电弧蒸发器,驱动电弧蒸发器的方法及离子电镀设备的制作方法

专利名称：电弧蒸发器,驱动电弧蒸发器的方法及离子电镀设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电弧蒸发器，驱动电弧蒸发器的方法及离子电镀设备。
背景技术：
离子电镀设备中使用各种类型的蒸发源。这种蒸发源中的一种是电弧蒸发源。
在使用电弧蒸发源的离子电镀设备中，当该设备启动后，在作为电弧蒸发源的阴极和阳极之间产生电弧，阴极材料在阴极的电弧点处熔融蒸发，从阴极移向阳极的电子使蒸发的阴极材料离子化，而离子化的阴极材料附着并沉积在固定于基片座上的基片表面上。从而由阴极材料构成的薄膜就这样形成在基片表面上。
理想的是，在离子电镀设备中，微粒状的阴极材料从阴极飞出并附着在基片的表面上，在这样的理想电镀条件下，基片上形成的薄膜有光滑的表面。在使用高熔点材料如钛作为阴极材料的情况下，微粒状的阴极材料从阴极飞出，使得薄膜具有光滑的表面。
另一方面，在使用低熔点材料如铝作为阴极材料的情况下，熔融且液态阴极材料(大颗粒)飞出，使得薄膜具有粗糙的表面。
作为一种解决办法，可以减小电弧蒸发源的电弧电流以降低阴极的电弧点的温度。但是，因为过度减小电弧电流会使电弧不稳定，因此，当用低熔点材料作为阴极材料时，该方法不能防止薄膜的表面粗糙。

发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出，本发明的目的是提供一种电弧蒸发器，一种驱动电弧蒸发器的方法，和当用低熔点材料作为阴极材料形成薄膜时能防止薄膜表面粗糙的一种离子电镀设备。
根据本发明，提供了一种电弧蒸发器，包括阳极；作为阴极的蒸发源电极；以及用于产生穿过阳极和蒸发源电极的AC方波电弧电流的电流控制单元。
使用这种构成的电弧蒸发器，通过适当地改变电弧电流的方波波形，可以在保持电弧的同时降低电弧电流的平均值。因此，可以降低电弧点的温度。结果，蒸发颗粒的颗粒尺寸可以更小，因此，可以防止基片表面上形成的薄膜表面粗糙。另外，因为可以降低电弧电流的平均值，所以，可以在低温下进行离子电镀。
在这种情况下，AC方波电弧电流在一个周期中，其正值时间比负值时间短。因此，可有效地降低电弧电流的平均值。
同样，在这种情况下，AC方波电弧电流的频率可以是400kHz或更高。因此，因为电弧电流具有负值的绝对时间缩短了，所以，即使为了降低平均电流值而降低电弧电流正值时间和负值时间的比，也可以维持该电弧。
另外，AC方波电弧电流的频率可以在1-10KHz之间。因此，因为电弧电流具有负值的绝对时间可进一步缩短，所以，可适当地维持该电弧。
在电弧蒸发器中，电流控制单元可以控制下述参数中的至少一种AC方波电弧电流的频率，一个周期中的正值时间和负值时间的比，一个周期中的正值绝对值和负值绝对值的比。因此，可以改变电弧电流的方波波形以防止基片上形成的薄膜表面粗糙。
电弧蒸发器还可以包括粒度传感器，用于探测从蒸发源电极蒸发的由阴极材料构成的蒸发颗粒的颗粒尺寸，以及电流控制单元，其根据颗粒大小传感器探测的颗粒大小控制电弧电流的平均值。因此，可以控制电弧电流使蒸发颗粒具有所需的颗粒大小。
在这种情况下，粒度传感器可以包括一对彼此相对放置的电极；在这对电极间形成的DC电场；用以捕获穿过这对电极之间空间且偏离了预定量的蒸发粒子的粒子收集器；以及用于侦测由粒子收集器捕获的蒸发粒子产生的电流量的电流侦测电路。因此，用于蒸发粒子的粒度传感器的结构能够简化。
粒度传感器也可以包括用于向其上附着蒸发粒子且形成薄膜的基片表面的一部分发射光的光发射单元；用于侦测从光发射单元发射出并在基片表面上反射的光的强度的光接收单元；以及用于检测从光发射单元发射的光的强度与由光接收单元侦测的光的强度比的控制电路。因此，用于蒸发粒子的粒度传感器的结构可以简化。
