专利名称：电弧蒸发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种电弧蒸发器，其具有一个构成第一极如阴极的中间电极，其设置在一个构成第二极如阳极的壳体中，其中所述中间电极至少边缘导电地与一个支承装置连接，并且优选从支承装置和/或中间电极引出多个在中间电极边缘区域延伸的导电的第一连接件，所述第一连接件通过一个通向设置在壳体外部的电源的导电的第一导体连接，壳体通过至少一个导电的第二连接件与电源连接。
由EP 0 306 491 B1已知一种开头所述的设备。为了将合金层铺设到一个构件上，使用一个中间电极，其在它的不同的活性平面部分内至少具有两种不同的金属。
US 5,203,980涉及一种同类的具有一个中间电极的电弧蒸发器，在该中间电极的边缘区域内设置了多个电流接头，其均匀分配地从中间电极的一个支承装置引出。
在根据DE 42 43 592 A1中的电弧蒸发器中，通向中间电极的电流输送是通过一个电磁线圈实现，以便使电弧点沿着一个随机通道运动。
在与磁铁的布线方式或者构成阴极的中间电极的构造方式无关的情况下，实现了中间电极的点式电流输送，其结果是，根据电弧点的位置在通向电流接头的中间电极上出现了不同的阻抗。阻抗的变化会导致电弧大幅度地分叉，从而使得中间电极表面大量流出微滴。这种微滴会导致待涂覆的部件表面变粗糙，从而导致涂层的表面质量不佳。阻抗的变化，即在电弧电流设定的情况下电弧电压的变化，其特别是通过电流导入和导出中的损失变得愈发严重，因为其不能被控制系统/控制电子设备所辨认，从而设备操作人员不能进行操作来改变可重复性以及质量。
构成第二极特别是电弧蒸发器的阳极的壳体通常通过一个称为导电的第二连接件的点与电流接头或者电源连接。通常由优质钢制成的壳体就其本身而言是一种较差的导体。根据电弧点所处的位置电流或多或少地在壳体壁中流过很长一段路程，以便可以到达第二连接件，电流通过该第二连接件流出。由此出现了电位损失，其同时导致电弧电流不能始终受到可控制的影响，由此必要时导致电弧点在中间电极上的不受控制的运动。
本发明所要解决的问题在于，对开头所述类型的电弧蒸发器进行改善，使得一方面在与电孤点位置无关的情况下取得中间电极材料的所期望的均匀蒸发，另一方面与电弧点位置无关的情况下，使得出现的电位损失特别是通过沿着壳体流动的电流产生的电位损失降至最低。
根据本发明上述问题这样解决，即多个导电的第二连接件从壳体出发，它们通过一导电的第二导体相互连接并且至少夹紧一个包裹端或至少部分包裹端，其在几何形状上对应于中间电极的包裹端和/或由导电的第一连接件构成的包裹端。特别是被第二连接件夹紧的第二包裹端相对于由中间电极构成的第一包裹端或被第一连接件夹紧的第三包裹端同心地或近似同心的延伸。此外，第一连接件应当确定一个第一平面，第二连接件应当确定一个第二平面，并且第一以及第二平面平行或近似平行地相互延伸，其中特别是包裹端以其中点沿着一条从第一或第二平面出发的法线延伸。
第二导电连接件在其位于壳体外面的一侧通过一个构成为环特别是闭合环的导体与电源连接。如果中间电极或中间电极的支承装置同样通过多个导电的第一连接件与电源连接，那么它们通过一个构成为环特别是闭合环的导体在壳体外面相互连接。
沿着壳体的一个外表面延伸的第二连接件通过焊接或者螺纹连接与壳体连接，并且优选具有一环形的或者套筒形的具有内螺纹的几何形状，以便通过一个旋进内螺纹的螺纹元件将环形导体固定并且与第二连接件导电地连接。
第一连接件可以是销、螺钉、铆钉、螺栓或类似物，其延伸至一装入中间电极的支承板的区域内，并且如上所述在外部特别是与一个由铜制成的环形导体连接。因此导电的第一连接件的结构考虑到中间电极这样实现，即出于该原因在与电弧点位置无关的情况下在中间电极上主要出现均匀的或者近似均匀的阻抗，不言而喻是在同样的过程参数下，如压力以及偏压等等。
因为设置了多个与中间电极对置的并且从一个壳体外壁出发的导电的第二连接件，其间隔地在一定程度上从四周包围中间电极，所以在阴极和阳极之间流动的电流直接通过一个第二连接件流出，其结果是，在等离子体之外的电位损失被降到最低。因此为电弧点的短暂停留提供了最佳的条件，其结果是，可以实现在中间电极材料均匀蚀刻的情况下可重复的最佳的中间电极材料蒸发。
