SK500322019A3 - Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa a spôsob jeho činnosti - Google Patents

Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa a spôsob jeho činnosti Download PDF

Info

Publication number
SK500322019A3
SK500322019A3 SK500322019A SK500322019A SK500322019A3 SK 500322019 A3 SK500322019 A3 SK 500322019A3 SK 500322019 A SK500322019 A SK 500322019A SK 500322019 A SK500322019 A SK 500322019A SK 500322019 A3 SK500322019 A3 SK 500322019A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
target
magnetic field
coil
arc
cathode
Prior art date
Application number
SK500322019A
Other languages
English (en)
Inventor
Ivan Morgoš
Vladimír Ballo
Vitalii Izai
Original Assignee
STATON, s. r. o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STATON, s. r. o. filed Critical STATON, s. r. o.
Priority to SK500322019A priority Critical patent/SK500322019A3/sk
Priority to PCT/SK2019/050007 priority patent/WO2021006821A1/en
Priority to EP19937103.0A priority patent/EP3997965A4/en
Publication of SK500322019A3 publication Critical patent/SK500322019A3/sk

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055—Arc discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325—Electric arc evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32623—Mechanical discharge control means
    • H01J37/32651—Shields, e.g. dark space shields, Faraday shields
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/48—Generating plasma using an arc
    • H05H1/50—Generating plasma using an arc and using applied magnetic fields, e.g. for focusing or rotating the arc

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Predložený vynález sa týka zdroja plazmy využívajúceho katódový vákuový oblúk a spôsobu jeho činnosti, ktorý zahŕňa terč so zvýšeným okrajom na účely lepšej stabilizácie katódovej škvrny v okrajovej zóne, vodou chladenú platňu, ktorá zároveň slúži ako držiak terča, elektrostatickú clonu oddelenú od terča a steny vákuovej komory prostredníctvom izolátorov s cieľom zabrániť horeniu oblúka na bočnom povrchu terča a platne, odporový prvok upevnený medzi terč a elektrostatickú clonu na spustenie vákuového oblúkového výboja, systém elektromagnetov zahŕňajúci dve cievky: divergentnú cievku umiestnenú mimo vákuovej komory na koaxiálnej priechodke za terčom a konvergentnú cievku umiestnenú pred čelnou plochou terča mimo vákuovej komory, koaxiálnu chladiacu priechodku, ktorá slúži aj ako feromagnetické jadro elektromagnetu vytvárajúceho vnútorné pole, dodatočnú uzemnenú anódu na posilnenie stability oblúkového výboja pri nízkych tlakoch, vodou chladenú vákuovú komoru obklopujúcu terč upevnený na vodou chladenej platni, elektrostatickú clonu s odporovým oblúkovým spúšťačom a dodatočnú anódu.