根据本发明，还提供一种驱动电弧蒸发器的方法，该电弧蒸发器具有阳极，作为阴极的蒸发源电极，以及用于产生穿过阳极和蒸发源电极的AC方波电弧电流的电流控制单元，该方法包括控制下述中至少一个电弧电流的频率，一个周期中的正值时间和负值时间的比，以及一个周期中的正值绝对值和负值绝对值的比。因此，可以控制电弧电流使蒸发颗粒具有所需的颗粒大小。
在这种情况下，可以控制电弧电流的频率。因为电弧电流具有负值的绝对时间根据频率而改变，因此，通过设定合适的频率值可以保持该电弧电流。
在驱动电弧蒸发器的方法中，可以控制电弧电流一个周期中的正值时间和负值时间的比。因为电弧电流的平均值根据正值时间和负值时间的比而改变，因此，通过改变正值时间和负值时间的比可以改变电弧电流的平均值及由此改变蒸发颗粒的粒度。另外，因为蒸发颗粒的蒸发速度根据正值时间和负值时间的比而改变，因此，可以通过改变正值时间和负值时间的比改变蒸发颗粒的蒸发速度。
在驱动电弧蒸发器的方法中，还可以控制电弧电流一个周期中的正值绝对值和负值绝对值的比。因为电弧电流的平均值根据正值绝对值和负值绝对值的比而改变，所以，通过改变正值绝对值和负值绝对值的比可以改变电弧电流的平均值，及由此改变蒸发颗粒的粒度。
根据本发明，提供了一种离子电镀设备，该设备包括真空容器；设置在真空容器中用于固定基片的基片座；和使用AC方波电弧电流以蒸发真空容器中的阴极材料的电弧蒸发器。使用这种结构的设备，可防止基片上形成的薄膜表面粗糙。另外，因为可降低电弧电流的平均值，所以，可以在低温下进行离子电镀。
根据本发明，还提供了一种能够在一个容器中进行离子电镀和等离子体化学气相沉积(CVD)的离子电镀设备。使用这种结构的设备，由于该容器一旦抽真空，可以同时进行离子电镀和等离子体CVD，因此，可以降低生产成本。
在这种情况下，离子电镀设备可包括具有排气口和通过其供给材料气体的材料气体供给口的容器；通过排气口抽空容器的排气泵；设置在容器内用于固定基片的基片座；用于蒸发容器内的阴极材料的电弧蒸发器；用于打开/关闭材料气体供给口的装置；遮盖电弧蒸发器的阴极材料蒸发部分的可开启的盖；以及用于在容器内产生等离子体的射频电源。使用这种构造的设备，打开遮盖电弧蒸发器的阴极材料蒸发部分的盖并关闭材料气体供给口以进行离子电镀，而关闭阴极材料蒸发部分的盖并打开材料气体供给口以进行等离子体CVD。以这种方法，可以在一个容器中进行离子电镀和等离子体CVD。一般来说，要涂覆的基片表面具有三维形状。在该离子电镀设备中，因为对电弧蒸发源的空间方位角没有限制，所以，可以把所需数目的电弧蒸发源安装在对于在基片上形成膜最佳的位置上。结果，与利用电阻加热而使用蒸发源的离子电镀相比，本发明的离子电镀可以适宜地进行。
另外，在这种情况下，电弧蒸发器可以使用AC方波电弧电流以蒸发阴极材料。使用这种构造的设备，可以防止在基片上形成的薄膜的表面粗糙。
根据本发明，还提供了一种离子电镀设备，包括真空容器；真空容器内用于固定基片的基片座；用AC方波电弧电流蒸发真空容器内的阴极材料的电弧蒸发器；以及用于在真空容器内产生等离子体的射频电源。通过这种构造的设备，因为蒸发器中使用AC方波电弧电流，甚至是在真空容器中通过施加射频电源进行离子电镀的情况下，也可以减小平均电流来降低阴极材料蒸发部分的温度。
根据本发明，还提供了一种电弧蒸发器，包括阳极；作为阴极的蒸发源电极；用于产生穿过阳极和蒸发源电极的电弧电流的电流控制单元；以及用于使从蒸发源电极蒸发的由阴极材料构成的蒸发颗粒偏转的偏转单元。通过这种构造的设备，因为基片座处于偏转的蒸发颗粒的行进途中，而不是置于蒸发源电极前面，因此，可以防止来自蒸发源电极的辐射热所造成的基片温度升高。
在这种情况下，该电弧蒸发器还可以包括用于旋转偏转单元的装置。通过这种构造的设备，多个基片可以同时进行离子电镀，并通过将这些基片环状置于蒸发源电极前面而不用旋转。
