TWI544101B - 用於具火花擴散空間限制之電弧汽化的標靶 - Google Patents
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Description
本發明係一種用於如申請專利範圍第1項描述之電弧汽化源的標靶，此外本發明還包括一相應的電弧汽化源及一種利用電弧汽化形成塗層的方法。
在以下的說明中，所謂電弧汽化是指一種在真空中利用汽化進行的物理塗層法，這種方法是從為此準備之表面材料汽化出陰極焦斑。在以下的說明中將在其內部放置待汽化之材料的裝置稱為標靶。標靶與一點燃火花用的點火裝置及一維持火花用的電源共同構成一電弧源。在以下的說明中，所謂電弧限制是指限制陰極焦斑之擴散。
電弧源主要是由磁場所驅動。為此在標靶上設有磁性介質，這些磁性介質會在標靶之外的待汽化之標靶材料的表面上方(也就是在該表面的附近)產生磁力線分佈(以下簡稱為磁場)，這會對陰極焦斑在標靶表面上的移動速度及放電條件(例如放電電壓)造成影響。
在產生磁場時會出現的一個問題是，當軸對稱場之中心位置力線不是零的時候，中心位置的力線一定會從垂直於表面的方向離開標靶。第1圖顯示圓形標靶的情況，第2圖顯示矩形標靶的情況。在力線基本上垂直於標靶表面的區域，陰極焦斑(cathode focal spot)的移動速度會大幅降低。這個效應可稱為陰極焦斑在中心位置的崩塌，這會導致材料損耗加劇，以及使形成之微滴的數量及尺寸均變大。此處所稱的微滴是指從標靶表面被拋出的標靶材料的液體膠合物(也就是說非汽化膠合物)，這些微滴是以巨大粒子的形式降落在塗層的基板上。這在活性塗層過程中經常會導致膠合體無法與活性氣體完全反應。
為防止陰極焦斑在標靶中心位置崩塌，主要有兩種已知方法可供選擇。
其中一種已知的方法是透過選擇適當的磁系統，以避免陰極焦斑崩塌。例如可以透過分岔的磁力線達到這個目的。但是透過磁場的聚焦有助於將汽化的材料引導到待塗層的基板，因而可以提高材料使用的效率，而使用分岔的磁力線則必須放棄這個優點。
另外一種已知的方法是將陰極焦斑趕出標靶的中心區域(雖然磁力線是垂直離開)，也就是說將陰極焦斑的分佈範圍限制在標靶之中心區域以外的範圍。根據WO 0016373，可以在標靶的中心區域設置一以二次電子發射率較小之材料製成的膜片，以減弱陰極焦斑在中心區域的崩塌問題。例如可以用氮化硼作為膜片材料。但是這種方法的問題是，形成於膜片表面的塗層會使膜片具有導電性，導致陰極焦斑可能在膜片表面上移動，因而使待形成的塗層滲雜不良的成份。
本發明的目的是提出一種至少能夠克服先前技術之部分缺點的方法。此外，這種方法還要能夠確保塗層作業區的適用性，也就是說要能夠滿足對於低生產成本、作業穩定性、以及易於維修的要求。
採用具有申請專利範圍第1項之特徵的標靶即可達到上述目的。附屬申請專利範圍之內容為其他各種有利的實施方式。
發明人發現WO 0016373的一個問題是，即使二次電子發射率很低，因塗層造成的導電性使膜片及汽化材料之間產生的接觸仍有可能使膜片表面產生火花放電。
本發明可以非常有效率的將陰極焦斑趕出標靶表面的中心區域，因此在塗層過程中，中心區域的電子後補充會一直受到壓抑，也就是說，火花放電會因為電流承載能力不足而無法發生。例如可以透過使中心區域一直處於絕緣狀態，並與電漂浮電位接通，以達到這個目的。令人訝異的是，只要一直壓抑標靶中心區域的電子後補充，甚至可以用與標靶表面之其餘區域相同的材料作為膜片材料。這樣使用二次電子放射較低的材料就不再是必要的先決條件。因此即使陰極焦斑因偶然短時間漂移至膜片，也不會導致塗層受污染。
以下配合實施例及圖式對本發明的內容做進一步的說明。
如第3圖所示，根據第一個實施例，標靶1含有標靶材料3(例如鈦)，其在中心區域的造型5可容納電絕緣的圓盤7，其中圓盤7係經由一安全環11被支撐在一絕緣銷針9上。例如可以用不導電的陶瓷材料製作絕緣銷針9。標靶材料3及圓盤7之間的距離大約在1.5mm至3.5mm之間。如果這個距離超過這個範圍，陰極焦斑就會有摻雜到處於漂浮電位的圓盤7的危險。如果這個距離小於1.5mm，隨著塗層材料的增加，標靶材料3及圓盤7之間就會有形成電接觸的危險。