Description

S K 50032-2019 Α3
Oblasť techniky
Predložený vynález sa týka zdroja plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk a spôsob jeho prevádzkovania, pričom zdroj umožňuje ovládanie oblúkového výboja pre plazmovú úpravu povrchov.
Tento vynález sa týka zdrojov plazmy využívajúcich vákuový oblúk na účely vákuovo-plazmového opracovania povrchov, ako aj na účely nanášania ochranných povrchových vrstiev a povrchových vrstiev odolných voči opotrebovaniu s posilnenými mechanickými vlastnosťami. Predložený vynález sa týka zdroja plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk a spôsob jeho prevádzkovania, pričom zdroj umožňuje ovládanie oblúkového výboja pre plazmovú úpravu povrchov.
Doterajší stav techniky
Technika plazmového nanášania katódovým oblúkom sa vo veľkej miere používa na úpravu povrchov pri spracovaní materiálov v modemom nástrojárskompriemysle. Tvrdé povrchové vrstvy získané kondenzáciou vysoko ionizovanej kovovej plazmy sa vyznačujú pozoruhodnými vlastnosťami (ako je priľnavosť k rôznym druhom substrátov, vysoké hodnoty tvrdosti, dlhá životnosť atď.) v porovnaní s konvenčným magnetrónovým naprašovaním, tvrdým chrómovaním alebo metódami nanášania rozkladom pár (CVD z angl. Chemical vapor deposition). Štruktúru získaných povlakov možno rôznorodo meniť prostredníctvom zmeny chemických parametrov a parametrov nanášania (od vysoko orientovanej stĺpcovej štruktúiy ažpo nanokompozity), pričom sa zároveň zachováva vysoká hustota výsledných povrchových vrstiev. Uvedenú techniku možno zároveň charakterizovať ako lacnú technológiu v porovnaní s takými novými metódami, akou je metóda HiPIMS, pretože sa používajú nízko nákladov é zváracie zdroje napájania namiesto zložitých a nespoľahlivých jednotiek HiPIMS, ktoré sú ešte stále vo vývojovej fáze, pričom dokážu vytvoriť povrchové vrstvy s podobnými fýzikálnymi vlastnosťami. Technika plazmového nanášania katódovým oblúkom sa navyše vyznačuje jednou z najvyšších doteraz známych rýchlostí nanášania. Na druhej strane, povrchové vrstvy získané prostredníctvom nefiltrovanej katódovej oblúkovej plazmy sú postihované vysokou frakciou makročastíc alebo kvapôčok (vtrúsenín), ktorá je vytvorená katódovými škvrnami súčasne s neutrálnymi časticami a požadovanými iónmi katódového materiálu. Ak sú tieto vtrúseniny oveľa väčšie ako je hrúbka hlavnej vrstvy, predstavujú zjavné makroskopické poruchy, ktoré majú veľký vplyv na kvalitu povlakov a obmedzujú oblasti ich možného využitia. Preto sa už niekolko desaťročí venuje veľká pozornosť eliminácu kontaminácie makročasticami v povrchových vrstvách vytvorených pomocou katódového oblúka. Z historického hľadiska prvou konštrukciou vákuového oblúkového odparovačabola konštrukcia odparovačavyužívajúca náhodný oblúk, ktorá sa vyznačuje nízkou rýchlosťou pohybu katódovej škvrny. Výtvára teda najväčšiu kvapôčkovú frakciu a v rámci fungovania na kompozitných katódach sa spája s viaceíými ťažkosťami. Účinnú metódu magnetického filtrovania makročastíc navrhol v 70. rokoch 1.1. Aksenov so spolupracovníkmi (pozri 1.1. Aksenov a kol: Presun plazmového toku v krivočiarom plazmovo-optickom systéme, Sovietsky vestník plazmovej íýziky 4 (4), 1978, str. 425 - 428). Využíva zakrivené (v tvare štvrtinového anuloidu) magnetické plazmové usmerňovacie zariadenie, pričom makročastice spolu s neutrálnymi časticami sa zachytávajú na stenách filtra, zatiaľ čo ióny a elektróny kovovej plazmy sú prostredníctvom silného axiálneho magnetického poľa usmerňované do spracovacej komory. Výsledkom je takmer úplná eliminácia kvapôčkovej frakcie, pričom dochádza k drastickému zhoršeniu, pokiaľ ide o rýchlosť nanášania, a to má vážny dosah na nákladovú cenu povrchových vrstiev.
Je známe, že veľkosť a množstvo makročastíc vytvorených katódovou škvrnou vo veľkej miere závisí od jej rýchlosti pohybu. Výsledkom zvýšenia rýchlosti je zníženie kvapôčkovej frakcie a posun veľkostného rozloženia smerom k menším časticiam, ako možno zvyčajne pozorovať pri používaní zdrojov plazmy využívajúcich katódový oblúk s reaktívnym plynom v porovnaní s vysoko vákuovým čistým kovovým módom. Pohyb katódových škvŕn možno účinne ovplyvniť pomocou externého magnetického poľa. Značné vylep šenie možno dosiahnuť pomocou magnetického poľa, ktorého siločiary sú rovnobežné s povrchom katódy (tangenciálne magnetické pole), zatiaľ čo magnetické pole, ktorého siločiary sú kolmé na povrch katódy (normálové magnetické pole), nevykazuje zjavný vplyv na rýchlosť katódovej škvrny. O tangenciálnej zložke magnetického poľa je známe, že zabezpečuje intenzívny laterálny pohyb katódových škvŕn v antiampérovom smere, zatiaľ čo gradient modulu normálovej zložky magnetického poľa má tendenciu tlačiť katódovú škvrnu opačným smerom ku gradientu. Spolu s pravidlom ostrého uhla tieto zákony tvoria základ všetkých doteraz známych konštrukcií zdrojov plazmy využívajúcich katódový oblúk s magnetickým ovládaním
Dobre známy výparník s katódovým oblúkom, ktorý využíva kužeľovitý terč (známy ako Bulatova katóda, RU 2382118 Cl), sa prevádzkuje s koaxiálnym magnetickým poľom, ktoré sa stáva axiálne divergentnýmna čelnej stene katódy. Vyznačuje sa zlepšenou stabilitou oblúkového výboja v nízkotlakovom rozsahu vzhľadom na priamy výhľad a malú vzdialenosť medzi stenou komory (ktorá slúži ako katóda) a velkou bočnou stenou kužeľa, kde sa uplatňuje pravidlo ostrého uhla, apri vysokej zdanlivej rýchlosti pohybu kató
S K 50032-2019 Α3 dovej škvrny vzhľadom na silné magnetické pole, a v dôsledku toho dochádza k redukcii kvapôčkovej frakcie. Na druhej strane, silné magnetické pole pôsobiace tangenciálne na povrch katódy aj povrch anódy spôsobuje veľký pokles napätia v rozsahu až 35 - 40 V, čo môže byť problematické v prípade použitia bežného zváracieho zdroja, ktoré sa zvyčajne používa na nanášanie katódovýmvákuovýmoblúkom. Nesprávne použitie fokusačnej cievky pred katódou môže viesť k poklesu rýchlosti pohybu katódovej škvrny na čelnej stene v normálovom magnetickom poli, a tým sa zväčší kvapôčková frakcia. Väčšia hrúbka katódy spôsobuje dodatočné prehrievanie jej čelnej plochy. Problém so zväčšením rozmerov katódy je spôsobený tvarom kužeľa. Vzhľadom na zložitý tvar s vnútorným bajonetovým uzáverom je takmer nemožné produkovať krehké sintrované kompozitné terče, zatiaľ čo zadná časť kužeľa vyrobená z iného materiálu (nehrdzavejúcej ocele) môže viesť k neželanej kontaminácii plazmy a výslednej povrchovej vrstvy.
Problémy uvedené v predchádzajúcom texte možno vyriešiť pomocou katódového výparníka s plochým (okrúhlym alebo obdĺžnikovým) terčom, pričom na prednú stenu katódy sa aplikuje axiálno divergentné magnetické pole. Hlavnou nevýhodou navrhovaného riešenia je skutočnosť, že v takomto prípade sa z dôvodu homogénnej erózie terča používajú značne nižšie hodnoty magnetického poľa. Katóda musí v skutočnosti určitý časť fungovať v náhodnom oblúkovom móde, aby sa dosiahla homogénna erózia v strede terča, a v dôsledku toho dochádza k závažnej kontaminácii povrchovej vrstvy makročasticami.
