Este documento se considera como el más reciente estado de la técnica. Una fuente de arco publicada allí se dirige a un blanco circular, que se desarrolla desde un borne polar en forma de recipiente, con una bobina dispuesta en el elemento de polo dirigido al lado de choque del blanco, y lateral- mente desde detrás del elemento de polo. De esa manera se constituye un campo magnético sobre el blanco, cuyo componente perpendicular exhibe en la región media del blanco, un máximo positivo, que disminuye simétricamente a valores menores hasta un mínimo negativo en la región del borde, y que a continuación se vuelve a elevar asintóticamente en dirección a la abscisa. Campos magnéticos similares también pueden estar dispuestos de manera conocida mediante la disposición de imanes permanentes en el lado posterior del blanco. De esa manera se define la disposición de las líneas de campo a través de la abscisa (es decir, un paso de cero que corresponde a un ángulo de la dirección del campo) sobre la superficie de blanco, una línea cerrada sobre sí misma (en forma circular) sobre el componente perpendicular del campo magnético, es cero. Sobre esta línea cero se dispone el blanco, por ejemplo, constituido catódicamente, que corresponde a la dirección de la corriente técnica a partir de las radiaciones de plasma hacia el blanco, que sufren una aceleración tangencial más bien elevada, que, en la misma línea del componente paralelo del campo magnético exhibe un máximo. La elevada velocidad de circulación obtenida de esa manera, de las radiaciones, impide una "consunción rápida", pero al mismo tiempo fuerza un uso malo del blanco, ya que sustancialmente se forma un anillo circular menor del blanco. A fin de mejorar esto, se provee adicionalmente una bobina solenoide que se extiende en la región superior del blanco y del borne polar, con el radio de la línea cero resultante de la bobina dispuesta a través del borne polar, pudiendo disponerse radialmente. El problema técnico resultante de ello, sin embargo, es comparativamente grande, ya que para ambas bobinas se provee una unidad de control de corriente/tensión independiente; con lo que debe haber por lo menos una señal de corriente/tensión variable con el tiempo a fin de permitir la dilatación/contracción periódicas de la línea cero sobre el blanco. En efecto, a pesar del problema elevado en una fuente de arco dirigida de esa manera, se obtiene en una zona relativamente grande en el medio del blanco poco o casi nada de la fuente de arco. Un objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes indeseables del estado de la técnica . Especialmente es un objetivo obtener una fuente de arco al vacío y un procedimiento para operar una descarga de arco que, por ejemplo, permita tener fuentes y procedimientos de manejo valiosos, realmente mejorados en comparación con las fuentes actuales o en comparación con los procedimientos actuales, con mayor calidad de revestimiento. En especial, son de señalar los siguientes puntos a los que se refiere la presente: mejoramiento del uso del blanco; alargamiento del tiempo de permanencia del blanco, elevación de los procesos de revestimiento obtenibles por blanco, reducción de los tiempos de proceso; reducción de la aspereza superficial de los revestimientos obtenidos. Para solucionar los problemas, de acuerdo con la invención, se provee una fuente de arco al vacío de acuerdo con la reivindicación 1, una instalación de vacío de acuerdo con la reivindicación 17, así como un paso de acuerdo con el procedimiento de la reivindicación 21. Sorprendentemente se ha encontrado que, en la instalación de un campo magnético en la superficie de un blanco, cuyo componente perpendicular B en una porción grande de la superficie se extiende sustancialmente constante cercana a cero o en cero; es posible un curso de radiaciones en . el cual las radiaciones se dirijan rápidamente y de manera uniforme, sobre la totalidad, o por lo menos sobre una porción grande de la superficie de blanco. De esa manera, por una parte, la zona de radiaciones individuales por unidad de tiempo que se funden en la superficie de blanco, es pequeña; y el tamaño y la cantidad de las macropartículas emitidas desde el baño fundido se reducen. Por otra parte, con ello se puede obtener un resultado mejorado, que con unas radiaciones dirigidas sobre una zona comparativamente pequeña del blanco. Ventajosamente, el componente de campo magnético Bx tiene un valor menor que 30 gauss, de preferencia menor que 20 gauss, más preferible, menor que 10 gauss. En la zona de borde de la superficie de blanco, los valores BxR incrementan el componente de campo magnético perpendicular frente a los valores Bx en la zona media de la superficie de blanco, y caen y/o adquieren valores diferentes. La mayor parte de la superficie, es decir, la zona en la que el componente perpendicular Bx se extiende sustancialmente constante, cercano a cero o en cero, se extienden ventajosamente desde una zona media de la superficie del blanco hasta una zona de borde, y comprende por lo menos el 50 por ciento, de preferencia por lo menos el 60 por ciento de la medida o las medidas estimadas geométricamente. En el caso de un blanco, por ejemplo, rectangular, el 50 por ciento o el 60 por ciento de los lados a, b, y así, en caso de un blanco circular, por lo menos el 50 por ciento o el 60 por ciento del radio está implicado. En la zona del borde de la superficie de blanco, los valores BJ-r del componente de campo magnético perpendicular aumenta frente a ios valores B_L en la zona media de la superficie de blanco, cayendo y/o variando en descenso. El valor del componente de campo magnético paralelo B j puede de esa manera, en asimismo aumentar sustancialmente desde cero, en dirección del borde de la superficie de blanco; de preferencia simétricamente frente al incremento en la mitad del blanco. Por ejemplo, en los blancos circulares del borde hasta en las cercanías de la zona central, se dispone un campo magnético con un componente B¡ dispuesto aproximadamente lineal, de manera que la fuerza de acción mantenga las radiaciones tangenciales en el sentido de las manecillas del reloj o contrarias a ellas, contra el borde del blanco, donde las radiaciones pueden llegara sobre el radio con una velocidad angular aproximadamente constante.

