TW520400B - Vacuum arc evaporation apparatus - Google Patents

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520400 五、發明說明（1) 發明之背景 發明之領域 本發明係關於一真空電弧蒸發裝置，其可形成薄膜於一 基片上，例如汽車零件、機械零件、工具、鑄模、透鏡、 玻璃、或一半導體基片。更精確地說，本發明係關於一直 J電弧蒸發裝S，其有一可產生磁場之磁性過濾器，以及 在產生磁場下可彎、曲和輸送由一真空電弧蒸發源（川_ ev叩oration 3011]^6)產生之電漿串流（ρΐ^ stream)，以及從電漿銘昤如如义丄， 輸送效率時，㉟免發增加而提高電滎串流之 困難。 、准持真工電弧蒸發源之電弧放電的 相關技術之描 源產ίί電的方法，其藉真空電弧蒸發 v〇ltage)^,b.as 藉真空電弧放電蒸發一 。°亥基片。此真空電弧蒸發源 漿。此方法稱為直处雷=三因而產生含陰極材料之電 法之優點為具有高；】或電弧離子電鎮法。此方 高薄膜形成速率迷率和高黏著性能。 極材料從陰極蒸發故二利用真空電弧放電使大量之险 之故。 ^即在負偏壓導致之電場下產生二; C:\2D-CODE\90-ll\90i22718.ptd 第5頁 m 520400 五、發明說明（2) 從真空電弧蒸發源之陰極墓 膜之细Iu t U位瘵哉之陰極材料含適合形成薄 及直徑為數微米“ Π1)至數+饩半y “立 子（亦稱為小滴哎大+ M 数十楗未之粗粒 4的餐瓶主 ）° A粗/粒子黏著至基片時會使產 生的溥臈表面的平滑性和黏著性變差。 為了克服此問題，因丨A^L Λ* m 1 1 α, + 此^七、如圖1 1中所示之真空電弧蒸 只^置1〇3。此真工電弧蒸發裝置1〇a 弧蒸發源20，以及一磁性過、清哭u =上述之真工電 曲和輸送-股在產生磁:二此磁性過滤器50可彎 J浆串流38,以及從電聚移除粗链粒子之後== 安裝於陰極架“上 材枓之瘵叙方向）。此陰極30藉發生在 陰極30和1%極36之間的真空電弧放 因此產生含陰極材料（構成該陰測）之=㈣心發’ 此陰極30含-材料[例如鈦金屬或其類似物、鈦鋁合 似物]，其視欲形成薄膜之種類而 成。％極36通韦由鋼製成。陰極架24則是由非磁性金屬製 此I置中，陽極36為電接地。從陽極36和陰極3〇之 電弧電源44供應數十Vg〇〇v或其上下之電弧放電電壓， 邊陰極30置於負極。元件編號4〇為一觸發電極，以 一絕緣材料。 4馮 陰極架24經由-絕緣材料26安裝於支樓板28上。此支樓 Μ m ί» \m 第6頁 C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 520400 五、發明說明（3) 板2 8 —端覆蓋一輸送管5 2而形成磁性過濾器5 〇。一磁鐵 (水久磁鐵）22藉一置於陰極架24後側之磁場將電弧點（電 弧放電之陰極點）限制在陰極3〇之蒸發面32内。 ，此裝置中，磁性過濾器50包括彎曲輸送管52、一磁性線 、以及一直流（DC)電源56。此磁性線圈54產生一沿著 幸刖达官52彎曲之磁場。直流電源56激發該磁性線圈“。該 磁性線圈54如所示可為複數個環形線圈（t〇r〇idal c〇ii^ ，或為繞線在輸送管52周圍外之電磁鐵線圈（s〇len〇id Φ ⑽1)。圖11中大略說明磁性、線圈54所產生之磁力線58部 伤。此磁力線58如所示沿著輸送管52之内壁延伸。 勺 ^陰極30和陽極36之區域内，該磁力線58如圖12所示分u 輸送管52較佳之彎曲角α為無法從直 夕哈n q η古主X丨“ ▲ ”工包5瓜洛發源2 0内 之陰極30直接看到缚膜形成室6〇内之 4。 之α為約9 0。。 将疋具例 位於靠近磁性線圈54的元件，例 28、和薄膜形成室6 0,為由非磁性材料。52支；板 該磁性線圈54發展出之磁力線58(磁場）。 不k干擾 包括真空弧蒸發源20和磁性過濾器5〇之直 l〇a以輸送管52的另一端直接朝向該基片64、弧置 薄膜形成室6。’由此形成一薄膜形成裂置乂式_,九 60包括一托架62托住該基片64，i上 /專膜形成室 形成裝置稱為真空電弧蒸發裝置或電膜。此薄膜 輸送管52和薄膜形成室60藉一真空 :J鍍裝置。該 里衣置使其成為真空

520400 五、發明說明（4) 狀態。 被產生之電漿串流38在磁性過濾、器5〇内 膜形成室6〇内的基月64。電漿串流38内所含： 電Γ不受磁場之影響，因此該粒子不帶直接往ί 拉早计=7，亚且會和輸送管52之内壁碰撞。因此，該粗 場内粗粒因此無法到達該基片“。磁 即使帶雷r ί 半徑（拉曼半徑，Raman radius)， 粒子撞擊；送；ί大增加該粗粒子的質量比例。因此，該 突出並、、肖奂r之内壁，並且有翼片（未顯示）從該内壁 :二其上）。結果，該含極少粗粒子之電漿串 此j杻拉子亚無機會附著在基片64上。 口 二應流38之電位時，例 位ί;;…基片64:故該離内之離子藉電 在真空弧瘵發裝置1 〇 a中， 性線圈54所產生之磁場強声:強磁性過濾器5〇之磁 50輸送電漿串流38的效率^石、社、度）會增加磁性過濾器 性過濾器50的輸出量，因+ ^在，增加電漿串流38從該磁 薄膜形成速率。 W加一薄膜形成於基片64上的 當增加電場強度，陰極Μ 陽極36的磁場亦隨之增加。附近和真空電弧蒸發源2〇内之 discharge)從陰極30發射之圖12所不，藉電弧放電（arc 〈冤子37被磁性線圈54產生之磁