Ako alternatíva boh navrhnuté zdroje s riadeným katódovým oblúkom Rôzni vynálezcovia vyvinuli mnohé konštrukcie, v ktorých využili elektromagnetické cievky s magnetickými jadrami rozličných foriem (US 5298136 a US 5861088) alebo sústavy permanentných magnetov (US 9165749 B2) orientovaných tak, aby vytvárali axiálne symetrické tangenciálne magnetické pole nad najväčšou časťou povrchu s rovnakým oblúkovým uzavretým tvarom, aký sa používa pri konvenčnom magnetrónovom naprašovaní. Hlavnou nevýhodou klasickej konfigurácie s riadeným oblúkom je tvorba hlbokej dráhy na povrchu terča, ktorá vedie k slabému využitiu terča, a v prípade katódového oblúka dokonca hrozí aj preborenie. Na čiastočnú modifikáciu rozloženia siločiar magnetického poľa na povrchu terča sa často používa vonkajší solenoid, a tak sa zvyšuje miera využitia terča, ale napriek tomu ťažko dosiahnuť, aby táto miera dosahovala čo i len 50-60 %; koncom životného cyklu terča teda väčšina materiálu v strede zostáva nevyužitá.
Vo vynáleze US 2006/0175190 Al sa navrhuje nové riešenie, pričom sa vytvára magnetické pole, ktoré je tangenciálne vzhľadom na celú časť čelnej steny terča; toto pole sa vytvára pomocou dvoch cievok zapnutých v opačných smeroch, a tak sa kompenzuje zložka magnetického poľa, ktorá je normálová vzhľadom na povrch terča. Výsledkom tohto postupu sú vysoká rýchlosti katódovej škvrny na celej časti terča a vedie to k homogénnemu využitiu terča ak menšej tvorbe makročastíc. Treba poznamenať, že podobný výsledok možno dosiahnuť pomocou prekonaných kužeľovitých Bulatových katódových oblúkových zdrojov plazmy s cievkami (stabilizujúcou a zaostrovacou) zapnutými v opačnom smere. Treba rozlišovať dva typy zdanlivého pohybu katódovej škvrny. Prvý typ, ktorý možno pozorovať pri konvenčnom riadenom oblúku, sa vzťahuje na krúživý pohyb katódovej škvrny s vymedzeným polomerom, pričom sa vytvára dráha s rovnakým polomerom Druhý typ sa vzťahuje na radiálny pohyb katódovej škvrny a možno ho pozorovať ako zmenu polo mení krúživej trajektórie katódovej škvrny. Radiálny pohyb katódovej škvrny pozorovaný v rámci vynálezu US 2006/0175190 Al sa vyznačuje pomerne náhodným charakterom pohybu, keďže absentuje gradient normálovej zložky, ktorý sa v čase mení. Preto, počas určitého časového intervalu, katódová škvrna osciluje na určitom polomere. To vedie k prehriatiu stopy na povrchu, a tak sa vytvorí viac kvapôčok, ako možno očakávať.
Iné riešenie tohto problému je navrhnuté v patente RU 2482217 Cl. Základné oblúkové uzavreté magnetické pole je vytvorené pomocou sústavy permanentných magnetov umiestnených na zadnej strane katódy a zabezpečuje základný riadený kruhový pohyb katódovej škvrny bližšie k okraju terča, zatiaľ čo vnútorný pól systému riadi cievka, ktorá priťahuje katódovú škvrnu do stredu terča alebo ju odtláča na okraj. Radiálnu rýchlosť katódovej škvrny teda možno umelo zvýšiť až na jej esenciálnu obehovú rýchlosť, čo vedie k homogénnej erózii terča v čase, pričom katódová škvrna je vždy umiestnená na čerstvej a ochladenej časti povrchu. Napriek tomu však zostávajú nevyriešené problémy týkajúce sa homogénnosti erózie terča v centrálnych a vonkajších (nad pólmi permanentných magnetov) oblastiach. Navyše tangenciálna zložka magnetického poľa v blízkosti okraja terča nad pólmi permanentných magnetov mení svoj smer na opačný, a to vytvára nejednoznačnosť, pokiaľ ide o smerovanie krúživého pohybu katódovej škvrny. To spôsobuje preskakovanie katódovej škvrny, nestabilitu oblúkového výboja a časté vyhasnutie katódových škvŕn na okraji terča. Okrem toho môže dôjsť k určitému prehriatiu permanentných magnetov v blízkosti okraja terča, aOto vedie k oslabeniu permanentných magnetov a k zníženiu sily magnetického poľa s príslušným obmedzením všetkých súvisiacich prínosov. V tomto type katódových výparníkov by sa teda mak používať samáriumkobaltové (SmCo) magnety, ktoré sú odolnejšie pri zvýšených teplotách, ale zároveň sú oveľa cenovo náročnejšie. Nevýhody zdrojov plazmy využívajúcich vákuový oblúk, ktoré sú stručne opísané v predchádzajúcom texte, vedú k vynálezu, ktorý je zverejnený v rámci tohto patentu.
S K 50032-2019 Α3
Podstata vynálezu
O pohybe katódovej škvrny v prítomnosti magnetického poľa je známe, že sa riadi podľa určitých pravidiel. Katódová škvrna je značne laterálne urýchľovaná v antiampérovom smere v prítomnosti magnetického poľa alebo jeho zložky, ktorej siločiary sú rovnobežné s povrchom katódy. Výsadkom toho je vyššia rýchlosť katódovej škvrny, jednoduchšie rozdelenie katódových škvŕn pri nižších hodnotách prúdu a napokon aj menšia tvorba kvapôčok. Homogénne magnetické pole, ktorého siločiary sú kolmé na povrch terča, nezvykne mať žiadny podstatný vplyv na pohyb samotnej katódovej škvrny. Napriek tomu je známe, že gradient modulu magnetického poľa, ktoré je normálové vzhľadom na povrch terča, usmerňuje (poháňa) katódovú škvrnu opačným smerom ako gradient. Katódové škvrny teda majú tendenciu unikať z oblastí so silnejším magnetickým poľom so siločiarami kolmými na povrch terča smerom k oblastiam s menším normálovým magnetickým poľom (pokiaľ možno v blízkosti 0). Ďalej možno spomenúť pravidlo ostrého uhla, ktoré platí v prípade, ak magnetické siločiary pretínajú povrch terča pod iným uhlom ako 90°. Katódová škvrna je urýchľovaná smerom k ostrému uhlu, ktorý tvoria magnetické siločiary a povrch terča. Uvedené pravidlá jednoznačne vysvetľujú tendenciu katódových škvŕn byť vytláčané na okraj terča v prítomnosti radiálne symetrického divergentného magnetického poľa nad povrchom terča alebo byť priťahované do stredu v prítomnosti radiálne symetrického konvergentného magnetického poľa. Vplyv síl spôsobených danými pravidlami navyše núti katódové škvrny, aby sa hýbali v antiampérovom smere pokiaľ možno pod vrcholom uzavretého oblúkovitého magnetického poľa, ktoré je podobné poľu využívanému v rámci konvenčného magnetrónového naprašovania. Napokon treba spomenúť ešte jednu silu, ktorá pôsobí na katódovú škvrnu. Ide o silu spôsobenú interakciou prúdu katódovej škvrny s magnetickým poľom prúdu tečúceho z katódovej škvrny do prúdového kolektora katódy. Táto sila tlačí katódovú škvrnu smerom k miestu napojenia katódy na zdroj napájania a často sa využíva pri používaní rozšírených lineárnych katód, katód v tvare písmena U alebo serpentínových katód pri vysokých výbojových prúdoch na usmernenie katódových škvŕn pozdĺž terča. V prípade oblého terča s koaxiálnou priechodkou sa daná sila usmerňuje do stredu terča a vytvára tu uprednostňované umiestnenie (lokus) katódových škvŕn, keď sa používajú v náhodnom oblúkovom móde, ale je zanedbateľná, keď sa používajú so silnými externými magnetickými poľami využívanými vo vynáleze, ktorý je predstavený v rámci tohto patentu.