根据本发明，还提供了一种电弧蒸发器，包括阳极；作为阴极的蒸发源电极；以及用于产生穿过阳极和蒸发源电极的电弧电流的电流控制单元，电弧电流具有相对时间轴基本垂直上升、然后随即慢慢地或逐步地下降的波形。因为要蒸发的材料首先被急剧升高的电弧电流迅速加热，然后电弧电流随即开始下降，所以，可以防止蒸发颗粒的粒度很大。结果，可以适当地防止由蒸发材料形成的薄膜表面粗糙。
在这种情况下，电弧电流的波形可以是锯齿波。从而，可以适当地防止蒸发颗粒的粒度很大。并因此，可以适当地防止由蒸发材料形成的薄膜表面粗糙。
另外，在这种情况下，电弧电流的波形可以是重复阶梯波，因此，可以适当地防止蒸发颗粒的粒度变大，并从而可以适当地防止由蒸发材料形成的薄膜表面粗糙。
根据本发明，另外还提供了一种离子电镀设备，包括真空容器；真空容器内用于固定基片的基片座；以及用电弧电流蒸发真空容器内的阴极材料的电弧蒸发器，电弧电流具有相对时间轴基本垂直上升、然后随即慢慢地或逐步地下降的波形。因此，可以防止由蒸发材料形成的薄膜表面粗糙。
根据本发明，另外还提供了一种离子电镀设备，包括真空容器；真空容器内用于固定基片的基片座；用电弧电流蒸发真空容器内的阴极材料的电弧蒸发器，电弧电流具有相对时间轴基本垂直上升、然后随即慢慢地或逐步地下降的波形；以及用于在真空容器内产生等离子体的射频电源。因此，可以防止由蒸发材料形成的薄膜表面粗糙。
本发明的上述及其它目的和特征在对下面附图的详述中会更为明显。


图1是示意性地示出根据本发明的第一实施例的电弧蒸发器和离子电镀设备的构造的横截面图；图2是示意性地示出图1的电弧蒸发器的电流控制单元的构造的方框图；图3是示意性地示出图1的电弧蒸发器的粒度传感器的构造图；图4是示出从图1的电弧蒸发器的电流控制单元输出的电流波形曲线；图5是示意性地示出另一种粒度传感器的构造的横截面图；
图6是示意性地示出根据本发明的第二实施例的离子电镀设备的构造的横截面图；图7是示意性地示出根据本发明的第三实施例的离子电镀设备的构造的横截面图；图8是示出根据本发明的第四实施例的电弧蒸发器的构造的横截面图；图9是示出根据本发明的第五实施例的电弧蒸发器的电弧电流的波形和由蒸发材料形成的薄膜的反射率的表；以及图10是示出根据本发明的第六实施例的电弧蒸发器的电弧电流的波形和由蒸发材料形成的薄膜的反射率的表。
具体实施例方式
下面将参照

本发明的优选实施例。
第一实施例图1是示意性地示出根据本发明的第一实施例的电弧蒸发器和离子电镀设备的构造的横截面图。图2是示意性地示出图1的电弧蒸发器的电流控制单元的构造的方框图。图3是示意性地示出图1的电弧蒸发器的粒度传感器的构造图。图4是示出从图1的电弧蒸发器的电流控制单元输出的电流波形的曲线。
现在参看图1，该实施例的离子电镀设备装备有用于在真空容器5中固定基片7的基片座6和相对基片座6放置的作为阴极的蒸发源电极2。该离子电镀设备还在基片座6的前面装备有粒度传感器4。真空容器5由导电元件构成并电接地。电流控制单元3用于在真空容器5和蒸发源电极2之间施加起弧电压并控制起弧电压所产生的电弧电流。即，真空容器5相当于电弧蒸发源的阳极，而真空容器5和蒸发源电极2构成电弧蒸发源。粒度传感器4的探测信号输入电流控制单元3。电弧蒸发源，电流控制单元3和粒度传感器4构成本实施例的电弧蒸发器1。基片座6由导电元件构成，而偏压电源装置18在基片座6和真空容器5之间施加预定量的偏压。偏压施加成使基片座6相对于真空容器5具有负电势。附图标记8表示由从蒸发源电极2蒸发的、由阴极材料构成的蒸发颗粒。在下面的说明书和权利要求书中，“由蒸发的阴极材料构成的蒸发颗粒”既指蒸发的阴极材料分子又指溅射的阴极材料颗粒。