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C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 第8頁 520400

力線58牢牢捕捉，故該電子通過-陽極36内之空間，而益 法到達該陽極36。當磁場強度被磁性線圈54加強時 ： ^磁性線圈54產生之磁力線58通過該陽極36内之。紝 = 陽極Ι並且很容易地通過亀 .η . " ° ^射之電子3 7不易到達陽極3 6時，在陴極 30和1%極36之間彳艮難維持其電弧放電。換士之， :才 和陽極36之間很難發生初始放電。甚者，、：==3。 的放電。 ^、…、法、、隹持其後

因此，先前的真 磁性過濾器5 0以加 率時，其在真空電 此’其在真空電弧 輸送效率和電弧放 空電弧蒸發技術裝 強磁場強度來增加 弧蒸發源2 0中很難 蒸發源2 0中很難同 電。 置10a中，當嘗試藉 電漿串流3 8的輸送效 維持電弧放電。因 時維持電漿串流38之 、特別是當陰極3 0由碳或主要含碳之 濾器5 0内之電場強度增加時，更難維；衣成，當磁性過 由為碳或主要含碳之材料的電弧放雷=其電弧放電。其理 如上所述從陰極30發射之電子37很京本就有困難，以及 此，幾乎不可能發生電弧放電。、到達該陽極36，因

”玄陰極30由碳或主要含碳之材料士 電弧放電，或即使當其由其它材料掣:成時，其很難維持 體，例如，惰性氣體或反應氣體，=成時，其仍需借助氣 藉此增加該陰極30附近之氣體壓力。^該輸送管52内，而 其它的困難。電漿串流38中會因電然而，此方法會產生 體離子，因此在薄膜的形成過程中::電而含有大量的氣 曰產生不良的影響。由

第9頁 520400 五、發明說明（6) ___ =大量的氣體離子進人該基片64，故其會改 64表面上之薄膜的品質，其會增加薄膜之内應力^成於基片 l^kStreSS)，或該基片64被不必要地:熱。 :此吉2明之目的為提供一種真空電 包括一真空電弧蒸發源和一磁性過濾器，你^衣置，其 入氣體或即使在加強磁性過濾器發展出的f ς在不需弓丨 能維持其真空電弧蒸發源内之電弧放電。穷強度之下仍 Π::明之第一個真空電弧蒸 目的，其包括：-含有陰極和位於陰極 ^到上述之 ，真空電弧蒸發源，此真空電弧蒸發源在心，耵的陽極 之電㈣、-磁性過遽器，其藉一磁：以=特料 Ϊ粒子彎曲和輸送由真空電弧蒸發源產生：工::：除 机，以及輪出此不含粗粒子之電 电水串 :極其置於該陰極蒸發面之前和靠近真空二之 此第-個真空電弧蒸發裝置+，在 磁性過濾器發展出之磁力線(即磁通量)分’ ::内陰極至陽極之區域範圍，而使其構造適 之間的電弧放電。特別是，在靠近陽極之磁2= 的：應下，該磁性過濾'器發展出之磁力線被一部 ：： :件所吸引。此現象亦發生於增加磁性過遽器之 二 #。因此’增加從真空電弧蒸發源之陰極通過該 = 第10頁 C: \2D-CODE\90-11\90122718.ptd 520400 五、發明說明（7) 附近之磁力線的數目。其結 、 加藉電弧放電而從陰極發射二杧加磁通密度，同時亦增 及到達陽極而被磁力線捕捉之：：的=:陽極和其附近以 ，弧蒸發源内易於維持其初始電弧放電和维2在真空 放電，因而穩定其電弧放電。 、，持其後之電弧 流ϊί送=磁Ϊ過渡器發展出之電場強度可改善電锻串 以在不需引人氣體之不仍可穩定其電弧放電 、准持在真空電弧蒸發源内。因此，在带^ * =遽器内電梁串流之輪送效率和在真空 电狐洛發源内維持其電弧放電。 因，^在移除粗粒子時，由薄膜形成裝置所構建之直命 電弧瘵叙裝置可在高電漿串流輸送效 ^ 之不^ ΐ 以及能藉引入氣體進-步消除形成薄膜上 吟專衫0 ;藉由很簡單之構建方法即可獲得上述之優f 增。’即’磁性元件的供應。其亦可減少該裴置體積的“ 陰= =蒸發裝置中’陽極以位於磁性元件和 在第個真空電弧蒸發裝置中，該磁性元件拍本件 極和陰極的蒸發面之間。因此’從陰極發射之電子被^陽 線捕捉’故报容易到達陽極。以此可报方 力 之放電。 择符3電弧 置中，其真空電弧蒸發 該陽極圍繞於陰極之前 此外’在第一個真空電弧蒸發裝 源之陽極以構建於適當位置較佳，

J^〇4〇〇 五、發明說明（8) 置於靠近陽極：外“：：，磁性元件被 前。 飞其附近而使其位於陰極之 力===:件：此大部份磁性過“產生之磁 通過陽極…和陽產；产從=射之電子可輕易 當如上述使用該磁;生置力圍=極前部之位置。 其附近。其和第-個真空電弧：發Γΐ:; J至陽極或 其效果。 ^衣置比較，更能顯示出 在此真空電弧蒸發裝置中，該真* 2多個棒狀元件，當其位於該陰極蒸發陽：： l者該陰極之蒸發面置放。 可其被 極從ΓΓί:;::可ΐ易通過陽極之間而不碰撞該陽 t果不使用磁性兀件，t磁性過濾器產生— 、守，其可如陽極圍繞該陰極前部而置於適當之位二 2加強。根據本發明之真空電弧蒸發裝置中，配人：： :之：Η性過濾器產生之磁場被吸引至該“或= 、因此，增加朝向陽極之磁力線的數目，而能在1 =維㈣電弧放電。因此，此真空電弧蒸發裝置之= 可寻同於第一個真空電弧蒸發裝置。 /果 亦可藉根據本發明之第二個真空電弧蒸發裝置達 之目，，其包括：一含有陰極和位於陰極蒸發面之前的陽 極之真空電弧蒸發源，此真空電弧蒸發源在陰極和陽極之 第12頁 C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 520400