Katódová jednotka je znázornená na obr. č. 1 a zahŕňa terč (target) 1 vyrobený z požadovaného materiálu. Terč môže mať plochu odparovania rovnú alebo so zvýšeným okrajom na účely lepšej stabilizácie katódovej škvrny v okrajovej zóne. Okrajový prstenec má vnútorný kužeľovitý tvar, pričom sklon vnútornej steny je v rozsahu 10° - 80° vzhľadom na povrch terča. Magnetické siločiary teda pretínajú povrch vnútornej steny pod optimálnym ostrým uhlom a sila spôsobená v dôsledku pravidla ostrého uhla zabraňuje úniku katódových škvŕn z plochy terča. Vodou chladená platňa 2, ktorá zároveň slúži ako držiak terča, je k terču pripevnená prostredníctvom bočných úchytov (nie sú zobrazené) takým spôsobom, že katódovým škvrnám a plazme je vystavený len predný povrch terča. Vo vynáleze popísanom v tomto texte sa využíva priame chladenie terča. Možno teda docieliť lepšie chladenie povrchu terča, obmedziť jeho prehrievanie.
Elektrostatická clona 3 oddelená od terča a steny vákuovej komory prostredníctvom izolátorov 4 zabraňuje horeniu oblúka na bočnom povrchu terča a platne. Ak však katódová škvrna niekedy predsa preskočí z prednej plochy terča na bočný povrch, okamžite sa uhasí alebo je zatlačená naspäť, pretože elektrostatická clona sa drží na potenciáli terča počas prevádzky zdroja plazmy využívajúceho katódový vákuový oblúk.
Odporový prvok na spustenie vákuového oblúkového výboja 5 je umiestnený medzi elektrostatickou clonou 3 a terčom 1. Na účely spustenia oblúkového výboja pri nízkych tlakoch alebo vo vákuu sa elektrostatická clona na krátky časový interval uzemní alebo pripojí ku kladne nabitému kondenzátoru. Elektrostatická clona sa na krátky časový interval stáva anódou; v medzere medzi terčoma elektrostatickou clonou sa vytvára oblasť so silným elektrickým poľom, a tak sa docielia optimálne podmienky na nábeh oblúkového výboja. Výsokoprúdový impulz tečúci cez spúšťací rezistor teda odparí tenký vodivý povlak z povrchu, nasleduje ionizácia pár a zrod katódovej škvrny. Tá je potom vytlačená z medzery medzi terčom a elektrostatickou clonou na čelnú plochu terča, zatiaľ čo elektrostatická clona opäť nadobúda potenciál terča.
Systém elektromagnetov zahŕňajúci dve cievky (divergentnú 6 a konvergentnú 7) sa využíva na riadenie pohybu katódovej škvrny po celom povrchu terča. Koaxiálna chladiaca priechodka 8 slúži aj ako ľeromagnetické jadro vnútorného pólu systému elektromagnetov, ktorý vytvára radiálne symetrické divergentné magnetické pole nad čelnou plochou terča. Vnútorné magnetické pole sa vytvára pomocou cievky 6, ktorá je osadená na ľeromagnetickom jadre 8 za terčom a využíva sa na vytláčanie katódovej škvrny navonok smerom k okraju terča, pričom jej predáva krúživý pohyb vzhľadom na prítomnosť tangenciálnej zložky axiálne symetrického divergentného magnetického poľa. Vonkajšie doplnkové magnetické pole vytvára cievka 7 umiestnená mimo vákuovej komory 9 pred terčom. Toto pole deformuje siločiary základného magnetického poľa vytvoreného vnútorným pólom systému elektromagnetov takým spôsobom, že nad povrchom terča sa vytvorí výsledné pole v oblúkov o m tvare 10. Katódová jednotka môže byť vybavená dodatočnou uzemnenou anódov 11. Siločiary výsledného magnetického poľa pretínajú povrch dodatočnej uzemnenej anódy 11, čím
S K 50032-2019 Α3 sa posilňuje stabilita oblúkového výboja pri nízky ch tlakoch. V závislosti od pomeru prúdov pretekajúcich cez cievky možno zónu maxima tangenciálnej zložky magnetického poľa pohybovať z okraja do stredu terča. Vonkajšia cievka 7 teda slúži ako konvergentný prvok systému elektromagnetov, zatiaľ čo vnútorný pól, ktorý tvorí vnútorná cievka 6 a koaxiálny priechodka 8, slúži ako divergentný prvok na účely krúživej dráhy katódovej škvrny. Keď sa vrchol oblúka tvoreného magnetickými siločiarami presunie na okraj terča, magnetické siločiary pretínajú vnútornú stenu okrajového prstenca pod ostrým uhlom, ktorého hodnota je približne 10° - 80°, a výsledná sila ťahá katódovú škvrnu smerom do stredu terča, a tým zabraňuje jej úniku z čelnej plochy terča. Spomínaná situácia zodpovedá maximu prúdu divergentnej cievky a nrinirrru prúdu konvergentnej cievky, ako je zobrazené na obr. č. 2a. Zvýšenie prúdu v konvergentnej cievke vedie ku kontrakcň vrcholu oblúka magnetických siločiar smerom do stredu terča (obr. č. 2b a obr. č. 2d) spolu s umiestnením katódovej škvrny. Keď sú cievky (divergentná a konvergentná) nastavené tak, že cez ne tečú maximálne hodnoty prúdu (obr. č. 2d), možno pozorovať intenzívnu eróziu stredovej časti terča na rozdiel od klasických zdrojov plazmy s riadeným oblúkom, kde vždy špecifický ostrovčekv strede terča ostávanevyužitý.
Rýchlosť pohybu katódovej škvrny sa zvýši, keď sa aplikuje pole zvnútomej a aj zvonkajšej cievky, pretože z dvoch cievok sa spájajú jednosmerné tangenciálne zložky magnetického poľa v blízkosti povrchu terča, zatiaľ čo normálové zložky magnetického poľa sa vo vymedzenej oblasti navzájom rušia. Oblasť maximálnej pravdepodobnosti umiestnenia katódovej škvrny zodpovedá minimu modulu normálovej zložky magnetického poľa (miesto, kde sú magnetické siločiary rovnobežné s povrchom terča, ako znázorňujú zvislé čiary na obr. č. 3). Výsledný celkový účinok je taký, že katódová škvrna nestráca rýchlosť pohybu aniv stredovej oblasti terča, o ktorej je známe, že je najproblematickejšia.
Takmer rovnomernú eróziu terča možno docieliť aplikáciou prúdu v cievkach s náležitými priebehmi (obr. č. 4), v porovnaní s usporiadaním s permanentnými magnetmi umiestnenými za terčom v konvenčnej katóde s riadeným oblúkom Keďže umiestnenie katódovej škvrny a rádius, na ktorom dochádza k maximálnej erózii, závisí od pomeru prúdov v divergentnej a konvergentnej cievke, možno do cievok aplikovať aj časovo premenlivý priebeh prúdov s cieľom optimálnym spôsobom usmerňovať katódovú škvrnu v čase. Za predpokladu, že divergentná cievka obsahuje povedzme 1 000 závitov a je prevádzkovaná v móde jednosmerného prúdu s konštantným prúdom povedzme 1 A, druhá konvergentná cievka obsahujúca povedzme 500 závitov by mala byť prevádzkovaná s prúdom, ktorý sa strieda v čase medzi 2 hodnotami, ktoré zodpovedajú umiestneniu katódovej škvrny na okraji a v strede terča, pričom tieto hodnoty v predpokladanom príklade sú 0,2 A a 2,2 A. Treba zohľadniť to, že plocha, ktorú katódová škvrna prejde za časovú jednotku, sa zmenšuje, keď sa katódová škvrna blíži k stredu terča. To vedie k intenzívnejšej erózii, k prehrievaniu povrchu a k neželanému posunu katódovej škvrny z prvého do druhého módu v prípade reaktívneho nanášania a napokon aj k neželanému zvýšenému obsahu kvapôčkovej frakcie v plazmových tokoch. Radiálnu rýchlosť teda treba zvýšiť, keď sa katódová škvrna pohybuje bližšie k stredu terča. Uvedeným požiadavkám dobre zodpovedá priebeh prúdu v tvare štvrtiny sínusoidy, ktorá sa opakuje v čase so stanovenou frekvenciou. Prerušovaná čiara na obr. č. 4 znázorňuje zvýšenie radiálnej rýchlosti v blízkosti stredu terča. Frekvencia priebehu prúdu by mala byť aspoň niekoľkonásobne menšia v porovnaní s prirodzenou uhlovou (kruhovou) frekvenciou katódovej škvrny a možno ju hodnotiť vizuálne za každý súbor procesných podmienok, ktoré ovplyvňujú rýchlosť pohybu katódovej škvrny (ako sú sila magnetického poľa, pracovné tlaky, reaktívna atmosľéra alebo materiál terča), nasledujúc trajektóriu katódovej škvrny, ktorá je znázornená na obr. č. 5.