根据本发明在现有的第二以及第一连接件的基础上可以实现始终通向中间电极位置的直接的电流输送，一个电弧点产生在该中间电极位置上，在电流无需流经在外壳上很长的区段的情况下，从而产生了相同的阻抗以及最小的电位损失。
由此作用在电弧点上的磁场的干扰降到最低，从而中间电极材料均匀蚀刻或者蒸发发生在一个理想的范围内，不会发生这样的危险，即，微滴离开中间电极并进入到被外壳包围的真空腔中，由此否则会使得待涂覆的基片的表面不规则或者粗糙。因此可以实现作用在电弧点上的磁场的最佳的支承以及导向效果。此外可以实现最佳的中间电极蚀刻，会节省中间电极材料的费用。
本发明的其它细节、优点以及特征不仅来自具有特征和/或特征组合的权利要求，而且来自从附图中得知的优选实施例的说明。附图包括
图1电弧蒸发器的原理示意图，图2具有电弧点的一个中间电极的原理示意图，图3纯原理地示出了一个中间电极和一个壳体部段的截取部分，图4与中间电极和壳体导电连接的环形导体的原理图。
图1纯原理地示出了一个电弧蒸发器，其具有一个被一个壳体10包围的真空室12，以便为在真空室12中的基片14进行镀层。蚀刻也是可以的。当然，在本实施例中作为使用情况画出一个所应用的硬质材料涂层装置。
为了涂覆设置在一个转盘加料器上的基片14，在真空室12中的中间电极16如钛中间电极或者一个其它适合的中间电极的材料被蒸发，其与导入的反应气体如N2或C2H2反应并且沉积在基片14上的所期望的范围内。为此，在中间电极16和壳体10之间通过一个电源18连接一电压，其中壳体10是阳极，中间电极16是阴极。就这方面而言参考了充分已知的技术，即设置的电压的数量级例如大约为20V，电流的数量级大约为100A。真空室12的压力根据使用情况在0.0001bar到0.1bar之间，其只是示范值。
中间电极16从一个支架20出发，所述支架通过一个绝缘体22相对于一个例如由铝制成的法兰盘24被电绝缘，所述法兰盘24和壳体10连接。在中间电极16和支架20之间有一空腔26，它被冷却液加载以便在期望的范围内对中间电极进行冷却。中间电极16在底部具有一个环形的法兰，以便能够被固定在支架20和一个固定板30之间。在中间电极16和支架20之间设置一个环形的O形环28，以便确保大气和真空室之间的密封。固定板30本身被一个例如由氮化硼制成的绝缘体32遮盖，并且通过绝缘体34，36与底座24进行连接和保护。
支架20、固定板30以及中间电极16通过构成为导电的第一连接的螺栓或螺钉38，40或者起同样作用的元件与一个接头42连接，该接头42构成为环形导体并且将螺栓或螺钉38，40彼此连接，并且该接头42连接到电源18上。电源18的另外一个极通过一个环形导体44通向壳体10。
壳体10构成了阳极并且支架20、盖板30和中间电极16构成了阴极，其中然而只有中间电极16的上表面42被置于真空室12外面，从而在阳极和中间电极16之间可以产生一道电弧和因此产生一个电弧点47，其通过一个位于中间电极16下部和真空室12外部的磁铁43(MAC磁弧禁闭)确定了沿着表面4的运动，即其磁场被确定了。
根据本发明，多个终止于中间电极16的边缘区域的、例如构成为螺栓或螺钉38，40的导电的第一连接件穿过绝缘体22延伸至支架20，从而到达中间电极16，所述第一连接件通过环形导体42与电源18连接。在此，导电的第一连接件相互之间有一相同的距离，并且至少在中间电极16的相互平行延伸的侧面中。
如果中间电极16在其俯视图上具有一个矩形几何形状，那么连接件应当同时把一个包裹端夹紧在一个矩形几何形状上。由此，在上述情况下与电弧点的位置无关地在表面42上产生一个基本相同的阻抗，其结果是，实现了中间电极16的均匀蒸发，并且因此待处理或涂覆的基片14获得了一个期望的表面质量。
在图2中纯原理地示出了具有原理性画出的环形导体42和底板24的中间电极16的底视图。此外原理性示出了从环形导体42出发的特别是构成为螺钉的导电连接件38，40，借助于它们可以清楚地示出，它们沿着中间电极16的纵向边缘以相同的距离相互延伸，其中螺钉38，40沿着平行边缘的距离应当相等(请见在分别相互平行延伸的侧面或者边缘内同等的距离b以及d)。