520400 五 發明說明（10) 極〇 ^第二個真空電弧蒸發裝置中，即使當加強磁性過濾器 出之磁场強度以及磁性線圈所發展出之磁力線以垂 =瘵1面的方向通過該蒸發面時，該磁力線可輕易捕捉 而至達°亥陽極，而由於該陽極位於磁力線之交叉位置 因此，即使藉加㈣ =;:==::電裝串流之輸送效率的情況下， 之電弧放電。矹脰之下仍能維持其真空電弧蒸發源内 滤ΐ第kg 裝置’可進-步包括一磁性過 性元件和陰極^面‘；棒：陽極而使該棒狀陽極位於磁 裝置中，該棒狀或，在此第三個真空電弧蒸發 在此真空電：；=性材料製成較佳。 磁力線的數目，“‘，中，增加通過該陽極或其附近之 磁場内仍可輕易電弧放電广易地到達該陽極。因此’在強 亦可藉根據本於明 之目的，其包括；一含有：：真空電弧蒸發裝置達到上述 極之真空電弧-發 二二口位於陰極蒸發面之前的陽 間的電弧放雷Γ 真空電弧蒸發源在险極釦胳技 門的電弧放電之下藉從陰極蒸發 @桎和％極之 料之電漿串流、一磁性過滤器，:磁，產生含陰極材 除粗粒子之下彎曲和輸送由直空電7 %從電漿串流移 流，以及輸出此不含粗粒子i電嘴串，產生之電漿串 蒸發源之陽極至少包括一棒狀陽極，：以：中該真空電弧 〃 M棒狀陽極之一端 C:\2D-C0DE\90-ll\90122718.ptd 第14頁 520400 五、發明說明（11) 面朝=該陰極蒸發面之前的方式放置。 在第四個真空電弧蒸發裝置中’即使當加強磁性過濾哭 所發展出之磁場強度以及磁性線圈所發展出之磁力線^ Ϊ i垂ί該蒸發面的方向通過該蒸發面時，該磁力線可輕 之你ΐ电17到達該陽極，而由於該陽極位於沿著磁力線 、尚、廣哭產“：維持其電弧放電。因1^，即使藉加強磁性 、牙ί i易強度來增加該|漿串流之輸送效率的情 ί:電如其它裝置中必需引入氣體才能維持^ …工電弧疾、4源内之電弧放電。 =:陽極放置就緒，t子會撞擊極 拉曼半徑不同於磁場内之離子(前 二於1子： 此可維持相當好的電弧放電。當大部份未撞擊該陽2時因 ;電焚内之電子可能依项流的方式輸送。.Γ 個 率。 直比啟日守，其可改善電漿串流之輸送效 此第四個真空電弧蒸發 濾器，其置於靠近至少_ ^ ，θ P 一 ^匕括··一磁性過 性元件和陰極$發面之門=%#而使該棒狀陽極位於磁 ^ ^ '^間。或，在此第四個直办雷2rT\ V旅 裝置中’該陽極由磁性材料所製成。《1固真工電弧条發 在此真空電弧基發梦罢忐 磁力線的數目，：電足增加通過該陽極或其附近之 磁場内仍可輕易電弧放電易地到達該陽極。目此，在強 在第一至第四個直空雷％ 位可相等於該陽極^電^。ή裝置巾，在磁性元件之電 C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 第15頁 a 52〇4〇〇 五、發明說明（12) ^在此真空電弧蒸發裝置中，不需對其進行電絕緣的測 疋。在此態樣下，其絕緣之設計报簡單。 弧ΐ ί ΐ空電弧蒸發裝置+，該則生元件以安裝於真空電 狐瘵發源内之陽極上較佳。 在此真空電弧承發梦罢 撐。因此-Γ ±_ '2 ,置中，遠除極亦充當磁性元件之支 牙因，’：輕易地支撐該磁性元件。 在弟一至第四個真空雷 位亦可為一浮動電位。玉弧瘵电I置中，該磁性元件之電 在此真空電弧蒸發裝置 ^ 。因此，不會因帶φ ’ V電粒子不易接近該磁性元 Λ π. ’因此可輕易 里 磁性元件上而導致過熱 w Μ冷卻玆威Μ二，， 件 該磁性元件不會 或該陽極不會因 該陰極可由碳或 的情形，因此可駟县4 y、子撞擊在磁性 在第一至第四‘真处=卻，磁性元件 因過熱而導致變形、二弧瘵發裝置中 過熱而導致變形、f ^晨或其類似情形 在第-至第四個其類似情形。 主要含碳之材料製成:電弧添發裝置中 ______& , „π % 當該陰極由碳或主人山 術很難維持其電狐 :妷之材料製成時， 弧基發步署Ρ 放電。換言之，钿:應用先則的技 體，心㈣Ρ使該陰極由碳之材料f據本發明之真空電 具有更多優點之效：乃能維持電弧之放電成此f引入氣 果。 此特性可產生 圖1為顯示含一拒擔 之薄膜形成裝置的横~本發明而構建的真空h 只口丨J面圖。圖2為圖】 電弧瘵發裝置 ，寻膜形成裝置内 第〗6頁 C:\2D-O0DE\90-m90j227J8.ptd 520400 五、發明說明（13) 顯示一陰極、一陽極、和一磁性元件之放大前視圖。在此 圖中，使用相似的元件編號依照圖丨丨中之先前技術薄膜形 成裝置内之相似或相等的部份加以編號，以及將描述重點 放在與先前薄膜形成裝置不相同的部份。 在此元件編號為1 〇c之真空電弧蒸發裝置中，一圓柱形 或環形磁性元件4 6安裝於一如上所述真空電弧蒸發源2 〇内 之圓柱形或環形陽極3 6的外周圍部位。此磁性元件4 6之 位設定和該陽極36相同（具體例中其為接地）。 一 以及置於陰極30蒸發面32之前的圓柱形或環形磁性元件 46安裝於一如上所述真空電弧蒸發源2〇内之圓柱形或产 陽極36的外周圍部位。此磁性元件46之電位設定 == 36相同（具體例中其為接地）。 μ &極 如上所述，該陽極36位於該陰極3〇蒸發面32之前。 此，安裝於陽極36外周圍部位之磁性元件46亦位於該蒗 面32之前。由於磁性元件46為安裝於該陽極36之外^鬥、: 位，因此該陽極36位於磁性元件46和該陰極3〇之蒸發面u 此磁性兀件4 6可由鐵磁材料製成，例如鐵、鎳、鈷、八 其成份之合金、或鐵酸鹽。可被使用於構建磁性元 各 特定實例為碳鋼（例如JIS2SS4〇〇)、鐵酸鹽不銹鋼、邑^ 體（martensitic)不銹鋼（兩者均為磁性不銹鋼）、、馬氏 (NiFe)、和鈷鉑（CoPt)。 鐵 此磁性兀件4 6之位置構成一由磁性過濾器5 〇 (其一 性線圈54)發展出之磁力線58分佈於真空電弧蒸發源μ石内 第17頁 C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 520400 五、發明說明（14) ，陰，30至陽極36之間的區域’故可適當地維持該陰測 和該陽極3 6之間的電弧放電。 明確地說，由於該磁性元件46安裝於該陽極36之外周圍 /位’該磁性過濾器50之磁性線圈54發展出之磁力線如圖 3所示被吸引至該磁性元件46。因此，該磁力線58直接朝 向该真空電弧蒸發源20内之陽極36或其附近，更精確地 =’、增加通過該真空電弧蒸發源内從陰極30至陽極36的 :^其附近之磁力線5 8的數目。當加強該磁性過滤器5 〇 之磁場強度時亦會發生此現象。 因:匕磁力線58的分佈結構可有效維持真空電弧蒸發源2〇 弧放電而從陰極發】時亦增加藉： 塔把二、丄 町I 4于通過1W極和其附近以及到達 力ί捕捉之電子的數目。以圖3之模型說明到 之電子37。循此’在真空電弧蒸發源内易於維 ΐ放和維持其後之電弧放電，因而穩定其電 性過遽器5°之磁場強度時亦會有同樣 串H t加磁性過濾器5°發展出之電場強度以改善電漿 體m:效？的情況下’可在不需引入排放穩定氣 電以及二m體’至該輸送管内而仍可穩定其電弧放 氣體電弧蒸發源2〇内。因&，在不需引入 率和在直1:二°磁性過濾器5〇内電漿串流38之輸送效 因Ϊ ΐ電弧蒸發源2°内維持其電弧放電。 矛夕除粗粒子時’由薄膜形成裝置所構建之真空