Navyše vonkajšia cievka vytvára ľokusačné magnetické pole pred povrchom terča, a to vedie k zvýšenej ionizácii a k strate hmoty kvapôčkovej frakcie (čiastočné odparenie kvapôčok z dôvodu intenzívnejšej kontrakcie plazmy a zahriatia). Fokusačné magnetické pole posilňuje transport plazmy do vákuovej komory a možno ho využiť v rôznych priamočiarych alebo zakrivených makročasticových filtroch. Navrhovaná konštrukcia teda využíva výhody katód s riadeným oblúkom s dodatočnýmfokusačnýmúčinkomvonkajšej cievky na plazmu. Konečným efektom je zlepšenie rovnomernosti katódovej erózie a zmenšenie kvapôčkovej frakcie v kovovej plazme vytvorenej zdrojom plazím využívajúcim katódový vákuový oblúk.
Pri polohe katódovej škvrny bližšie k okraju terča prúd konvergentnej cievky dosahuje minimum, zatiaľ čo sila divergentného magnetického poľa vy tvoreného vnútomýmpólomje ďaleko od stredu terča zoslabená. Výsledkom je určité zníženie rýchlosti pohybu katódovej škvrny na okraji terča. Silu tangenciálneho magnetického poľa na okraji terča možno zvýšiť pridaním tretej cievky 7b s rovnakými rozmermi ako v prípade konvergentnej cievky, ale s opačnou polaritou (pozri obr. č. 6). V tomto prípade zložka magnetického poľa, ktorá má normálové smerovanie vzhľadom na povrch terča, je dodatočne potlačená, zatiaľ čo tangenciálna zložka výsledného magnetického poľa s rovnobežným smerovaním vzhľadom na povrch terča je posilnená pridaním jednosmernej radiálnej zložky poľa. Výsledkom pridania tretej cievky je zvýšenie rýchlosti pohybu katódovej škvrny na kraji terča.
Základnú zostavu využívajúcu katódový vákuový oblúk podľa obr. č. 1 možno alternatívne upraviť pomocou sústavy permanentných magnetov s radiálnymi pólmi 12 v podobe manžety obkolesujúcej stenu vákuovej komory katódovej zostavy, ktorá sa nachádza za konvergentnou vonkajšou cievkou na rovnakej úrovni ako povrch terča, ako je zobrazené na obr. č. 7. Uvedenú sústavu možno napríklad vyhotoviť z cenovo pri
S K 50032-2019 Α3 stupných obdĺžnikových permanentných magnetov na báze prvkov vzácnych zemín (NdFeB) podľa obr. č. 8 umiestnených medzi vonkajší 1 a vnútorný 2 pól vo forme prstencov vyrobených z magneticky ocele s jednopolámou orientáciou do stredu. Pole vytvorené takouto sústavou magnetov je axiálne symetrické a paralelné s povrchom terča. Zabezpečuje rýchly pohyb katódovej škvrny v laterálnom smere, ale radiálny pohyb sa vyznačuje pomerne náhodným charakterom. Toto základné magnetické pole možno požadovaným spôsobom deformovať pomocou divergentnej a konvergentnej cievky s cieľomvykonať intenzívne skenovanie povrchu terča katódovou škvrnou. Výhodou takejto úpravy je neprítomnosť tretej cievky, ktorá potrebuje dodatočný ovládateľný zdroj napájania. Keďže permanentné magnety sú umiestnené mimo vákuovej komory a pred plazmou sú chránené prostredníctvom vodou chladenej steny komory, pri sústave s radiálnymi pólmi možno využiť lacnejšie magnety NdFeB namiesto cenovo nákladných magnetov SmCo, ktoré dokážu odolávať zvýšenýmteplotám.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Obr. č. 1 Všeobecná zostava využívajúca katódový vákuový oblúk s 2 cievkami.
Obr. č. 2 Magnetické siločiary vytvorené systémom elektromagnetov podľa obr. č. 1 pri rôznych pomeroch prúdov v divergentnej Id a konvergentnej Ic cievke:
a - 1D = +l A/Ic = -0,2 A,b-ID =+l A/Ic=-1 A, c -ID = +1 A/Ic= -2 A, d - Id = +1A/Ic = -2,2 A.
Obr. č. 3 Radiálne rozloženie normálových B! a tangenciálnych Bn zložiek magnetického poľa v blízkosti povrchu terča pri rôznych pomeroch prúdov v usmerňujúcich cievkach podľa obr. č. 2.
Obr. č. 4 Optimalizované tvary priebehov prúdu prednej cievky a radiálna rýchlosť pohybu katódovej škvrny s cieľom zabezpečiť, že erózia terča bude homogénnejšia a kvapôčková frakcia menšia.
Obr. č. 5 Približný obrazec dráhy katódovej škvrny, pričom prúd konvergentnej cievky má priebeh podľa obr. č. 4.
Obr. č. 6 Úprava základného systému elektromagnetov podľa obr. č. 1 s druhou vonkajšou cievkou na účely zabezpečenia lepšieho rozloženia poľa na okraji terča.
Obr. č. 7 Alternatívna úprava základného systému elektromagnetov podľa obr. č. 1 s vonkajšou sústavou permanentných magnetov v tvare manžety.
Obr. č. 8 Čelný pohľad na vonkajšiu sústavu permanentných magnetov v tvare manžety podľa obr. 7.
Obr. č. 9 Magnetické siločiary vytvorené systémom elektromagnetov upraveným vonkajšou sústavou permanentných magnetov podľa obr. č. 7 pri rôznych pomeroch prúdov v divergentnej Id a konvergentnej Ic cievke: a - Id = +1 A/Ic = +2,5 A, b - Id = +1A/ Ic = -2,8 A.
Obr. č. 10 Radiálne rozloženie normálových B! a tangenciálnych Bn zložiek magnetického poľa v blízkosti povrchu terča pri rôznych pomeroch prúdov v usmerňujúcich cievkach podľa obr. č. 9.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Na obr. č. 1 je zobrazená základná konfigurácia zdroja plazmy využívajúceho katódový vákuový oblúk opísaná v tomto texte. Katódová jednotka zahŕňa terč 1 so zvýšeným okrajom na účely lepšej stabilizácie katódovej škvrny 1c v okrajovej zóne la; vodou chladenú platňu 2, ktorá zároveň slúži ako držiak terča a zabezpečuje priame chladenie terča pomocou vody; elektrostatickú clonu 3 oddelená od terča a steny vákuovej komoiy prostredníctvom izolátorov 4 s cieľom zabrániť horeniu oblúka na bočnom povrchu terča 1b a platne 2; odporový prvok na spustenie vákuového oblúkového výboja 5 a systém elektromagnetov na manipuláciu pohybu katódovej škvrny zahŕňajúci dve cievky: divergentnú 6 a konvergentnú 7. Koaxiálna chladiaca priechodka 8, slúži aj ako feromagnetické jadro elektromagnetu vytvárajúceho vnútorné pole. Vnútorné magnetické pole sa vytvára pomocou cievky 6, ktorá je osadená na koaxiálnej priechodke - fero magnetickom jadre 8 za terčom a využíva sa na vytláčanie katódovej škvrny navonok smerom k okraju terča, pričom jej predáva krúživý pohyb vzhľadom na prítomnosť tangenciálnej zložky axiálne symetrického divergentného magnetického poľa. Vonkajšie doplnkové magnetické pole vytvára cievka 7 umiestnená mimo komoiy 9 pred terčom. Deformuje siločiaiy základného magnetického poľa vytvoreného vnútorným pólom systému elektromagnetov takým spôsobom, že nad povrchom terča sa vytvorí výsledné oblúkové pole 10. Siločiary výsledného magnetického poľa pretínajú povrch dodatočnej uzemnenej anódy 11, čím sa posilňuje stabilita oblúkového výboja pri nízkych tlakoch. V závislosti od pomeru prúdov pretekajúcich cez cievky možno zónu maxima tangenciálnej zložky magnetického poľa pohybovať z okraja do stredu terča. Vonkajšia cievka 7 teda slúži ako konvergentný prvok navrhovaného systému elektromagnetov, zatiaľ čo vnútorný pól, ktorý tvorí vnútorná cievka 6 a koaxiálna priechodka-feromagnetické jadro 8, slúži ako divergentný prvok na účely krúživej dráhy katódovej škvrny.