参看图2和4，电流控制单元3包括将有工业电频率的AC(交流电)电流整流的整流电路41，将从整流电路41输出的DC(直流电)电流转变成方波脉冲电流的斩波电路42，将从斩波电路42输出的方波脉中电流和DC电流合成为AC方波电流的合成电路43，将从合成电路43输出的AC方波电流放大的放大电路44，以及包括CPU的控制电路45。控制电路45收到外部输入的所需值46，并将各个所需值46与放大电路44的输出值及从粒度传感器4输入的值相比较，以此对斩波电路42，合成电路43和放大电路44进行反馈控制。因此，图4的AC方波电流是从放大电路41输出的。在图4中，从真空容器5流向蒸发源电极2的电流设为+(正)。
用于AC方波电流的一个周期T的所需值46，用于一个周期中正值时间T1和负值时间T2的比(下面简称为正值时间T1和负值时间T2的比)的所需值46，用于一个周期中正值A1的绝对值和负值A2的绝对值的比(下面简称为正值A1和负值A2的比)的所需值46，用于振幅(A1+A2)的所需值46，以及用于蒸发颗粒8的粒度的所需值46都是从外部输入的。控制电路45控制斩波电路42以控制AC方波电流的周期T及正值时间T1和负值时间T2的比。控制电路45仍控制合成电路43以控制AC方波电流的正值A1和负值A2的比。控制电路45还控制放大电路44以控制AC方波电流的振幅(A1+A2)。控制电路45还控制AC方波电流的正值时间T1和负值时间T2的比或AC方波电流的正值A1和负值A2的比以控制蒸发颗粒8的粒度。
参看图3，粒度传感器4具有一对彼此相对放置的电极9。从DC电源(未示出)输出的DC电压施加在这对电极9上，以此在这对电极9之间形成DC电场。粒度传感器4中装备有用于捕获穿过这对电极9之间空间且因此偏离了预定量的蒸发颗粒8的颗粒收集器10。粒度传感器4中还装备有用于侦测由粒子收集器10捕获的蒸发颗粒8所产生的电流值的电流探测电路11。表示电流值的信号是从电流探测电路11输出的作为表示粒度的信号。
接下来说明如此构造的离子电镀设备的操作方法。
参看图1-4，将基片7安装在基片座6上，然后启动离子电镀设备。用排气泵(未示出)将真空容器5抽空到预定的真空度并保持该真空度。然后，操纵偏压电源装置18以对基片座6施加预定量的偏压，使基片座6相对于真空容器5保持负电势。然后，启动电流控制单元3，以开始在蒸发源电极2中产生电弧，AC方波电弧电流流经蒸发源电极2。因此，阴极材料从蒸发源电极2中蒸发并生成蒸发颗粒8，从蒸发源电极2移向真空容器5的电子使蒸发颗粒8离子化并附着在基片7上。通过这种方法，由阴极材料构成的薄膜就这样形成在基片表面上。
在该操作的过程中，粒度传感器4捕获部分一部分从蒸发源电极2蒸发的颗粒。如图3所示，因为蒸发并离子化的颗粒经过形成DC电场的一对电极9之间的空间，所以，颗粒的行进路径因为DC电场而偏转。在这种情况下，蒸发颗粒的粒度越小，偏转度越高，因此，从粒度传感器4输出的电流值越大。所以，粒度传感器4可以探测蒸发颗粒8的粒度。收到粒度传感器4输出的粒度信号后，当蒸发颗粒8的粒度较大时，电流控制单元3将降低电弧电流的正值时间T1和负值时间T2的比或电弧电流的正值A1和负值A2的比，这就会降低电弧电流的平均值，以此降低蒸发源电极2的阴极的电弧点处的温度。因此，蒸发颗粒8的粒度将变小。结果，可以防止基片7上形成的薄膜表面粗糙。相反，当蒸发颗粒8的粒度较小时，电流控制单元3将增加电弧电流的正值时间T1和负值时间T2的比或电弧电流的正值A1和负值A2的比，这就会增加电弧电流的平均值，以此升高蒸发源电极2的阴极的电弧点处的温度。因此，蒸发颗粒8的粒度将变大。但是，在实际上，因为蒸发颗粒8的粒度不会小于原子大小，并且因为粒度的所需值设定为原子级，所以，电流控制单元3不会为使蒸发颗粒的粒度变大的目的来控制电弧电流。尽管可以任意改变电弧电流的正值时间T1和负值时间T2的比或电弧电流的正值A1和负值A2的比以改变蒸发颗粒8的粒度，但优选地是改变正值时间T1和负值时间T2的比。这是因为为了保持该电弧需要某一瞬时电流值或更大的值，并且当正值时间T1和负值时间T2的比改变时，在保持某一瞬时电流值或更大的值的同时可以降低平均电流值。应当注意的是改变正值时间T1和负值时间T2的比能改变蒸发速度和蒸发颗粒8的粒度，而改变正值A1和负值A2的比只能改变蒸发颗粒8的粒度。