C:\2D-OODE\90-n\9〇1227i8<ptd 第18頁 520400 五、發明說明（15) 電弧洛發裝置可在高電裝串 片6 4上形成一薄膜，以及能 膜上之不良影響。藉由报^ 優良效果’即’磁性元件4 6 積的擴增。 當该陰極30由碳或主要含 應用先前的技術很難維持其 陰極由碳之材料所製成並且 之下仍能維持其電弧放電。 效果。 流3 8輸送效率下以高速度在基 藉引入氣體進一步消除形成薄 單之構建方法即可獲得上述之 的供應。其亦可減少該裝置體 碳之材料製成時，如上所述， 電弧之放電。換言之，即使該 I弓I入氣體，本發明在強磁場 此特性可產生具有更多優點之 磁性元件46之電位可相等於 一 位、或一介於該陽極36和該降°之電位、一洋動電 由為最重要並非該磁性元件4=3:之間的中等電位。其理 58之功能以及導引其至陽極36之，位’而是其吸引磁力線 使該磁性元件46和該陽極36 ;它具體例亦相同。 是如圖i中所示將磁性元件46安有壯相同之電位較簡單的方法 方法是將其置於不同之位置並/甘在該陽極36上。另外的 元件46設定成和該陽極36有相"相互電連接。當該磁^ 行電絕緣的敎。在此態之電位時，則不其進 圖5顯示磁性元件46之電位执〜其絕緣之设计很間早。 造。如此構造中所示，該磁f-疋在浮動電位的—實例幡 ㈣外周圍部位的附近。在匕件46置於靠近和圍繞該； 陽極36之間可插入一絕緣材。下，該磁性元件46:: 動電位時，帶電荷粒子，二離當該磁性元件46設定在： J々離子，不易接近該磁性7C件

520400 五、發明說明（16) =处不會因帶電粒子撞擊在該磁性元件46上而導鼓 過f的情形，因此可輕易地冷卻該磁Ή件46。 ^致 朽“上:斤f ’该石兹性元件46以位於該陽極36之外（從今陽 “之移動方向觀窣或：：朝著該陽極36(從陰極材料 :使:;=36位於其和該陰極36的蒸發面3 置 =件二並未插入該陰極3◦的蒸發面陽： 58捕捉f ^陰極3G發射之電子37(圖3)被磁力線 位為浮動電心極36。當磁性元件46之電 #46., ^ = I寺電位恰，以上述之方法放置該磁性元 :匕6…當该磁性元件46和該陽㈣有相 - :磁=件46:電學的角度來看可被視為該陽極：， 習ΓΛ 然以上述之方法置放該磁性元件“。 白ί貝上，如圖4所示，該陰極3〇之 =材環形電弧點限制板48心繞=、: ’该電弧點限制板48埋入該陰極 = 於该電弧點限制板48由磁性材 :^由 22之磁通（magnetic： flux)成开所、^成，其使源自於磁鐵 限制在該陰極3。之蒸發面32内將-電狐點之移動 元=該結:;r 和㈣性元件46在位置和功能上有斤：當=點 二。口：夕提供電弧點限制板48而不提供磁性元件46 %，貝“亥電弧點限制板48無法似該磁性元件46產生操作以 第20頁 C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 520400 五、發明說明（17)