Dicho campo magnético puede estar formado con una fuente de vacío que tiene un dispositivo generador de campo magnético que comprende por lo menos dos sistemas de polaridad opuesta. Las siguientes modalidades describen, a manera deejemplo, diferentes fuentes de arco al vacío con las cuales se puede disponer dicho campo magnético sobre la superficie de blanco. Como el primero de los al menos dos sistemas de imanes de polaridad opuesta, por ejemplo, se puede proveer una primera bobina electromagnética dispuesta detrás del blanco, que a su vez, puede estar formada por varias bobinas. Ventajosamente, las medidas internas de la primera bobina se disponen sustanciaimente con una separación de máximo mas/menos 30 por ciento, de preferencia más/menos 20 por ciento, con la proyección de las medidas externas de la superficie del blanco. De esa manera, con la disposición de un voltaje de la bobina en sentido transversal de corriente, se obtiene un campo magnético que se extiende sustanciaimente perpendicular a la superficie del blanco. El componente paralelo pequeño del campo magnético, en una gran parte de la superficie, en comparación con el componente perpendicular, en la zona media de la superficie es cero y aumenta en dirección al borde. El uso de una primera bobina mayor es posible, pero poco práctico, con el uso de diámetros menores la separación paralela es demasiado grande, o bien se llega a un ángulo indeseable de la dirección del campo. Dichos campos se pueden obtener con bobinas solenoides y también libres de fuente, sin bornes polares indeseables ni núcleos magnéticos. Según la distancia a la superficie del blanco o el diámetro de la bobina, se hace mayor o menor la porción de los componentes paralelos del campo magnético. Otra posibilidad para la modalidad del primer sistema magnético puede consistir de uno o más imanes permanentes dispuestos detrás del blanco o detrás de una placa de enfriamiento sujeta al lado posterior del blanco. Los campos magnéticos obtenidos así en la superficie de blanco deben corresponder casi a un campo de una bobina solenoide dirigida hacia arriba, aunque deben ser relativamente pequeños. Así pues, los imanes permanentes más bien exhiben por sí mismos una fuerza de campo débil o deben estar dispuestos correspondientemente retirados del blanco. Es de señalar además que incluso con el uso de una bobina como se describe arriba, no se obtiene una desviación del sistema magnético primero de la dirección de campo sobre la superficie de blanco. Un dispositivo de acuerdo con el estado conocido de la técnica, con polaridades que se alternan, por ejemplo, entre la región media y la de borde, también se debe evitar. Una posibilidad fácil consiste aquí, por ejemplo, en el uso de los llamados imanes de piastoferrita, pequeños, que según la fuerza de campo que se vaya a instalar, pueden usarse en forma de uno o más discos o polígonos, posiblemente de igual forma, dispuestos en el lado posterior del blanco, de manera análoga a lo anterior, hasta una zona de más/menos 30 por ciento, de preferencia más/menos 20 por ciento de las dimensiones externas de la superficie del blanco. Como un segundo sistema magnético, ventajosamente se provee por lo menos una bobina dispuesta ampliamente en el primer sistema magnético o coaxial a él. Esta puede estar dispuesta por ejemplo, en el primer sistema magnético o en el blanco, lateralmente, o bien, de preferencia, detrás del primer sistema magnético o del blanco. También para una segunda bobina dispuesta detrás del primer sistema magnético, se provee ventajosamente un diámetro mayor que el del primer sistema magnético o de la primera bobina. Del mismo modo resulta adecuado un número mayor de devanados, ya que con ello el campo magnético perpendicular es más ligero en unión con la fuerza del primer sistema magnético para que llegue sobre la superficie sustancialmente a cero. En un número similar de devanados, esta fuerza debe alimentarse con un flujo de corriente sustancialmente mayor por lo que puede producirse una sobrecarga térmica de la segunda bobina. Adicionalmente, con una segunda bobina reforzada de esta manera, contrariamente a la fuerza del primer sistema magnético, el segundo sistema magnético produce un campo magnético reforzado en la cámara de vacío, que permite un haz de plasma de arco ya difuso se cambia a una corriente de plasma denominada también chorro de plasma. De esta manera, se comportan los componentes opuestamente paralelos de los dos sistemas magnéticos, dependiendo de la distancia desde el blanco, parcial o totalmente lo que consigue el conjunto o paquete, mientras que el campo perpendicular más fuerte, del segundo sistema magnético, sólo se anula en la zona superficial inmediata del blanco del primer sistema magnético asociado. Esto es ventajoso, ya que con ello se puede obtener una corriente de partículas más directa hacia la pieza de trabajo que se está tratando, lo que, por ejemplo, puede permitir un régimen de corrosión más elevado o una deposición más rápida de capa y de esa manera, un acortamiento valioso del tiempo de proceso, o un tiempo de permanencia completamente mayor del blanco. La disposición del primer sistema magnético así como la del segundo sistema magnético detrás