正如所提及的，环形导体42优选由铜制成，而螺钉或者起同样作用的连接件38，40由黄铜制成。
为了获得期望的相同的电流分配，此外在中间电极16和支架20以及必要时和盖板30之间设置一层导电材料制成的箔片，如黄铜箔片。
为了减小通过优质钢形式的壳体引起的电位损失，在本实施例中中间电极16或者被构成为螺栓或者螺钉38，40的导电的第一连接件夹紧的包裹端被导电的第二连接件46，48包围，第二连接件46，48优选通过同样由铜制成的环形导体44相互连接，该环形导体连接到电源18上。在此，导电的第二连接件46，48夹紧一个包裹端，其与被导电的第一连接件38，40夹紧的包裹端同心地延伸。上述内容通过图1和图4以纯原理的形式表示出来。
在图3中示出了一个配备有壳体壁50的中间电极49的截面部分。导电的第二连接件52，54沿着外壁50以及根据图1在与导电的第一连接件38，40同心地延伸的情况下被设置在壁上或其外壁56上，其例如可由黄铜或者优质钢制成。外壁56具有环形或者套筒形与外表面56焊接在一起的具有内螺纹62，64的第一部段58，60，以便可以拧入固定件如螺钉66，68，其优选为黄铜螺钉。有一导体70如铜条在部段58，60的相应的螺钉头和外表面之间延伸，该导体将导电的第二连接件52，54相互连接并且因此对应于中间电极49的导体42优选构成为环形导体。相应的环形导体70与一电源的正极相连。
此外在图3中示出，在中间电极49和壳体50之间流动的等离子体电弧电流通过一个导电的第二连接件52，54以最短的距离流向环形导体70，从而此外产生了电位损失，其可能由于在壳体中走过的较长的电流路径与光点的位置相关地出现在中间电极48上。
由图4纯原理地示出了本发明的具有两个优选同心地相互延伸的导电环形导体72，74的结构，所述环形导体将第一以及第二连接件76，78，84，86分别相互连接。由此环形导体72将导电的第一连接件76，78连接，其通向一中间电极并且与一电源82的负极88连接。将导电的第二连接件84，86连接的环形导体74与电源80的正极88连接。通过这个措施确保了，电流漏损不会引起任何高的电位损失，并且整个电功率被用来蒸发和应用在等离子体中。
在该实施例中环形导体72，74具有大致相同的几何形状，但不同的尺寸，也可以选择其它的尺寸设计。
此外在图4中示出了，沿着环形导体的一个相应的支腿延伸的第二连接件84，86相互之间具有相同的距离e或f。
权利要求
1.一种电弧蒸发器，具有一个构成第一极如阴极的中间电极(16，49)，其设置在一个构成第二极如阳极的壳体(10)中，其中所述中间电极至少边缘导电地与一个支承装置(20)连接，并且优选从支承装置(20)和/或中间电极(16)引出多个在中间电极边缘区域延伸的导电的第一连接件(38，40，76，78)，所述第一连接件通过一个通向设置在壳体外部的电源(18，82)的导电的第一导体(42，72)连接，壳体通过至少一个导电的第二连接件(44，46，49，53，54，84，86)与电源连接，其特征在于，从壳体(10)引出多个导电的第二连接件(46，48，52，54，84，86)，它们通过一个导电的第二导体(44，70，74)相互连接并且至少夹紧一个包裹端或者至少部分包裹端，其在几何形状上对应于中间电极(16，49)的包裹端和/或由导电的第一连接件(38，40，76，78)构成的包裹端。
2.如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，被导电的第二连接件(46，48，52，54，84，86)夹紧的第二包裹端相对于被中间电极(16)夹紧的第一包裹端或被导电的第一连接件(38，40，76，78)夹紧的第三包裹端同心地或近似同心地延伸。
3.如权利要求1或2所述的电弧蒸发器，其特征在于，导电的第一连接件(38，40，76，78)确定一个第一平面，第二连接件(46，48，52，54，84，86)确定一个第二平面，并且第一以及第二平面平行或近似平行地相互延伸。
4.至少如权利要求2所述的电弧蒸发器，其特征在于，从第一和/或第三包裹端引出的法线穿过第二包裹端的中点或近似中点。