S K 50032-2019 Α3
Na obr. č. 2 sú ako príklad znázornené vektorové siločiary magnetického poľa vytvorené vnútornou a vonkajšou cievkou pri rôznych hodnotách prúdu vo vonkajšej cievke. Možno vidieť, že zvýšenie prúdu vo vonkajšsj cisvks umŕEstnEnsj pred tsrčom z 0,2 A až na 2,2 A (od 2a až po 2d) vsdis ku kontrakcii oblasti, v ktorej sú siločiary magnetického poľa rovnobežné s povrchom terča. Vrchol oblúku vytvoreného čiarami magnetického poľa sa takisto posúva smerom do stredu terča spolu s umiestnením katódovej škvrny a zónou maximálnej erózie.
Na obr. č. 3 je zobrazené správanie výsledného magnetického poľa so zmenou pomeru prúdov v cievkach 6 a 7 podľa obr. č. 2, ako zmena v radiálnom profile normálovej zložky magnetického poľa kolmej na povrch terča Bi verzus zmeny v radiálnom profile tangenciálnej zložky magnetického poľa rovnobežnej s povrchom terča Bn. Sila tangenciálnej zložky magnetického poľa klesá na 0 smerom do stredu terča a mení svoj smerná opačný vzhľadom na radiálnu symetriu, zatiaľ čo zvýšenie prúdu v konvergentnej cievke pred terčomspôsobuje len malé zmeny v profile tangenciálnej zložky magnetického poľa predovšetkýmna okraji terča.
Súčasne sa radiálny profil normálovej zložky magnetického poľa posúva smerom nadol, ale zachováva si pôvodnú amplitúdu. Umiestnenie katódovej škvrny vymedzuje rádius, keď je hodnota B! blízko 0 alebo má inak najnižší gradient, čo je označené zvislými čiarami.
Na obr. č. 4 je zobrazený optimalizovaný priebeh časovo striedavého prúdu v konvergentnej cievke. Keďže umiestnenie katódovej škvrny a rádius, na ktorom dochádza k maximálnej erózii, závisí od pomeru prúdov v divergentnej a konvergentnej cievke, na jednu z cievok možno aplikovať časovo meniteľnú veľkosť prúdu s cieľom optimálnym spôsobom usmerňovať pohyb katódovej škvrnu v čase. Divergentná cievka je prevádzkovaná v móde jednosmerného prúdu s konštantným prúdom 1 A a druhá konvergentná cievka je prevádzkovaná s prúdom, ktorý sa mení v čase medzi 2 hodnotami (0,2 A a 2,2 A), ktoré zodpovedajú umiestneniu katódovej škvrny na okraji a v strede terča. Treba zohľadniť to, že plocha, ktorú katódová škvrna prejde za časovú jednotku, sa zmenšuje, keď sa katódová škvrna blíži k stredu terča. Radiálnu rýchlosť katódovej škvrny teda treba zvýšiť, keď sa katódová škvrna pohybuje bližšie k stredu terča. Uvedeným požiadavkám dobre zodpovedá priebeh prúdu v tvare štvrtiny sínusoidy, ktorá sa opakuje v čase so stanovenou frekvenciou. Prerušovaná čiara na obr. č. 4 znázorňuje zvýšenie radiálnej rýchlosti katódovej škvrny v blízkosti stredu terča. Frekvencia priebehu prúdu by mala byť aspoň niekoľkonásobne menšia v porovnaní s prirodzenou uhlovou (kruhovou) ľrekvenciou katódovej škvrny.
Na obr. č. 5 je zobrazená dráha katódovej škvrny, keď sa v konvergentnej cievke aplikuje optimalizovaný priebeh prúdu podľa obr. č. 4. Dráha má tvar konvergentnej plochej špirály 2 s blízko umiestnenými otáčkami začínajúc od okraja terča 1 a končiac v strede so skokom späť na okraj na konci cyklu.
Na obr. č. 6 je zobrazená základná konfigurácia zdroja plazmy využívajúceho katódový vákuový oblúk podľa obr. č. 1, ktorá je upravená tak, že je k nej pridaná druhá vonkajšia cievka 7b umiestnená na zadnej strane konvergentnej vonkajšej cievky 7a, pričom je zapnutá na opačnú polaritu takým spôsobom, že normálové zložky B! cievok 7a a 7b sa navzájom rušia, zatiaľ čo tangenciálne zložky Bn sa spočítavajú. Tým sa zvyšuje rýchlosť pohybu katódovej škvrny na okraji terča, kde je magnetické pole zo základnej divergentnej cievky pomerne slabé.
Na obr. č. 7 je zobrazený modifikovaný zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk podľa obr. č. 6, pričom dodatočná cievka 7b je nahradená sústavou permanentných magnetov 12 s radiálnymi pólmi v podobe manžety, ktorá vytvára magnetické pole dvoch cievok zapnutých v opačných smeroch. Tým sa eliminuje požiadavka na dodatočné usmerňovacie zariadenie cievky, zvyšuje sa účinná sila magnetického poľa, ale v prípade potreby nie je možné dynamicky meniť pole.
Na obr. č. 8 je zobrazený čelný pohľad na manžetu so sústavou permanentných magnetov s radiálne usporiadanými pólmi, ktorá je použitá v modifikovanom zdroji plazmy využívajúcom katódový vákuový oblúk podľa obr. č. 7. Manžeta so sústavou permanentných magnetov zahŕňa kruhové póly (vonkajší 1 a vnútorný 2) vyrobené z magnetickej ocele a magnety, ktoré sú medzi ne vlisované. Magnetické siločiary sú znázornené šípkami.
Na obr. č. 9 sú v dvoch krajných prípadoch zobrazené magnetické siločiary vytvorené systémomelektromagnetov upraveným pomocou sústavy permanentných magnetov s radiálnymi pólmi podľa obr. č.7. V prvom prípade (obr. č. 9a) sa umiestnenie katódovej škvrny posúva na okraj terča. Na rozdiel od základnej konfigurácie systému elektromagnetov podľa obr. č. 1, kde konvergentná predná cievka by mala byť prevádzkovaná s najnižšou hodnotou prúdu s cieľom presunúť umiestnenie katódovej škvrny na okraj terča, v prítomnosti sústavy permanentných magnetov by mal cez konvergentnú cievku pretekať veľký prúd (v príklade 2,5 A) v rovnakom smere ako v divergentnej cievke. V druhom prípade (obr. č. 9b) sa umiestnenie katódovej škvrny posúva do stredu terča. Konvergentná predná cievka by mala byť prevádzkovaná s opačnou polaritou vzhľadom na konvergentnú cievku, ale tak, že cez ňu preteká o niečo vyššia hodnota prúdu (v príklads 2,8 A) v porovnaní so základnou konfiguráciou. Výhodou takejto úpravy je to, že počas každej periódy je dlhší časový ú sek prítomné silnejšie zaostrovacie pole konvergentnej cievky.
Na obr. č. 10 je zobrazené radiálne rozloženie normálovej B! a tangenciálnej Bn zložiek magnetického poľa v blízkosti povrchu terča pri rôznych pomeroch prúdov v usmerňujúcich cievkach podľa obr. č. 9. Hod
S K 50032-2019 Α3 noty tangenciálnej Bn zložky magnetického poľa v prítomnosti sústavy permanentných magnetov s radiálnymi pólmi sú päťnásobne vyššie v porovnaní s hodnotami zobrazenými na obr. č. 3, a to vedie k päťnásobne vyššej lýchlosti zdanlivého pohybu katódovej škvrny. Kvalitu výsledných povrchových vrstiev možno teda zvýšiť oveľa viac v porovnaníso základnou konfiguráciou podľaobr. č. 1.
Priemyselná využiteľnosť
Predložený vynález sa týka zdroja plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk a spôsob jeho prevádz10 kovania, pričom zdroj umožňuje ovládanie oblúkového výboj a pre plazmovú úpravu povrchov.