del blanco tiene adicionalmente la ventaja de que ambos sistemas magnéticos pueden montarse con fácil acceso desde el exterior y no se imponen altas temperaturas ni un eventual revestimiento en la cámara de tratamiento. Un ejemplo comparable también se puede obtener con una bobina dispuesta a una distancia del blanco. Como el primer sistema magnético, utilizó eventualmente una bobina, la segunda bobina puede estar formada de manera similar o igual. En una disposición simétrica como la señalada, más o menos frente al plano del blanco, también debe la bobina para la producción de un chorro de plasma no debe ser forzosamente mayor que el de la primera bobina; donde ambas bobinas, por la geometría similar, también pueden operar con una fuente de corriente/tensión común. La disposición fina del campo magnético, puede obtenerse de esa manera, en forma fácil, mediante una resistencia regulable o una distancia controlable de por lo menos una bobina. Ya que en este caso el segundo sistema magnético está expuesto a la corriente de partículas de la fuente de arco, se proveen medidas de protección adicionales, tales como un sistema de enfriamiento un manto de protección adicional u otras medidas conocidas, a fin de obtener una operación duradera. Tanto para el primer sistema magnético como también para el segundo, se utiliza por lo menos una bobina para cada uno; tal como se desprende de las modalidades expuestas arriba, que disponen respectivamente la fuente de tensión o las fuentes de tensión de modo que las corrientes de bobina, en cada caso, circulen en las direcciones deseadas, es decir, sustancialmente en dirección de las manecillas del reloj o en contra de ellas. Tal como se describió arriba, los dispositivos productores de campo magnético son apropiados para funcionar con fuentes de arco planas con operación catódica así como con operación anódica, y se pueden disponer mediante el uso de por lo menos una bobina, por ejemplo, mediante la variación de la corriente de bobina, pero también mediante variación de la distancia de por lo menos un sistema magnético con respecto a la superficie de blanco, sobre diferentes materiales de blanco y/o diferentes espesores de blanco. La geometría del blanco se puede adecuar a las respectivas necesidades y a los correspondientes dispositivos productores de campo magnético, por ejemplo, pueden adecuarse tanto para fuentes redondas como también fuentes cuadrangulares o poligonales de acuerdo con la invención. Un cambio de la corriente o las corrientes de bobina durante un proceso de corrosión o de deposición no es necesario, aun cuando en principio es posible. La chispa o las radiaciones llegan nuevamente en una muestra de deposición parecida a lo que se conoce como fuentes "de arco aleatorio", sobre la superficie de blanco; sin embargo, mediante el campo magnético de la fuente de arco conducida de acuerdo con la invención se lleva o se maneja de tal manera que las radiaciones se dividen finamente y se reduce sustancialmente la frecuencia de salpicadura. Sorprendentemente, de esa manera también se puede mantener la zona media del blanco, donde tanto el componente de campo magnético perpendicular como el paralelo son pequeños o nulos, sin ningún atascamiento de las radiaciones. Mediante el efecto direccional obtenible con una fuente de arco de acuerdo con la invención, la corriente de plasma obtenida es controlada ventajosamente por medio de un campo magnético dispuesto adicionalmente en la cámara de la instalación de tratamiento al vacío. Por ejemplo, se dispone una o más fuentes de arco, en dirección del eje de una instalación de tratamiento al vacío y, al mismo tiempo, se provee por lo menos una bobina electromagnética dispuesta concéntricamente con el eje de la instalación, de modo que se desvíe por ella la corriente de plasma producida por la fuente de arco. Si la al menos una bobina adicional se dispone en una fuente de corriente variable temporal con una unidad controladora, se puede dirigir la corriente de plasma de manera variable sobre zonas diferentes en la cámara. Por ejemplo, la corriente de plasma para procesos de mordentado en las piezas de trabajo o para procesos de revestimiento, puede ser conducida de preferencia periódicamente sobre las piezas de trabajo. De esa manera, hay tantas fuentes en una disposición simétrica alrededor de un eje de la instalación como se considere ventajoso, para seleccionar una de dichas instalaciones de bobina con la cual se pueda obtener un campo simétrico posible, paralelo al eje en la cámara. Esto es posible, por ejemplo, mediante una instalación con al menos otras dos bobinas electromagnéticas, donde las bobinas adicionales de preferencia están dispuestas arriba así como debajo de las zonas limitadas lateralmente, correspondientes de la instalación, concéntricamente respecto al eje de la instalación. Las bobinas, de esa manera, pueden comprender un diámetro diferente o un diámetro sustancialmente igual que corresponda a la instalación de bobina de resonancia. Se describe la invención ahora ilustrativamente por medio de figuras esquemáticas. . La figura 1 es una fuente de arco con dos sistemas magnéticos. La figura 2 es muestra un curso de radiaciones sobre una superficie de blanco.