及其優點。電弧點限制板4 8之位置不同於磁性元件4 6的位 置，即，在該陰極30蒸發面32之前和靠近該陽極36。因 此，電弧點限制板48並無增力0朝向該陽極36之磁力線的 目而在一強磁場下仍維持其電弧放電的功能。 如果該陰極30蒸發面32和該陽極36之間的距離為u， 該瘵發面32和該磁性元件46的距離L2過小時，則該電弧 電之散播範圍較小。如果該距離過大時，則很難維持其 弧放電。為了避免此現象，該距離以3 〇 _至丨2 〇 _之間‘ 較佳’以5 0 m m至8 0 m m更佳。 以下將描述本發明之另一或第 個具體例 …. ，…，，一在上述第一 ，具體例中，該磁性元件46不同於該陽極36。然而，在也 第，個具體例中，如圖6中所#，在真空電弧蒸發源2〇中 之陽極36為磁性材料（如上所述之鐵磁材料，其它且體例 亦相同）所製成，並且其具有磁性元件之功能。/、 以此方法構建時，該陽極3 6本身可吸引由磁性線圈5 4戶) 生的磁力線58。因此，可增加朝向該陽極36之磁力線白< 欠目、故在強磁場之下可維持其電弧放電。同樣，當加安 石f性過濾器50之磁場強度而提高電漿串流38之輸送效率 ^汶輸达官5 2在不需引入氣體之情況下可維持其電弧方 電〇 一當該磁性元件46不同於該陽極36時，可獨立選擇適合言 元件之材料，即可選擇適合該磁性元件4 6之材料以及選本 ίΓίΓ亟36之材料。在-特定的實例中，可選擇具“ 電和”、、V性之鋼做為該陽極36之材料，以及選擇價廉而^

520400 五、發明說明（18) "" " ^面電磁穿透性之結構碳鋼做為磁性元件4 6之材料。當該 1%極3 6由鐵磁材料所製成而使其具有磁性元件之額外功能 時’可減少所需要之組成零件並且亦可簡化其構造。其餘 之具體例亦相同。 =磁性元件4 6被帶電荷穿透而加熱，來自該陰極表面和 其類似物之輻射熱亦使溫度增加。為了克服此問題，較佳 的方法是藉冷凍劑，例如冷凝劑，之冷凝機構來冷卻該磁 性兀件。如此處理之後，該磁性元件不會因過熱而導致變 形]損壞或其類似情形。解決此問題之特殊方法是沿著磁 性兀件46之周圍表面將流經其間之冷凝管置於其上。其餘 之具體例亦應用此相同之方法。 ’、” 如圖6中之實例，當該陽極36由磁性材料所製成而使其 具有磁性元件之額外功能時，該陽極36以應用如最後所述 之冷凝機構較佳。如此處理之後，該陽極36不會因過熱而 導致變形、損壞或其類似情形。其餘之具體例亦應用此相 同之方法。 " ，真空電弧蒸發源20可具有多個陰極30。在此情況時，

L系乂上述方法構建該陰極3 0之陽極3 6和磁性元件4 6。圖 7為使用兩個陰極3〇之實例的說明。該陽極36和磁性元件 4 6之、、、σ合，如說明或省略，為卵圓形之平面形狀。當該陽_ 極36由磁性材料所製成而使其具有磁性元件之 S 亦有同樣情形。 〜在2 具體例中，該真空電弧蒸發源2 0之陽極3 6當構連 方、L ¥之位置日守，其圍繞於該陰極3 〇之前面部位。當磁性

520400

五、發明說明（19) 元件46圍繞於陰極3〇前部時，該磁性元件46被置於靠近該 陽極3 6之外周圍部位或其上而使其位於該陰極3 6之前。另 方法為’該陽極3 6由磁性材料製成’並且亦充當為磁性 元件。該陽極3 6或磁性元件4 6具有圍繞該陰極3 〇前面部位 之形狀，其可為橫剖面為圓形、印圓形、橢圓形、或方形 之管狀元件，或一環形元件（其上含孔之板）。 陽極36之所以成為該形狀之理由為該陽極36不易截斷 (阻礙）來自該陰極3 〇之蒸潑^面3 2蒸發的陰極材料3 4以及來 自其之電漿串流38。當該陽極36如所述之形狀時，如果加 強4磁性過滤裔5 0之磁場強度，藉磁性線圈5 4產生之磁力 線58會如圖12所示通過該陽極36内之空間。依此，從陰極 發射之電子37可輕易通過陽極36而不致和陽極36產生碰 才里:因此，可明顯產生從提供該磁性元件46或當該陽極36 =磁性材料製成而亦被視為該磁性元件所導致的有益影 另-種陽極36之構造和其在真空電弧 =於圖所示，當其位於陰極峨面^ 該陰測之前面部☆列中，當實例中之陽極36圍繞於 強度，則從該陰極3 〇發料=加強°亥磁性過濾态5 0之磁場 致撞擊該陽極36。 '之電子可輕易通過該陽極36而不 同樣’在此實例中

3°之蒸發面32之前以及= = = = =

520400

8A和8B中之實例，該磁性元 性元件4 6和陰極3 0蒸發面3 2 36°另一選擇中，該陽極36 而使其具有磁性元件之額外 件4 6。 件4 6置於使該陽極3 6位於該磁 之間的位置並且靠近該陽極 可由一磁性（鐵磁）材料所製成 功能’而因此可取代該磁性元

樣:严實例巾，由磁性材料製成之磁性元件46或陽 ^ 、藉其本身拉延該磁性過濾器5 0之磁性線圈5 4所發展 的磁力線58至該陽極36或其附近。結果，增加朝向陽極 、力、、泉的數目，並且其能在強磁場内維持其電弧放電。 =^，如上述之實例，當加強磁性過濾器5 〇之磁場強度而 電㈣流38之輸送效率日夺，該輸送管52在不需引入氣 肢之6況下亦可維持其在真空電弧蒸發源2〇内之電弧放 圖9A和9B中為又另一陽極36之構造和其配置。此構造 =，如圖所示，當其沿著該蒸發面32延伸時（例如與其平 行）在j陰極3 〇之蒸發面3 2之前置有一或多個棒狀陽極 3/(此實例中有一棒狀陽極）。在此實例中，並不必然使用 該磁性元件46，並且由磁性材料製成該陽極36。