通过改变外部输入的所需值46，可以改变电弧电流的波形。通过改变周期T即频率，可以改变电弧的稳定性。具体来说，频率越高，电弧的稳定性越高。因此，如果频率低于400Hz，电弧可能是不连续的，因此，需要把频率设定为400Hz或更高，更理想的是把频率设定为几KHz至几十KHz。另外，如上所述，通过改变正值时间T1和负值时间T2的比，可以改变蒸发颗粒8的粒度和蒸发速度，通过改变正值A1和负值A2的比，只能改变蒸发颗粒8的粒度。因此，根据阴极材料的熔点将这些比适宜地设定，就可以防止基片7上形成的薄膜表面粗糙。结果，即使用低熔点材料如铝作为阴极材料，基片7上形成的薄膜而不会有粗糙的表面，这在传统上是作不到的。
接下来说明该实施例的一个改进方案。图5是示意性地示出粒度传感器的另一种结构的横截面图。如图5所示，粒度传感器4包括向蒸发颗粒8附着在其上并在其上形成薄膜的基片7表面的一部分上发射光线的发光装置12，检测从发光装置12发射的后经基片7表面反射的光线的光线接收装置13，以及检测从发光装置12发射的光线强度和由光线接收装置13检测的光线强度的比的控制电路31。在真空容器5的壁部分的一部分内装备有玻璃窗(未示出)，光线通过玻璃窗穿过。例如，可用发光二极管作为发光装置12，光电二极管作为光线接收装置13。
通过这种构造的粒度传感器，因为基片7的光线反射率随蒸发颗粒的粒度变化，并且控制电路31检测的光线强度比根据这一变化而变化，所以，蒸发颗粒的粒度可用简化的方式探测。
第二实施例本发明的第二实施例示出一种在一个容器中能够进行离子电镀和等离子体CVD(化学气相沉积)的离子电镀设备。
图6是示意性地示出该实施例的离子电镀设备构造的横截面图。在图6中，与图1中相同的那些附图标记表示相同或相应的部件。
如图6所示，该实施例的离子电镀设备包括具有排气口22和通过其供给材料气体25的材料气体供给口21的容器5，通过排气口22抽空容器5的排气泵(未示出)，设置在容器5内用于固定基片7的基片座6，用于蒸发容器5内阴极材料的电弧蒸发器(图6中只示出蒸发源电极2)1A、1B，打开/关闭材料气体供给口21的装置(未示出)，遮盖电弧蒸发器1A、1B的蒸发源电极2的可开启的盖51A、51B，容器5内产生等离子体的射频电源23，以及对基片座6施加偏压的DC电源24。
在该实施例中，如图6所示，基片7是汽车的照明灯等的半球状物体。基片7的结构是在玻璃基片上设置有金属层和防锈树脂层。蒸发源电极2设置在基片7下方的容器5的侧壁上，使阴极材料附着到半球形基片7内壁上。
附图标记C0表示DC截止电容器，附图标记L0表示AC截止阻流圈。
接下来说明如此构造的离子电镀设备的操作方法。
首先，如实线所示，打开遮盖蒸发源电极2的盖51A、51B，以将这些电极暴露出来，并关闭材料气体供给口21。还要中止射频电源23，只启动DC电源24。在这种状态下，运行电弧蒸发器1A、1B进行离子电镀。从而由阴极材料构成的金属薄膜形成在基片7上。
然后，如双点划线所示，关闭盖51A、51B以遮盖住蒸发源电极2，并打开材料气体供给口21。这样，包括树脂单体的材料气体25就充满容器5。然后，在该充满材料气体25的状态下，操纵射频电源23和DC电源24进行等离子体CVD。从而在容器5中产生等离子体，并使树脂单体聚合而形成为在基片7的金属薄膜上的树脂薄膜。用这种方式，可以得到在基片7上设置有金属层和防锈树脂层的照明灯。
因为，一旦将容器抽空，可以在一个容器中进行离子电镀和等离子体CVD，因此，可以降低生产成本。另外，因为对蒸发源电极2的空间方位角没有限制，所以，可以把电极2安装在对于基片7上形成薄膜最佳的位置上。因此，即使对半球形基片7也可以进行适宜的离子电镀。