La figura 3 muestra un curso de los componentes de campo magnético de acuerdo con el estado de la técnica. La figura 4 representa vectores magnéticos para la figura 3. La figura 5 muestra el curso de los componentes de campo magnético de una fuente de arco de acuerdo con la invención. La figura 6 muestra vectores de campo magnético para la figura 5. La figura 7 es una fuente de arco que contiene una bobina La figura 8 es una fuente de arco con la bobina antes del blanco. La figura 9 es un corte a través de una instalación de revestimiento. La figura 10 es una sección transversal de una instalación de revestimiento con seis fuentes. La figura 11 es el curso de B_L para operación óptima. La figura 12 es el curso de B¡ para operación óptima. La figura 13 es el curso de B_L para radiaciones en el medio.

La figura 14 es el curso de Bj para radiaciones medio.

La figura 15 es el curso de BJ_ para radiaciones en la orilla.

La figura 16 es el curso de B¡ para radiaciones en la orilla.

La figura 1 muestra una fuente de arco 2 de acuerdo con Ja invención, construida en la cámara de una instalación de tratamiento al vacío 1, provista con suministro de gas 4 y diversas unidades de suministro de corriente y de bombeo, no mostradas con mayor detalle, y dicha fuente de arco trabaja sobre una pieza de trabajo 3. En la modalidad ilustrada, ambos sistemas magnéticos 9 y 10 están señalados en forma de bobinas electromagnéticas y están dispuestas detrás del blanco 6, en una conexión con la placa 8 portadora de blanco que aisla de la atmósfera la unidad 7 de fuente. La primera bobina dispuesta en el primer sistema magnético 9 se encuentra directamente detrás del blanco 6, o sea, detrás de una placa 8 portadora de blanco, enfriada por agua de manera conocida. La segunda bobina dispuesta en el segundo sistema magnético 10, está de igualmente dispuesta detrás del blanco 6; sin embargo, tiene un diámetro interno así como un diámetro externo mayores que la primera bobina 9. La distancia entre la primera bobina y la segunda bobina 10, de esa manera, será de entre 0 y 200 mm, en algunos ejemplos de modalidades, será de 67 mm. Ambas bobinas se encuentra fuera de la cámara; de esa manera, son fácilmente accesibles y pueden, aunque no necesariamente, ser enfriadas de manera fácil. Para alimentar las bobinas, en este caso, están provistos dos alimentadores de corriente independientes 11, 12 que entregan corriente continua para el respectivo proceso o para el respectivo blanco.

Como blancos, por ejemplo, pueden disponerse rodajas con un diámetro de 160 mm y con un grosor de 6 mm, de diferentes materiales, tales como, por ejemplo, Ti o TiAI. Como lo saben los expertos en la materia, son posibles mayores o menores grosores de blanco, así como otras formas. La geometría de las bobinas, así como una instalación ejemplar de corrientes de bobina, pueden verse en la tabla 1. A fin de obtener el efecto deseado, ambas bobinas están conectadas de tal manera con los dispositivos de red, que las corrientes que circulan a través de ambas bobinas son de sentido eléctricamente opuesto.

TABLA 1 *Resistencia medida en estado frío. Los parámetros de operación preferidos y los valores límite para la operación de una fuente de arco correspondiente se han compendiado en la tabla 2 (diámetro de blanco, aproximadamente 160 mm; d = 6-12 mm; material del blanco: Ti o TiAI).

TABLA 2 En la tabla 3 se dan adicionalmente dos tipos de operación ejemplares para la separación de TiN o de TiAIN, donde se dispone en el substrato un llamado voltaje de desviación.