同樣在一實例中，如圖12中所示，當加強磁性過濾器5〇 所發展出之磁場強度以及磁性線圈54 以垂直該蒸發面32的方向通過該蒸發面時，該磁力^^ 輕易捕捉電子37而到達該陽極36，而由於該陽極36位於磁 力線5 8之父又位置因此可維持其電弧放電。因此，即使藉 加強磁性過濾器50所產生之磁場強度來增加該電漿串流“

第24頁 520400 五、發明說明（21) 之輪送效率的情況下，該輪 能％ i± t π π π # 、 迗e 52在不需引入氣體之下仍 二持真工电弧瘵發源2 〇内之電弧放電。 同樣，在圖9 A和9B的實你丨φ -如圖8A和8R之與彻张-； 其可提供一磁性元件46或 在Ξ用t “ 性（1载磁）材料製成該陽極36。 在使用磁性元件4 6的實例中，甘a人 ^ ^ θ ^ ^ y T 其位於該陰極30蒸發面32之 則亚且罪近每一個陽極36。如> 斑从—L 如圖9 A和9B中之實例所示，該

磁性7L件4 6之位置足以僅兮嗒托9 D 险托w “ 便4除極36位於該磁性元件46和該 陰極30蒸發面32之間。 =果循此配置，可增加通過之磁力線58的數 f %極36，並且電子37可輕易到達該陽極36。 輕易於強磁場内維持其電弧放電。

目並且接近 因此，其可 圖10A和10B中顯示更進一步之陽極構造和其配置。至少 ^ 一棒狀陽極36(此說明實例巾有—陽極）之配置使其棒狀 =極之一端面35朝向該陰極3〇蒸發面32之前。同樣，在此 只例中，並不必然使用該磁性元件4 6或該陽極3 6可用磁性 材料製成。如果需要時，可增加該陽極3 6之 圖10A和10B中之陽極。 /、

同樣在一實例中，如圖丨2中所示，當加強磁性過濾器5 〇 所$展出之磁場強度以及磁性線圈54所發展出之磁力線58 以實質上垂直該蒸發面32的方向通過該蒸發面32時，該磁 力線5 8可輕易捕捉電子3 7而到達該陽極3 6，而由於如圖 10B中所示，該陽極36位於沿著該磁力線58之位置，因此 可維持其電弧放電。因此，即使藉加強磁性過濾器5 〇所產 生之磁場強度來增加該電漿串流3 8之輸送效率的情況下，

520400 五、發明說明（22) "— 該輸送管52在不需引入氣體之下仍能維持真空電弧蒸發源 2 0内之電弧放電。 當循此配置該陽極36時，在磁場内從該蒸發面32發射之 電子37的拉炅半徑（Raman racjius)很小。因此，該電子μ 撞擊至該陽極3 6，故可維持良好的電弧放電。換言之，電 漿串流38内的離子較重，並且其遠大於電子37之拉曼半徑 (視該磁場之強度其半徑為丨cm或以上）。因此，該離子不 會撞，該陽極3 6，因此，該離子以順流方式輸送的可能性 相當高。基於此理由，該電漿串流38的輸送效率較高於 9 A和9 B中之實例。

在圖1 0A和1 0B以及圖9A和9B之實例中，為了減少該陽極 36和該磁性元件46阻礙該電漿串流38之輸送速率，建議形 成之陽極36和磁性元件46在能獲得穩定電弧放電之厚度值 的範圍内儘量以越薄越佳。 同樣’在圖10A和10B之實例中，可提供磁性元件46或如 圖9A和9B中之實例以磁性材料製成該陽極36。在使用磁性 =件4 6的貫例中’其位於該陰極3 〇蒸發面3 2之前並且靠近 每一個陽極3 6。特別是，如圖丨〇 A和丨〇 b中之實例，該磁性 元件4 6之位置足以使该陽極3 6位於該磁性元件4 6和該陰極 3 0蒸發面3 2之間。

=果循此配置，可增加通過之磁力線5 8的數目並且接近 遠陽極36 ’並且電子37可輕易到達該陽極36。因此，其可 輕易於強磁場内維持其電弧放電。 同木:ic在圖8 A至1 〇 B之實例中，在設定該磁性元件4 6之

520400 五、發明說明（23) m:二論？磁性元件46是否耦合至該陽極36，以及不 論该冷卻機構是否搞合至兮 前具體例中之陽極36。；;則生元件46，可將其視為如先 以碳或主要含碳之材料製：B:當該陰極3口〇如先前之具體例 至於該磁性過據器50，參:’可明顯呈現出其優點。 線圈54之位置可使形成之用f個永f f鐵置於該磁性 曲。在此實例中，直不兩=沿者該輸达官52延伸和彎 〆、1而農流電源$ β 〇 該磁性過濾器5 〇之輸送；^ ζ /Ν 該輸送管52。 可電連接地或供應一偏壓至 [實例] 〈實例1 > ΐ 2 : Ϊ有一真空電弧蒸發裝置1 0 c之薄膜形成穿置、隹， 繼以之㈣，如圖!所示其有一磁性元件行 ρ極36之外周圍部位。其測試條件如 牛牛女裂 結果列於表1。 Μ及其測試 JIS之SS40 0為一種結構碳鋼。有相同之 線圈54的4個線圈。表中之薄 机通過該磁性 T Τ疋溥膜形成速率為和如圖]q 不使用-無磁性過濾器之真空電弧蒸發裝幻 3中所 ▲不使用磁性過渡器時’如圖13中所#，做 ^比率。 實例和比較實例中之距離D為3 5 〇 陰極3 0 :碳材料（圓柱形，直徑6 〇 距離D為從該陰極30之蒸發面32至該基片64的距旱又之用的 用磁性過濾器50時，如圖i和其它圖中所示，其二當使 ，過濾器50出口至該基片64之距離。兩者實例、、\從該石兹 實例和比較實例中之距籬D為：^ fl m Hi。 Μ及其它 mm) mm X 長 3 〇 520400 發明說明（24) "^--- 電弧電流：80 A 石兹性線圈5 4之電流：列於表内 薄膜形成室内之真空度：1 X 1 0〜3pa 陽極3 6 ··銅材料（圓柱形，直徑80 _ _)，水冷式 X長5 磁性材料46 : JIS之SS4 0 0 (圓柱形 _ X厚2 _)，陽極電位 引入該輸送管52之氣體：無 [表1 ] 五 mm X 厚 2 直也84 mm X長5 流（A) 1電i放電維H：