第三实施例图7是示意性地示出根据本发明的第三实施例的离子电镀设备的构造的横截面图。在图7中，与图6中相同的那些附图标记表示相同或相应的部件。
如图7所示，该实施例的离子电镀设备使用第一实施例中的电弧蒸发器1。该实施例与第一实施例相同，除了在基片6和真空容器5之间施加射频电源23产生的射频电压和DC电源24产生的DC偏压之外。
在如此构造的离子电镀设备中，当该设备启动时，射频电源23在真空容器5中产生等离子体，而DC电源24形成从真空容器5至基片座的DC电场。然后，颗粒从蒸发源电极2蒸发出来。蒸发颗粒被等离子体激发并被DC电场加速。加速的颗粒和基片7碰撞，并在其上形成由阴极材料构成的致密薄膜。
因为电弧蒸发器1使用AC方波电弧电流，所以可以降低平均电流，以使蒸发源电极2的温度降低。因此，可以抑制基片7的温度升高，也因此可以在低温下进行离子电镀。在第二和第三实施例中可以得到类似的效果。
第四实施例图8是示意性示出根据本发明的第四实施例的电弧蒸发器的构造的横截面图。在图8中，与图1中相同的那些附图标记表示相同或相应的部件。
参看图8，除了第一实施例中的构造外，该实施例的电弧蒸发器1包括使从蒸发源电极2蒸发的颗粒8偏转的偏转装置33和用于旋转偏转单元33的装置(未示出)。
在该实施例中，偏转装置33由一对在蒸发源电极2上方设置的电极构成，这一对电极连接在DC电源(未示出)上。在偏转装置33上设置屏蔽板32，其在位于蒸发源电极2上方的部分开口。
中心部分开口的截锥状基片座6置于屏蔽板32上方，而很多基片7安装在基片座6的内表面上。
通过这种构造的设备，偏转装置33的该对电极使从蒸发源电极2蒸发的颗粒8偏转并附着在基片座6上的基片7上。具体来说，基片座6处于偏转的蒸发颗粒8的行进途中，而不是置于蒸发源电极2的正上方，因此，可以防止由于蒸发源电极2的辐射热所造成的基片7的温度升高。另外，因为偏转装置33是转动的，所以，如图8所示通过将这些基片7环状置于蒸发源电极2上方，很多基片7可以同时进行离子电镀，而不用旋转这些基片。
第五实施例在本发明的第五实施例中，两种不同的阴极材料设置在图6中根据第二实施例的离子电镀设备中的电弧蒸发器1A、1B的相应蒸发源电极2上，并且在离子电镀过程中在电弧蒸发器1A、1B之间进行切换。使用这种构造的设备时，可以在相同真空容器中形成包括由两种不同材料制成的层的薄膜。
当使用三个或更多个电弧蒸发器时，可以以相同的方式形成包括由三种或更多种不同材料制成的层的薄膜。通过在一个电弧蒸发器中设置多个蒸发源电极可以得到同样的效果。另外，在第一和第七实施例的离子电镀设备中，也可以在多个蒸发源电极中设置不同的阴极材料，并在离子电镀过程中在这些电极之间进行切换。
第六实施例本发明的第六实施例示出能够防止由蒸发材料构成的薄膜的表面粗糙的非AC方波的电弧电流的波形。
图9和10是说明该实施例的电弧蒸发器的电弧电流的波形和由蒸发材料构成的薄膜的反射率的表。
该实施例的电弧蒸发器和离子电镀设备的整个构造与第三实施例(图7)中的基本相同。不同之处在于采用该实施例的电流控制单元以提供具有首先相对时间轴基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的波形的电弧电流。另外，该实施例的电流控制单元不用粒度传感器对电弧电流进行反馈控制。
参看图9和10，在该实施例中，采用重复阶梯波(2号)、锯齿波(3号)和修正锯齿波(4-6号)作为首先相对于时间轴基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的波形。这些波形与DC方波(1号)和相对时间轴逐步上升的波形(7号)的相比较。这种对比是基于由蒸发材料构成的薄膜的反射率作出的。在各个波形的情况下，薄膜是在压力为(5.0×10-3)托的真空容器中在200V的DC偏压下持续3分钟后制成的。各个波形的发生电路是公知的，这里不再说明。