製造標靶時最好是先將一片以標靶材料製成的板件置於一載板(未在圖式中繪出)上，該載板的功能是作用冷卻及電接觸之用。接著再將絕緣銷針9、圓盤7、以及安全環11固定住。
許多應用方式是將標靶1設置在塗層室的側壁上。對圓形標靶而言，這表示標靶1的對稱軸位於水平方向上。在本實施例中，圓盤7帶有一個孔，圓盤7就是透過這個孔被推入絕緣銷針9。這個孔的直徑最好是比圓孔穿過絕緣銷針9之部分的直徑大上0.1mm的若干倍。由於重力的關係，圓盤7會支承在絕緣銷針9之上半部外殼的一條線上。如第3圖所示，安全環11下沉降到圓盤7的一個中心造型內。這會使支承線進一步縮短，同時在不利的情況下，因為公差的關係，圓盤7的重心位置會使圓盤7傾倒在絕緣銷針9的外殼上。為了防止這種情況的發生，根據本實施例的一種改良方式，圓盤7具有一或數個造型13。造型13的作用是使圓盤7的重心在軸上被推離安全環11，因而使圓盤7不會傾倒。
根據本實施例，圓盤7是以導電材料(例如金屬)製成。根據一種特別有利的實施方式，漂浮的圓盤7是以軟磁性材料製成，這樣就可以使圓盤通過外緣的力線是以垂直方向離開，也就是以基本上平行於標靶表面的方向離開，如第4圖中右邊虛線所示的方向。這樣就可以確保陰極焦斑能夠以很快的移動速度通過整個剩下的標靶區域。
本發明提出一種用於電弧源的標靶，該標靶具有一由待汽化之材料構成的第一本體3，該第一本體3在一平面上具有一用於汽化的表面，其中在此平面上的這個表面將一中心區域環繞住，其特徵為，在中心區域內設有一與第一本體3電絕緣且最好是圓盤狀的第二本體7，基本上第二本體7不會產生任何可以維持火花的電子。
第一本體3在中心區域最好是具有一造型5，第二本體7沉降至造型5，並被一絕緣銷針9固定住，其中第一本體3及第二本體7之間的距離是介於1.5mm至3.5mm之間的一或數個數值，根據一種特別有利的實施方式，第二本體7至少在一凸出於造型5的表面上含有與第一本體3相同的材料。
第二本體7可具有一或數個造型13，以便使第二本體7在軸上的重心與孔的外殼位於相同的高度。
根據另外一種特別有利的實施方式，第二本體7是以軟磁性材料製成。
1．．．標靶
3．．．標靶材料
5，13．．．造型
7．．．圓盤
9．．．絕緣銷針
11．．．安全環
第1圖：從一圓形標靶之表面離開的磁力線。
第2圖：從一矩形標靶之表面離開的磁力線。
第3圖：本發明之標靶的一個實施例及其力線分佈，其中該標靶具有一非磁性的圓盤。
第4圖：本發明之標靶的一個實施例及其力線分佈，其中該標靶具有以軟磁性材料製成的磁性圓盤。
1．．．標靶
3．．．標靶材料
5．．．造型
7．．．圓盤
9．．．絕緣銷針
11．．．安全環
13．．．造型
Claims (5)
- 一種用於電弧源的標靶，具有一由待汽化之材料構成的第一本體(3)，第一本體(3)在一平面上具有一用於汽化的表面，其中在此平面上的這個表面將一中心區域環繞住，其特徵為：在中心區域內設有一與第一本體(3)電絕緣且最好是圓盤狀的第二本體(7)，基本上第二本體(7)不會產生任何可以維持火花的電子；其中第一本體(3)在中心區域具有一造型(5)，第二本體(7)沉降至造型(5)，並被一絕緣銷針(9)固定住，其中第一本體(3)及第二本體(7)之間的距離是介於1.5mm至3.5mm之間的一或數個數值。
- 如申請專利範圍第1項的標靶，其中第二本體(7)至少在一凸出於造型(5)的表面上含有與第一本體(3)相同的材料。
- 如申請專利範圍第1項的標靶，其中第二本體(7)具有至少一個造型(13)，以便使第二本體(7)在軸上的重心與孔的外殼位於相同的高度。
- 如申請專利範圍第2項的標靶，其中第二本體(7)具有至少一個造型(13)，以便使第二本體(7)在軸上的重心與孔的外殼位於相同的高度。
- 如申請專利範圍第1至4項中任一項的標靶，其中第二本體是以軟磁性材料製成。
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