5.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，导电的第二连接件(46，48，52，54，84，86)在壳体(10)外面通过一个构成为环特别是闭合环的第二导体(44，70，74)与电源(18，82)连接。
6.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，优选环绕地构成的第二导体(44，70，74)优选由铜或铝制成或者包含铜或铝。
7.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，导电的第二连接件(46，48，52，54，84，86)优选由黄铜或者优质钢制成。
8.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，从壳体外壁引出导电的第二连接件(44，52，54，84，86)并且特别是与其焊接。
9.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，导电的第二连接件(52，54)具有固定在如焊接在壳体(50)外表面(56)上的环形的或者套筒形的具有内螺纹(62，64)的元件(58，60)，并且可以往所述内螺纹中旋入一个连接元件如螺纹元件(66，68)，并且第二导体(70)如环形导体在环形的或者套筒形的元件以及螺纹元件之间延伸，第二导体(70)与电源(18，82)连接。
10.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，导电的第一连接件(38，40)在壳体(10)外面通过一个构成为环特别是闭合环的第一导体(42)与电源(18，82)连接。
11.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，导电的第一连接件(38，40)这样对准中间电极(16)，使得在与相应电弧点(44)无关的情况下产生相同的或者基本相同的阻抗。
12.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，在中间电极(16)和支承装置(20)之间设置了一个由可良好导电的材料特别是铜箔制成的箔片。
13.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，优选环绕地构成的第一导体(42)优选由铜或铝制成或者包含铜或铝。
14.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，通向支承装置(20)或者中间电极(16)的导电的第一连接件特别是螺钉或螺栓(38，40)，其优选由黄铜制成。
15.至少如权利要求2所述的电弧蒸发器，其特征在于，被导电的第一连接件夹紧的第三包裹端具有中间电极(16)的周边几何形状，并且优选与其同心地延伸。
16.至少如权利要求2所述的电弧蒸发器，其特征在于，被导电的第一连接件夹紧的第三包裹端具有四边形的几何形状，其中沿着每个支腿在导电的第一连接件之间具有相同的或者近似相同的距离(b，d)。
17.至少如权利要求1所述的电弧蒸发器，其特征在于，被导电的第二连接件(84，86)夹紧的第二包裹端具有四边形的几何形状，其中沿着每个支腿在导电的第二连接件之间具有相同的或者近似相同的距离(e，f)。
全文摘要
本发明涉及一种电弧蒸发器，其具有一个构成阴极的中间电极，其被一个形成阳极的壳体包围。为了均匀蒸发中间电极材料，从壳体引出多个通过一个第二导体(74)连接的导电的第二连接件(84，86)，所述第二导体夹紧一个包裹端，其几何形状对应于中间电极的包裹端或者连接中间电极的电连接件(76，78)的第一导体(72)的包裹端。第一以及第二导体(72，74)与一个电源(82)的两个极(80，88)连接。
文档编号C23C14/32GK1742356SQ200380109150
公开日2006年3月1日 申请日期2003年12月2日 优先权日2002年12月2日
发明者H·柯廷斯 申请人:Pvt等离子及真空技术有限责任公司