薄膜形成速率 1/10 1/4 1/3 1/5 1/2 從表 1 可知，即 一'一~~〜' 便藉加強邊磁性線 150A來增加由磁性過濾器5〇產 、艮圈54之電流從ι〇Α至 之每一種電流值均可維g A 〃 之磁場強度，該磁性線圈 1 5 0 A時，有非常快的薄膜升^ $ ^放電。當該線圈之電流為 态50的1/2速率。其原因為士 、、率 其為不使用磁性過濾 50内之電漿串流38的輪送、、、效4強磁場可增加該磁性過濾器 〈比較實例〉 *率。 有一真空電弧 之測試比較。 使用如圖1 1中所示具 形成裝置進行薄膜形成 蒸發裝置1 0 a之薄膜 此真空電弧蒸發裝置

\\3l2\2d-code\90-ll\90122718.ptd 第28頁 520400 五、發明說明（25) 1 0 a並未使用該磁性元件，除卩μ —从甘〜 |禾此之外其它條件灼知膏你π中 相同。其測試結果列於表2。 1千均和κ例i甲 [表2] 磁性線圈電流（A ) 10 20 50 100 150

Hii_膜形成速率

從表2可知’當該磁性％圈54之電流超了 真空電孤蒸發舰之電弧放電。此比 膜形成速率為1 /8。此值恰為麻“]山 /例中琅大的溥 (1/2)的1/4(25%)。 …、⑧歹1 之取大薄膜形成速率 〈實例2 > 使用具有-真空電弧蒸發裝置1〇 薄膜形成之測試，如圖5所示苴右_ 胰烙成裝置進各 其 和圍繞該陽極36之外周圍部位。在杏 ^件46置於靠近 46由JIS之SS400所製成，其形狀為;』中^亥磁性元件 匪X長5 _x厚2關。其和該陽極36雷二=積為直徑“ 電位為浮動電位。其餘之條件和實例「$七冰’因此 其測試結果列於表3。 Θ

第29頁 [表3 ] 磁性線圈電流（A ) 電弧放電維持 L 10 可能

C:\2D-C0DE\9CM1 \90122718.ptd 520400 五、發明說明（26) 20 _ 同上 50 ^^17 100 同上 15^0 同上 從此表可知’其測

〈實例3 > 使用具有一真空電弧蒸發裝置丨〇 c之 薄膜形成之測試，如圖6所干1q 、乂成衣置進行 並且亦充當為磁性元件所:實 她所製成’其形狀為環形，㈣為二 随X厚2 _。該陽極36為水冷式。1 x長5 相同。其測試結果列於表4。 -餘之條件和貫例1中 [表4 ]

薄膜形成速率 T7TY 磁性線圈電流（A ) 攸此表可知’八測§式結果實質上和實例"目同。明確地 說，即使藉加強該磁性線圈54之電流從1〇八至15(^來增加 由磁性過遽器50產生之磁場強度，該磁性線圈之每一種電 流值均可維持其電弧放電。當該線圈之電流為15〇人時，有 非常快的薄膜形成速率，其為不使用磁性㈣器5◦的1/3

第30頁 C:\2D-CODE\90-ll\90m718.ptd 520400 五、發明說明（27) 速率。 元件編號說明 10a 真 空 電 弧 蒸 發 裝 置 10b 真 空 電 弧 蒸 發 裝 置 10c 真 空 電 弧 蒸 發 裝 置 20 真 空 電 弧 蒸 發 源 22 磁 鐵 24 陰 極 架 26 絕 緣 材 料 28 支撐 板 30 陰 極 32 陰 極 蒸 發 面 34 陰 極 35 棒 狀 陽 極 之 一 端 面 36 陽 極 37 從 陰 極 發 射 之 電 子 38 電 漿 串 流 40 觸 發 電 極 42 絕 緣 材 料 44 電 弧 電 源 46 磁 性 元 件 48 電 弧 點 限 制 板 50 磁 性 過 濾、 器 52 送 管

C:\2D-CDDE\90-11\90122718.ptd 第31頁 520400 五、發明說明（28) 54 磁性線圈 56 直流（DC)電源 58 磁力線 60 薄膜形成室 62 托架 64 基片 圓画_ C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 第32頁 520400 圖式簡單說明 圖1為顯示含一真空電弧蒸發裝置之薄膜形成裝置的橫 剖面圖； 圖2為顯示一部份包括一陰極、一陽極、和一磁性元件 之放大前視圖， 圖3為顯示在真空電弧蒸發裝置内包括陰極和陽極以及 其附近區域的磁力線分佈簡圖； 圖4為顯示另一真空電弧蒸發裝置之關鍵部份的橫剖面 圖； 圖5為顯示另一磁性元件之配置的簡圖； 圖6為顯示又另一真空電弧蒸發裝置之關鍵部份的橫剖 面圖 ； 圖7為顯示在一使用兩個陰極之真空電弧蒸發裝置内的 一部份包括一陰極、一陽極、和一磁性元件之放大前視 圖； 圖8A為顯示在真空電弧蒸發裝置内之陽極和一磁性元件 另一配置的前視圖； 圖8B為顯示如圖8A之側視圖； 圖9A為顯示在真空電弧蒸發裝置内之陽極和一磁性元件 又另一配置的前視圖； 圖9B為顯示如圖9A之側視圖； 圖1 0A為顯示在真空電弧蒸發裝置内之陽極和一磁性元 件之額外配置的前視圖； 圖1 0B為顯示如圖1 0A之側視圖； 圖1 1為顯示含一先前技術之真空電弧蒸發裝置之薄膜形

C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 第33頁 520400 圖式簡單說明 成裝置的橫剖面圖； 圖1 2為顯示在圖1 1之真空電弧蒸發裝置内包括陰極和陽 極以及其附近區域的磁力線分佈簡圖； 圖1 3為顯示含一先前技術不使用磁性過濾器之真空電弧 蒸發裝置之薄膜形成裝置的橫剖面圖。 讀

C:\2D-CODE\90-ll\90122718.ptd 第34頁

Claims (1)