Claims (7)

  1. S K 50032-2019 Α3
    PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa, vyznačujúci sa tým, že zahŕňa terč (1) so zvýšeným okrajom na účely lepšej stabilizácie katódovej škvrny (1c) v okrajovej zóne (la), vodou chladenú platňu (2), ktorá zároveň slúži ako držiak terča (1), elektrostatickú clonu (3) oddelenú od terča (1) a steny vákuovej komoiy (9) prostredníctvom izolátorov (4) s cieľom zabrániť horeniu oblúka na bočnom povrchu (1b) terča (1) a platne (2), odporový prvok (5) upevnený medzi terč (1) a elektrostatickú clonu (3) na spustenie vákuového oblúkového výboja, systém cievok - elektromagnetov (6, 7) zahŕňajúci dve cievky: divergentnú cievku (6) umiestnenú mimo vákuovej komory (9) na koaxiálnej priechodke - ľeromagnetickom jadre (8) za terčom (1) a konvergentnú cievku (7) umiestnenú pred čelnou plochou terča (1) mimo vákuovej komoiy (9), koaxiálnu chladiacu priechodku - ľeromagnetické jadro (8) elektromagnetu (6,) vytvárajúceho vnútorné pole, dodatočnú uzemnenú anódu (11) na posilnenie stability oblúkového výboja pri nízkych tlakoch, vodou chladenú vákuovú komoru (9) obklopujúcu terč (1) upevnený na vodou chladenej platni (2), elektrostatickú clonu (3) s odporovým oblúkovým spúšťačom (5) a dodatočnú anódu (11).
  2. 2. Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že dvojpólový systém cievok - elektromagnetov zahŕňa dve cievky: divergentnú (6) umiestnenú mimo vákuovej komory (9) na koaxiálnej priechodke - ľeromagnetickom jadre (8) za terčom (1) a konvergentnú (7) umiestnenú pred čelnou stenou (Id) terča (1) mimo vákuovej komory (9).
  3. 3. Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že dodatočná cievka (7b) je umiestnená bezprostredne za konvergentnou prednou cievkou (7a) mimo vákuovej komoiy (9).
  4. 4. Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že dodatočná manžeta (12) so sústavou cievok - elektromagnetov (6, 7) s radiálnymi pólmi, je umiestnená bezprostredne za konvergentnou prednou cievkou (7a) mimo vákuovej komory (9) tak, že póly sú radiálne usmernené v rovnakej rovine ako čelná stena terča (1b).
  5. 5. Spôsob činnosti zdroja plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa, vyznačujúci sa tým, že po zapojení dvojpólového systému cievok - elektromagnetov (6, 7) vytvárajú sa magnetické polia s opačnou polaritou axiálnej zložky , ktorá je normálová vzhľadomna povrch terča (Id) a s rovnakou polaritou radiálnej zložky, ktorá je rovnobežná s povrchomterča (Id), pričom následné siločiaiy axiálne symetrického uzavretého oblúkového magnetického poľa, sú v blízkosti povrchu terča (1) rovnobežné s vymedzeným povrchom (Id) terča (1), pričom vymedzená oblasť povrchu terča závisí od pomeru prúdov v cievkach a axiálna zložka výsledného magnetického poľa normálového k povrchu terča (Id) sa rovná nule vo vymedzenej oblasti, ktorá závisí od pomeru prúdov v cievkach.
  6. 6. Spôsob činnosti zdroja plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že zapojením dodatočnej cievky (7b) sa vytvára dodatočné axiálne symetrické pole, pričom smerovanie jeho axiálnej zložky je opačné vzhľadom na pole vytvorené konvergentnou prednou cievkou (7a).
  7. 7. Spôsob činnosti zdroja plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa podľa nároku 6a 7, vyznačujúci sa tým, že aplikovaním priebehu prúdu v tvare štvrtiny sínusoidy na jednu z cievok sa dosahuje homogénna erózia materiálu terča (1) v čase.
    10 výkresov
SK500322019A 2019-07-11 2019-07-11 Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa a spôsob jeho činnosti SK500322019A3 (sk)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK500322019A SK500322019A3 (sk) 2019-07-11 2019-07-11 Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa a spôsob jeho činnosti
PCT/SK2019/050007 WO2021006821A1 (en) 2019-07-11 2019-07-16 Vacuum arc cathode source of plasma with enhanced magnetic field configuration and method of its operation
EP19937103.0A EP3997965A4 (en) 2019-07-11 2019-07-16 CATHODIC PLASMA VACUUM ARC SOURCE WITH IMPROVED MAGNETIC FIELD CONFIGURATION AND METHOD OF OPERATION