如图9和10所示，在该实施例中，在DC方波(1号)的情况下，反射率是58.9％，而重复阶梯波(2号)和锯齿波(3号)的情况下，反射率分别是67.2％和78.9％，这明显大于DC方波(1号)的情况下的反射率。有较大波峰和较小波峰的锯齿波(4号)能产生最优选的反射率，该反射率是80.1％。首先相对时间轴基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的电弧电流的波形能够令人满意地改进反射率。至于三角波形，这里不是指有连续三角波形的基本锯齿波(3号)和有两个峰的锯齿波(4号)，三角波形相互隔开的波形(6号)和急剧上升的三角波形之间有慢慢上升的三角波形的波形(5号)都能改善反射率，反射率分别是62.4％和70.4％。
另一方面，作为对比的慢慢上升的三角波形(7号)产生的反射率是47.7％，低于使用DC方波时的反射率。
如上所述，该实施例使用具有首先相对时间轴基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的波形的电弧电流，结果，这样制成的由蒸发材料构成的薄膜的反射率比使用方波时制成的薄膜的反射率高。这可能是因为如下事实其可以防止蒸发颗粒的粒度变大，从而防止由蒸发材料构成的薄膜的表面粗糙。这是因为急剧升高的电弧电流能快速加热材料使之在电弧点处蒸发，电弧电流随即开始下降。
虽然把首先相对时间轴基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的波形作为电弧电流的波形来描述，但是，波形可以慢慢下降，例如，以曲线型或之字型下降，或者其可以是AC波形。
虽然该实施例的电弧蒸发器用在第三实施例的使用射频等离子体的离子电镀设备中，但是，该蒸发器可以用在第一实施例的只使用DC偏压的离子电镀或其它气相沉积中。
虽然在第二和第四实施例中，电弧蒸发源使用AC方波电弧电流，但是，也可以使用普通的DC电弧电流或在第六实施例中描述的首先相对时间轴基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的电弧电流。
对于本领域普通技术人员来说，根据上述说明对本发明进行的许多改进和替换的实施例是显而易见的。因此，以上这些描述只为说明之用，其目的是教导本领域普通技术人员本发明的最佳实施方式。在不背离本发明精神的情况下可以对结构和/或功能上的细节进行改变，而在所附的要求保护的权利要求书范围内的所有改进都要求保护。
权利要求
1.一种电弧蒸发器，其包括阳极；作为阴极的蒸发源电极；以及用于产生穿过阳极和蒸发源电极的AC方波电弧电流的电流控制单元。
2.根据权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，AC方波电弧电流在一个周期中，其正值时间比负值时间短。
3.根据权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，AC方波电弧电流的频率是400Hz或更高。
4.根据权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，AC方波电弧电流的频率是1kHz-10kHz。
5.根据权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，电流控制单元能够控制下述中至少一个AC方波电弧电流的频率，一个周期中的正值时间和负值时间的比，一个周期中的正值的绝对值和负值的绝对值的比。
6.根据权利要求1所述的电弧蒸发器，还包括粒度传感器，用于探测从蒸发源电极蒸发的由阴极材料构成的蒸发颗粒的粒度，且电流控制单元适于根据粒度传感器探测的颗粒大小控制电弧电流的平均值。