1. 六 、申請專利範圍 1•一種真空電弧蒸發裝置，苴 一真空電弧蒸發源，A勺/、G 5 · 之前的一陽極，該真空;:=一—陰極和位於該陰極蒸發面 電弧放電之下藉從陰極】2 =發源在該陰極和陽極之間的 電漿串流； 〜^極材料而產生含陰極材料之 一磁性過濾器，供蠻+ 之電滎串☆，其藉：：該真空電弧蒸發源產生 出此已移除粗粒子之電將击=水串流移除粗粒子，以及輪 -磁性元件，1置;以及 弧蒸發源内之陽極。、Μ陰極蒸發面之前和靠近該真空電 2.如申清專利範圍第 陽極位於該磁性元件和，/二電f蒸發裝置’其中該 〇 , ^ 卞7 4陰極之蒸發面之間。 嗲直* Φ 了 “利靶圍第1項之真空電弧蒸發裝i，其中火 弧咖、之陽極置於適當之位置時，該陽極二 極…部位，並且該磁性元件被置於該陽極：： :件：：13附近而當圍繞該陰極之前面部位時使該礙性 兀件位於該陰極之前。 兹性 4·如申請專利範圍第2項之真空電弧蒸發裝置，其 ”空，弧蒸發源之陽極可包括多個棒狀元件，當其位於^ 陰極蒸發面之外時，其被沿著該陰極之蒸發面置放。、^ 5· —種真空電弧蒸發裝置，其包含： 真空電弧瘵發源，其包括一陰極和位於該陰極蒸發 之前的一陽極，該真空電弧蒸發源在該陰極和陽極之^ 電弧放電之下藉從陰極蒸發陰極材料而產生含陰極材料之 Η C:\2D-OODE\90-ll\90122718.ptd 第35頁 520400

   電衆串流；以及 一磁性過濾 之電漿串流， 出此已移除粗 其中該真空 6 ·如申請專 該真空電弧蒸 在该陰極之前 7 ·如申請專 真空電弧蒸發 陰極蒸發面之 8 · —種真空 一真空電弧 之前的一陽極 電弧放電之下 電漿串流；以 一磁性過濾 之電漿串流， 出此已移除粗 其中該真空 其沿著該蒸發 9.如申請專 步包含： ^ ^弓曲和輸送由該真空電弧蒸發源產生 粒；：：：：電漿串流移除粗粒子，以及輪 丁·^包漿串流；以及 電弧某恭、、塔七代日p t …、X源之％極係由磁性材料所製成。 員之真空電弧蒸發裝置，其中當 面部位。°置於適當之位置時，該陽極圍繞 項之真空電弧蒸發裝置，其中該 多個棒狀元*，當其位於該 —被/〇著该陰極之蒸發面置放。 電弧蒸發裝置，其包含： 瘵：：包括一陰極和位於該陰極 :以弧蒸發源在該陰極和陽極：;二 ^攸陰極療發陰極材料而產生含陰極材料之 :藓：：曲和輸送由該真空電弧蒸發源產生 3 一磁場從電漿串流移除粗粒子，以 粒子之電漿串流；以及 輸 面=:V原之陽極至少包括-棒狀陽極，當 利範圍第8項之真空電弧蒸發面裝之置'。更進— 一磁性過濾器 其被置於靠近至少 棒狀陽極而使該棒

   52〇4〇〇 /、、申請專利範圍 、ΐ??立：該磁性元件和該陰極蒸發面之門 a 1〇·如申請專利範圍第8項之直〜t面之間。 棒狀陽極由磁性材料所製成。一電弧蒸發裝置，其中讀 一種真空電弧蒸發裝置，其包人· 一真空電弧蒸發源，其包括一陰3 · $前的-陽極，該真空電弧蒸發；在‘：：:亥，極蒸發运 Ϊ =電之下藉從陰極蒸發陰極材料 電滎串流；以及 產生3陰極材料之 一磁性過濾器，供彎曲和輸送由允 之電漿串流，1 ^ Ρ ^ #將&二，、工電弧蒸發源產生 出此已私除粗粒子之電漿串流；以及 及輪 ^中孩真空電弧蒸發源之陽極至少包括一棒狀 砰於使該棒狀陽極之一端面朝向該陰極蒸發面之扩。八 一1 步2·包如含申請專利範圍第11項之真空電弧蒸發；置，V進 磁ϋ過；慮态，其被置於靠近至少一棒 狀陽極位於該磁性元件和該陰極蒸發面之間。°而使°玄棒 ，其中 其申該 其中該 ^其中 上1 3·如申請專利範圍第11項之真空電弧蒸發裝 该陽極由磁性材料所製成。 1 4·如申請專利範圍第1項之真空電弧蒸發裝置， 磁性元件之電位相等於該陽極之電位。 1 5·如申請專利範圍第1項之真空電弧蒸發裝置， 磁性元件之電位為一浮動電位。 1 6 ·如申晴專利範圍第1 4項之真空電弧蒸發拿置

   C:\2D-CODE\90-ll\901227I8.ptd 第37頁 520400 六、申請專利範圍 該磁性元件安裝於該真空電弧蒸發源内之陽極上。 1 7.如申請專利範圍第1項之真空電弧蒸發裝置，更進一 步包含： 藉一冷凝劑冷卻該磁性元件之冷凝機構，其結合該磁性 元件而放置。 1 8.如申請專利範圍第3項之真空電弧蒸發裝置，更進一 步包含： 藉一冷凝劑冷卻該陽極之冷凝機構，其結合該陽極而放 置。 1 9.如申請專利範圍第1項之真空電弧蒸發裝置，其中該 陰極由碳或主要含碳之材料所製成。 2 0.如申請專利範圍第3項之真空電弧蒸發裝置，其中該 陰極由碳或主要含碳之材料所製成。 2 1.如申請專利範圍第8項之真空電弧蒸發裝置，其中該 陰極由碳或主要含碳之材料所製成。 2 2.如申請專利範圍第11項之真空電弧蒸發裝置，其中 該陰極由碳或主要含碳之材料所製成。

   C:\2D.CODE\90-ll\90122718.ptd 第 38 頁