TABLA 3 Se llevó a cabo la investigación en una instalación de revestimiento RCS de la firma Balzers, con sección octogonal y aproximadamente 1000 I de volumen de revestimiento. El diámetro de la cámara de revestimiento era de 1070 mm, y la altura de 830 mm. La figura 2 muestra esquemáticamente en el ejemplo un blanco 6 circular, que se somete a una fuerza activa de radiación de un campo magnético radialmente simétrico, dispuesto en la superficie de blanco. Las radiaciones están consideradas allí como cargas puntuales variables Qarc- En general, una partícula cargada, movida en el campo magnético, es desviada por la fuerza F = Q (v x B). Así, F es la fuerza que actúa sobre una carga Q movida en el campo magnético; v es la velocidad de la carga Q movida rectangular a las líneas del campo; y B es la inducción magnética del campo. Se desvía el flujo de corriente larc dirigido sustancialmente de manera perpendicular sobre la superficie de blanco, de una radiación bajo descontrol del flujo de entrada bajo, contra el campo magnético desviado, por medio del campo electromagnético del cátodo de blanco; de modo que se desvíen las partículas cargadas por medio de una fuerza F)( paralela a la superficie y, de esa manera, perpendicular al flujo de corriente larc, de un campo magnético radialmente simétrico B | ¡ , una aceleración del desplazamiento de la radiación en ángulo recto respecto a la línea de campo, es decir, cada uno siguiendo la dirección del campo en el sentido de las manecillas del reloj, o en sentido contrario a ellas. En cambio, un componente de campo magnético BJ__ o Bx+ dirigido perpendicular a la superficie de blanco, del campo magnético exterior, no provoca ninguna desviación del portador de carga dirigido perpend icularmente, del flujo de corriente larc. ya que el producto en cruz de los vectores v x B es cero aquí. Debido a esto, las radiaciones, una vez que llegan por la desviación, sobre la superficie de blanco, llevan una desviación como la que, por ejemplo, se ilustra en el dibujo, contraria al sentido de las manecillas del reloj y, de esa manera, también contiene un componente de velocidad paralelo a la superficie de blanco, fuerzan todavía a ambos por medio de las fuerzas FJL. y FJ.+ resultantes de los componentes de campo magnético perpendiculares Bx. y B- . Por medio de B-L. las radiaciones son desviadas sobre la parte media del blanco, tal como se ilustra; contrariamente, BJ.+ da a las radiaciones un componente de velocidad que las mueve hacia el borde del blanco. Este efecto puede ser usado, como se desea en la apreciación del estado de la técnica, por medio de una disposición de dos bobinas, con una conducción cambiante de la corriente temporalmente, a in de impartir a las radiaciones una línea cero radialmente seleccionable del componente de campo magnético perpendicular Bx para conducirlo sobre la superficie del blanco. Como ejemplo para un campo magnético constituido por imanes permanentes, conocido, la figura 3 señala sus componentes paralelos, así como sus componentes perpendiculares, sobre la superficie del blanco. En esta disposición magnética, están dispuestos en el lado trasero del blanco, en la zona del borde, ¡manes circulares con idénticas polaridades, de los cuales uno o más imanes de diferente polaridad se disponen opuestamente en el centro del blanco. Al comparar con las disposiciones magnéticas para los magnetrones de revestimiento, los imanes dispuestos aquí similarmente exhiben una fuerza de campo sustancialmente menor a fin de obtener el efecto de conducción deseado. La figura 4 muestra la representación vectorial que corresponde a la figura 3 de la radiación larc perpendicular desde el plasma sobre la superficie encendida, desviada circularmente por medio del campo magnético paralelo en las posiciones 1-7 de la fuerza que actúa sobre la superficie de blanco. De esa manera, j ( obliga a la fuerza que actúa tangencialmente Fj], B una fuerza normal que actúa así radialmente FJ. en el plano del blanco. En la realización práctica se señala que el curso de la radiación se extiende a una distancia radial de 4 a 6 cm desde la porción media del blanco y desde allí se contrae periódicamente en la porción media del blanco. Este curso de la radiación le permite que en una distancia radial de 5 cm, el campo magnético perpendicular sea cero; y el campo paralelo, el máximo. Mediante el campo paralelo, la radiación sigue un movimiento en dirección tangencial, como se muestra en la figura 2. En la medida en que el campo perpendicular cambia en una distancia radial de entre 4 y 6 cm, sustancialmente desde cero, la radiación varía desde la porción media del blanco hasta el borde del blanco, y se desvía sustancialmente en la zona del anillo circular deseado. En la porción media del blanco, como se ilustra en la figura 3, el componente paralelo del campo magnético alcanza, sin embargo, en la línea de cero entre el componente perpendicular, un desarrollo máximo. Una vez fuera del alcance del campo magnético paralelo fuerte de forma anular, la radiación que llega en dirección de la porción media del blanco lleva allí nada o por lo menos no más que una ligera desviación, ya que las radiaciones que llegan perpendiculares a través de la fuerza débil F|¡ no tendrá ninguna desviación, por lo que la fuerza fuerte FJ. no tiene ninguna acción. Por ello, la radiación alarga en la zona central su movimiento sobre la superficie del blanco y calienta este sitio tanto que se evapora el material de blanco a la manera de una explosión, por lo que la radiación cesa. Esto produce también una emisión incrementada de partículas neutras (aspersión) y una erosión incrementada del blanco en la región media del blanco. Este curso de la radiación se presenta en la práctica también como innecesario, ya que solamente una porción comparativamente pequeña de la superficie del blanco es tratada, que sirve para la formación de perfiles de erosión y, esto significa cambios de blanco más prontos, que conducen a mantener la estabilidad mecánica del blanco. Con ello solamente una porción del material de blanco puede evaporarse antes que finalice el término de vida del blanco. En la figura 5 se ilustra el curso o trayectoria de los componentes perpendicular B-L y paralelo E3 ( j de un campo magnético de acuerdo con la invención, como se obtiene, por ejemplo, por medio de una fuente de arco descrita en la figura 1 sobre la superficie del blanco, o directamente antes de ella, mediante la sobreposición de los dos campos de bobina. De esa manera, las corrientes de bobina mantienen las constantes correspondientes de la tabla 1 a 1.5 A para la primera bobina 9, o 5 A para la segunda bobina 10 (1) y (2), mejores que los valores tomados de la figura 1. El campo magnético obtenido de esa manera está indicado mediante un curso del componente perpendicular, que como se desprende de la figura 3, es constante sobre una zona