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK500322019A SK500322019A3 (sk) 2019-07-11 2019-07-11 Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa a spôsob jeho činnosti

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK500322019A3 true SK500322019A3 (sk) 2021-01-13

Family

ID=74114898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK500322019A SK500322019A3 (sk) 2019-07-11 2019-07-11 Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa a spôsob jeho činnosti

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3997965A4 (sk)
SK (1) SK500322019A3 (sk)
WO (1) WO2021006821A1 (sk)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114086127B (zh) * 2021-11-29 2023-10-27 青岛科技大学 一种磁场辅助阴极电弧离子镀蒸发源

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430355A (en) * 1993-07-30 1995-07-04 Texas Instruments Incorporated RF induction plasma source for plasma processing
CA2268659C (en) * 1999-04-12 2008-12-30 Vladimir I. Gorokhovsky Rectangular cathodic arc source and method of steering an arc spot
JP5496223B2 (ja) * 2008-12-26 2014-05-21 フンダシオン テクニケル アーク・エバポレーターおよびアーク・エバポレーターの操作方法
CN102953035B (zh) * 2012-11-02 2014-04-09 温州职业技术学院 多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀沉积弧源设备
CN102936717B (zh) * 2012-11-08 2014-06-11 温州职业技术学院 一种紧凑高效的准扩散弧冷阴极弧源
CN103205711B (zh) * 2013-04-16 2015-09-16 温州职业技术学院 一种非平衡动态拱形兼容轴向导引磁场辅助离子镀装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3997965A1 (en) 2022-05-18
WO2021006821A1 (en) 2021-01-14
EP3997965A4 (en) 2023-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9257263B2 (en) Rectangular filtered vapor plasma source and method of controlling vapor plasma flow
KR100361620B1 (ko) 진공아크방전장치,진공아크방전용플라즈마도관,플라즈마빔발생장치및아크방전제어방법
EP2788522B1 (en) Filtered cathodic arc deposition apparatus and method
US7381311B2 (en) Filtered cathodic-arc plasma source
US6645354B1 (en) Rectangular cathodic arc source and method of steering an arc spot
US7498587B2 (en) Bi-directional filtered arc plasma source
US5126030A (en) Apparatus and method of cathodic arc deposition
US20070034501A1 (en) Cathode-arc source of metal/carbon plasma with filtration
SK500322019A3 (sk) Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa a spôsob jeho činnosti
JP4689843B2 (ja) 矩形陰極アーク源およびアークスポットの指向方法
US9624570B2 (en) Compact, filtered ion source
SK9009Y1 (sk) Zdroj plazmy využívajúci katódový vákuový oblúk s vylepšenou konfiguráciou magnetického poľa a spôsob jeho činnosti
CN110998784A (zh) 涂层工艺中的以及与涂层工艺有关的改善
MXPA96005104A (en) Rectangular source of plasma de arco al va