7.根据权利要求6所述的电弧蒸发器，其特征在于，粒度传感器包括一对彼此相对放置的电极，在这对电极间形成DC电场；用于捕获穿过这对电极之间空间并因此偏转预定量的蒸发颗粒的颗粒收集器；以及用于探测由粒子颗粒收集器捕获的蒸发颗粒产生的电流值的电流探测电路。
8.根据权利要求6所述的电弧蒸发器，其特征在于，粒度传感器包括用于向其上附着蒸发颗粒并在其上形成薄膜的基片表面一部分上发射光线的发光装置；用于探测从发光装置发射出并经基片表面反射的光线强度的光接收装置；以及用于检测从发光装置发射的光线强度与由光接收单元探测的光线强度的比的控制电路。
9.一种驱动电弧蒸发器的方法，该电弧蒸发器具有阳极，作为阴极的蒸发源电极，以及用于产生穿过阳极和蒸发源电极的AC方波电弧电流的电流控制单元，该方法包括控制下述中至少一个电弧电流的频率，一个周期中的正值时间和负值时间的比，一个周期中的正值绝对值和负值绝对值的比。
10.根据权利要求9所述的驱动电弧蒸发器的方法，其特征在于，控制电弧电流的频率。
11.根据权利要求9所述的驱动电弧蒸发器的方法，其特征在于，控制电弧电流的一个周期中的正值时间和负值时间的比。
12.根据权利要求9所述的驱动电弧蒸发器的方法，其特征在于，控制电弧电流的一个周期中的正值的绝对值和负值的绝对值的比。
13.一种离子电镀设备，包括真空容器；设置在真空容器内用于固定基片的基片座；以及用AC方波电弧电流蒸发真空容器内的阴极材料的电弧蒸发器。
14.一种离子电镀设备，能够在一个容器中进行离子电镀和等离子体气相沉积。
15.根据权利要求14所述的离子电镀设备，包括具有排气口和通过其供给材料气体的材料气体供给口的容器；通过排气口抽空容器的排气泵；设置在容器内用于固定基片的基片座；用于蒸发容器内的阴极材料的电弧蒸发器；用于打开/关闭材料气体供给口的装置；遮盖电弧蒸发器的阴极材料蒸发部分的可开启的盖；以及用于在容器内产生等离子体的射频电源。
16.根据权利要求15所述的离子电镀设备，其特征在于，电弧蒸发器用AC方波电弧电流蒸发阴极材料。
17.一种离子电镀设备，包括真空容器；设置在真空容器内用于固定基片的基片座；用AC方波电弧电流蒸发真空容器内的阴极材料的电弧蒸发器；以及用于在真空容器内产生等离子体的射频电源。
18.一种电弧蒸发器，包括阳极；作为阴极的蒸发源电极；用于产生穿过阳极和蒸发源电极的电弧电流的电流控制单元；以及用于使从蒸发源电极蒸发的由阴极材料构成的蒸发颗粒偏转的偏转单元。
19.根据权利要求18所述的电弧蒸发器，还包括用于旋转偏转单元的装置。
20.一种电弧蒸发器，包括阳极；作为阴极的蒸发源电极；以及用于产生穿过阳极和蒸发源电极的电弧电流的电流控制单元，所述电弧电流相对时间轴具有基本垂直上升，然后逐渐或逐步下降的波形。
21.根据权利要求20所述的电弧蒸发器，其特征在于，电弧电流的波形是锯齿波。
22.根据权利要求20所述的电弧蒸发器，其特征在于，电弧电流的波形是重复阶梯波。
23.一种离子电镀设备，包括真空容器；设置在真空容器内用于固定基片的基片座；以及利用电弧电流蒸发真空容器内的阴极材料的电弧蒸发器，所述电弧电流具有相对时间轴基本垂直上升，然后逐渐或逐步下降的波形。
24.一种离子电镀设备，包括真空容器；设置在真空容器内用于固定基片的基片座；利用电弧电流蒸发真空容器内的阴极材料的电弧蒸发器，所述电弧电流具有相对时间轴基本垂直上升、然后逐渐或逐步下降的波形；以及用于在真空容器内产生等离子体的射频电源。
全文摘要
一种电弧蒸发器,包括:阳极;作为阴极的蒸发源电极;以及用于产生穿过阳极和蒸发源电极的AC方波电弧电流的电流控制单元。
文档编号C23C14/32GK1354275SQ0113761
公开日2002年6月19日 申请日期2001年9月26日 优先权日2000年9月26日
发明者泷川志朗, 能势功一, 小泉康浩, 堀崇展, 宫行男 申请人:新明和工业株式会社, 西铁城时计株式会社