amplia y tiene valores claramente pequeños. Así, el componente perpendicular B¿ varía aquí entre '5 y -5 gauss, contrariamente al componente perpendicular en la figura 3, que está entre +80 y -120 gauss, con un mínimo obtenido en la zona central. También el componente paralelo ilustrado en la figura 5 B es generalmente más débil que el de la figura 3. De un valor de alrededor de 20 gauss ¡nicialmente desarrollado en el borde del blanco, B|| presenta un gradiente de casi 4 gauss/cm, casi lineal hasta en las cercanías del punto de vuelta (que corresponde a un mínimo en representación de coordenadas polares). Primeramente en su desarrollo inmediato, la curva se aplana. La formación de una o más líneas de cero para B_u, conjuntamente con los valores máximos de B ¡ t , es permitida por medio de una primera bobina, cuyo diámetro interno corresponde a la proyección del blanco, donde la radiación no se proyecta en una dirección preferida y se permite la formación de perfiles de nivelación, tales como las pistas de circulación. Se pueden formar campos magnéticos similares también de manera conocida por medio de imanes permanentes. La figura 6 muestra, de manera análoga a la figura 4, una representación vectorial de una fuente de arco de acuerdo con la invención, como la descrita en la figura 1, en las posiciones 1-7 de la superficie de blanco, para una fuerza que acciona las radiaciones. Esto también se puede aclarar ya que un sistema magnético construido y operado de acuerdo con la invención impide de manera eficaz que la radiación se contraiga de manera perjudicial para la porción media del blanco. Por medio del componente de fuerza paralelo F|| que se dirige continuamente de manera sustancial hacia fuera, la radiación alcanza una velocidad angular relativa constante en la totalidad de la zona radial del blanco, y la radiación se mueve más rápido conforme se aleja adicionalmente de la región media del blanco. Al mismo tiempo, el componente FJ. de fuerza centrípeta que actúa en la región media es menor que en la figura 4. En la operación de una fuente de arco como la señalada, se puede observar que la corriente de arco se ramifica en varias radiaciones pequeñas, que cubren toda la zona del blanco. Adicionalmente, el campo, magnético formado por la sobreposición de ambos campos de bobina, constituye un campo a distancia que fuerza a la reunión del plasma a un chorro de plasma, que a su vez puede ser desviado por medio de bobinas adicionales. Ya que a una duración similar del blanco la nivelación es por lo menos tan grande como en la fuente de arco actual, la corriente iónica en dirección de la pieza de trabajo 3, alcanza una tasa de revestimiento más alta. Esta reunión puede corresponder a las exigencias de una circulación mayor, por ejemplo, mediante la formación de corrientes de bobina en las cuales se puede efectuar la comparación especialmente geométrica como, por ejemplo, el grosor de revestimiento deseado, la distancia del blanco de substrato, etc. La figura 7 y la figura 8 muestran dos modalidades adicionales de una fuente de arco de acuerdo con la invención, donde, en la figura 7, el segundo sistema magnético 10 comprende el primer sistema magnético 9, mientras que en la figura 8 el segundo sistema magnético 10 está dispuesto antes del blanco 6. En una fuente de arco como la mostrada en la figura 8, el segundo sistema magnético también puede tener medidas similares a las del primer sistema, especialmente cuando el primero y el segundo sistemas están dispuestos virtualmente en forma simétrica frente al blanco y el diámetro interior es por lo menos igual o mayor que las dimensiones externas del blanco. La figura 9 muestra un dispositivo de tratamiento al vacío 1 con la fuente de arco 2, que actúa lateralmente sobre una o más piezas de trabajo 3 que se mueven alrededor del eje 13 del dispositivo. Para desviación vertical de la corriente de plasma, están provistas otras bobinas 14 en disposición de resonancia. La figura 10 muestra una instalación de revestimiento 1 con seis fuentes de arco 2, en sección transversal, en la que todas las fuentes 2 están dispuestas sustancialmente a ángulo recto en dirección del eje 13 de la instalación. La figura 11 hasta la figura 16 muestran la trayectoria de los componentes BJ. O B J ( del campo magnético, obtenida por diferentes disposiciones de las corrientes de bobina, sobre la superficie del blanco. Las fuentes de arco, de esa manera, corresponden a los parámetros de operación descritos en la figura 1, para permitir zonas de operación y límites óptimos. De igual manera, las figuras 11 y 12 muestran diferentes curvas BJ. o BM que corresponden a respectivas instalaciones de bobinas, del campo magnético, en las que se puede obtener una trayectoria de radiación finamente dividida, deseada. Es de observar aquí que los valores de BJ. o Bu pueden estar en una configuración geométricamente opuesta, no independientes entre sí, por lo que corresponde a una división de BJ. en la figura 11, o bien sólo una división de B|| igualmente representada en la figura 12. Las figuras 13 y 14 muestran un caso límite, en el cual el arco no está dividido tan finamente; pero no obstante se puede reconocer a simple vista una contracción periódica en la región media. La división de B tiende entonces claramente de nuevo a valores negativos, lo que lleva a una trayectoria mayor de radiación y a una contracción más fuerte en la zona media. Las figuras 15 y 16 muestran otro caso límite. También aquí la muestra de radiación ahora suficientemente dividida, sin embargo son de notar primeros indicios de que el campo magnético obtenido aquí, presenta desviaciones periódicas de la radiación en la zona del borde del blanco. En caso de que la división de BJL no cambie claramente de nuevo a valores positivos, se tendrá una trayectoria más grande de radiación en el borde del blanco. Se puede constatar adicionalmente que la división de Bx que se encuentra a ambos lados de la línea cero, permite obtener diferencias mayores de la fuerza del campo magnético, es decir, una división de BJL no proporcional sobre la superficie del blanco, en una trayectoria de radiación de igual permanencia y dividida proporcionalmente, cuando la división de B_L queda completamente sobre o debajo de la línea cero.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. - Fuente de arco al vacío que contiene un blanco con una superficie para la operación de una descarga de arco, donde el blanco está dispuesto en la zona de influencia de un dispositivo generador de campo magnético, caracterizada porque el dispositivo generador de campo magnético consiste de por lo menos dos sistemas magnéticos de polaridad opuesta y está formado de tal manera que el componente Bx del campo magnético perpendicular a la superficie, en una porción grande de la superficie comprende un valor sustancialmente constante menor que 30 gauss, o es cero.

2. - Fuente de arco de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque el valor del componente perpendicular B-L del campo magnético es menor que 20 gauss, de preferencia menor que 10 gauss.

3. Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la porción grande de la superficie se extiende desde una zona media de la superficie de blanco hasta una zona del borde; y porque la porción grande comprende de preferencia el 60 por ciento o más de la dimensión calculada geométricamente de la superficie de blanco.

4. - Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque en la zona de borde de la superficie de blanco el valor B_Lr del componente de campo magnético perpendicular, se mantiene frente al valor BJ.R en la zona media de la superficie de blanco, cae y/o cambia de signo.

5. - Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque el valor del componente G¡\ paralelo del campo magnético en la porción media es sustancialmente cero, y en dirección del borde de la superficie de blanco aumenta o disminuye, de preferencia simétricamente con relación a la porción media del blanco, especialmente de preferencia en incrementos sustancialmente lineales.

6. - Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque el primero de los al menos dos sistemas magnéticos de polaridad opuesta comprende por lo menos una primera bobina electromagnética dispuesta detrás del blanco.

7. - Fuente de arco de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada además porque las dimensiones internas de la primera bobina corresponde a una divergencia de a lo sumo más/menos 30 por ciento, de preferencia más/menos 20 por ciento, con la proyección de las dimensiones externas de la superficie.

8. - Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada además porque el primero de los al menos dos sistemas magnéticos de polaridad opuesta consisten de uno o más imanes permanentes dispuestos detrás del blanco.

9. - Fuente de arco de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada además porque el imán permanente o los imanes permanente exhiben por sí mismos una fuerza de campo pequeña o bien tienen una separación tal del blanco que la fuerza de campo es pequeña en la superficie del blanco.

10. - Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque el segundo de os al menos dos sistemas magnéticos de polaridad opuesta comprende por lo menos una segunda bobina dispuesta coaxial con respecto al primer sistema magnético.

11. - Fuente de arco de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada además porque la segunda bobina está dispuesta detrás del primer sistema magnético.

12. - Fuente de arco de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque la segunda bobina está dispuesta a una distancia antes del blanco.

13. - Fuente de arco de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque la segunda bobina es por lo menos parcialmente coaxial con el primer sistema magnético. 14.- Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizada además porque la segunda bobina comprende un número mayor de devanados y/o un diámetro mayor que la primera bobina. 15.- Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque el blanco está conectado como cátodo. 16.- Fuente de arco de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada además porque el blanco está conectado como ánodo. 17.- Instalación de vacío, en la cual está dispuesta por lo menos una fuente de arco de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16. 18. - Instalación de conformidad con la reivindicación 17, caracterizada además porque la al menos una fuente de arco actúa en dirección al eje de la instalación, y comprende por lo menos otra bobina electromagnética dispuesta concéntricamente con respecto al eje de la instalación, a fin de desviar la descarga de plasma obtenida. 19. - Instalación de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada además porque la al menos otra bobina está conectada por lo menos en una fuente de corriente temporalmente cambiante con una unidad de control, a fin de desviar de manera variable la dirección de la descarga de plasma obtenida mediante al menos una fuente de arco. 20.- Instalación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 18 a 19, caracterizada además porque están dispuestas al menos otras dos bobinas electromagnéticas, de preferencia en zonas superior e inferior, o en zonas correspondientemente limitadas lateralmente de la instalación, de manera concéntrica respecto al eje de la instalación, las cuales tienen un diámetro diferente o igual, o bien corresponden sustanciaimente a una instalación de bobinas de resonancia. 21.- Procedimiento para operar una descarga de arco a la superficie de blanco de una fuente de arco, con ayuda de un aparato productor de campo magnético, caracterizado porque el aparato productor de campo magnético produce un campo magnético sobre la superficie, cuyo componente perpendicular Bx llega a una porción grande de la superficie de manera sustanciaimente constante a cerca de cero o en cero. 22.- Procedimiento de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado además porque el valor Bx del componente perpendicular del campo magnético es menor que 30 gauss, de preferencia menor que 20 gauss, muy preferible, menor que 10 gauss. 23.- Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 22, caracterizado además porque el campo magnético está dispuesto de tal manera que en la porción mayor de la superficie se extiende con un componente perpendicular B_L que discurre sustanciaimente de manera constante a un valor cercano a cero o a cero, desde una zona media de la superficie de blanco hasta una zona de borde; y lo hace de tal manera que la zona media comprende por lo menos el 50 por ciento, de preferencia el 60 por ciento o más, de las dimensiones calculadas geométricamente de la superficie del blanco. 24.- Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 23, caracterizado además porque en la zona de borde de la superficie del blanco, el valor BJ.r del componente perpendicular del campo magnético, aumenta frente al valor BxM en la zona media de la superficie del blanco, desciende y/o cambia de signo. 25. - Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, caracterizado además porque el valor del componente paralelo Bu del campo magnético es sustancialmente cero en la porción media, y aumenta en dirección del borde de la superficie del blanco, de preferencia aumenta simétricamente frente a la porción media del blanco, de manera que la fuerza que actúa sobre la radiación tangenciaimente en dirección de las agujas del reloj o contraria a ella, aumenta hacia el borde del blanco. 26. - Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 24, caracterizado además porque se dispone adicionalmente un campo magnético lejano, dirigido sustancialmente perpendicular a la superficie, en una zona anterior al blanco. 27. - Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 26, caracterizado además porque la fuerza del campo magnético se selecciona en correspondencia con el material del blanco y/o el espesor del blanco. 28. - Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 27, caracterizado además porque el dispositivo productor de campo magnético comprende por lo menos una bobina dispuesta detrás del blanco y para establecer el campo magnético se conecta una fuente de tensión a la al menos una bobina; de tal manera que se dirija una corriente en una primera dirección. 29. - Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 21 a 27, caracterizado además porque el dispositivo productor de campo magnético comprende un sistema magnético constituido por uno o varios imanes permanentes, dispuesto detrás del blanco. 30. - Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 28 a 29, caracterizado además porque por lo menos una segunda bobina está dispuesta detrás del blanco, antes del blanco o rodeando el blanco, y para establecer el campo magnético se alimenta una tensión a la segunda bobina de tal manera que se produzca un segundo campo magnético dirigido opuestamente respecto al campo magnético producido por el primer sistema magnético. 31. - Procedimiento para revestir una pieza de trabajo, especialmente un objeto de trabajo y/o una pieza de construcción, caracterizado porque utiliza uno de los procedimientos de acuerdo con las reivindicaciones 20 a 29. 32.- Procedimiento para revestir una pieza de trabajo, especialmente un objeto de trabajo y/o una pieza de construcción, caracterizado porque utiliza una fuente de arco de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 16.