专利名称：柱状螺旋磁控阴极电弧蒸发源的制作方法
技术领域：
本发明涉及物理汽相沉积，特别是用于真空镀膜的柱状磁控阴极电弧蒸发源。
真空镀膜法是一种将金属或非金属工件置于真空室中，利用辉光放电或弧光放电将工件表面镀上金属或其化合物膜的方法。
阴极电弧蒸发源是利用弧光放电法，使阴极镀膜材料蒸发并电离，产生真空镀膜所需的等离子体流的装置。
电弧法涉及到从阴极弧光辉点放出的阴极物质的离子，阴极弧光辉点是存在于极小的空间的高电流密度、高速变化的一种现象。在真空状态下，被吸到阴极表面的金属离子形成空间电荷层，由此产生强电场使阴极表面上功函数小的点(晶界或微裂纹)开始发射电子。个别发射电子密度高的点产生高密度的电流，该电流产生的热使该点温度上升，而进一步发射热电子，这种反馈作用使电流局部集中。由于电流局部集中产生的热使阴极材料在此局部产生爆发性地等离子化而发射电子和离子，然后留下放电痕，同时放出熔融的阴极材料粒子。发射的离子中的一部分被吸回阴极表面，再次形成空间电荷层，产生强电场，又使新的功函数小的点开始发射电子。
为了改善蒸发离化源的性能，一般在系统中设置有磁场。阴极表面磁场的水平分量( 约20-50高斯)和垂直电场的交互作用，能更有效地束缚电子、离子，延长电子的运动轨迹，从而提高了碰撞电离的几率。磁场可使电弧等离子体加速运动，增加阴极发射电子和离子数量，提高束流的密度和定向性，减小微小团粒(熔滴)的含量。这就相应地提高了沉积速率和膜层的质量。所以磁场对于阴极电弧蒸发源是至关重要的。
众所周知，柱状电弧源比以往的小弧源、大弧源有其独特的优点，是广大镀膜行业都在竞相研制开发的新技术。柱状电弧源可以代替多个小弧源，使结构变得简单，由原来的多点控制变成只控制一点，从而故障率降为最低，且成膜的均匀性大大提高。与大弧源相比，真空室的布置更为简单，空间利用率更大。
CN91230847.8公开了一种柱状靶，在柱状靶中有一块永久性磁铁，工作时，在该磁铁的磁场的作用下，形成一个环状电弧，同时磁铁沿柱靶轴上下移动，使环状电弧上下移动。这种电弧源的缺点是放电面积小、工作效率低，而且需要较复杂的运动装置。
本发明的目的是提供一种克服了上述缺陷的柱状磁控阴极电弧蒸发源。
本发明的电弧源包括弧电源、柱状阴极、套在阴极端部的屏蔽罩、阴极内磁体、固定磁体的基体、使磁体旋转的传动装置、阴极内的冷却通道以及引弧装置，其中所述磁体沿阴极轴向呈螺旋线型布置。
本发明的电弧源中磁体优选呈双螺旋线型布置，其中一条螺旋线型磁体N极向外，另一条S极向外。所述磁体最好呈两头封闭的双螺旋线型布置。
本发明进一步优选的方案为基体为柱状，表面上带螺旋线型槽，块状磁体排列于槽内。
更进一步优选的方案为基体表面上带双螺旋线型槽，块状磁体排列于槽内，沿一条螺旋形槽布置的磁体块N极向外，沿另一条布置的磁体块S极向外。
本发明的电弧源工作时传动装置带动螺旋形磁体匀速旋转，引弧后，整个阴极表面放电均匀、刻蚀均匀，放电面积大，靶材利用率高，可360°和上下同时蒸镀，工作效率高，使用寿命长，而且使与其配套的设备结构大大简化，提高了真空室利用率，节省了材料，降低了成本。
下面结合附图
和实施例进一步说明本发明。
附图为设有本发明的电弧源的真空镀膜装置示意图。
图中标号1为阴极，它被部分剖开，2、2’为屏蔽罩，3为固定磁体的基体，4为布置成双螺旋线型的磁体，5为引弧装置，6为使磁体旋转的旋转轴，7为阴极表面放电轨迹，8为工件偏压电源，9为弧电源，10为进气口，11为抽真空口，12为法兰，13为工件架，14为真空室壁，15为冷却通道。
实施例按附图制备和安装本发明的电弧源和镀膜装置，其中圆筒状阴极外径为64mm，长600mm，厚10mm，圆柱状基体上开有两头封闭(与图中放电轨迹所示相同)的双螺旋线型槽，将若干小块永久磁铁布置于槽中，其中一条螺旋线型槽内的磁铁块N极向外，另一条中S极向外，用粘合剂将磁铁固定于槽内，磁场强度控制为在阴极表面处的磁场强度水平分量 为20-60高斯，放电参数为20V，50A-200A，最高400A，工件温度200-400℃。镀膜时，先将清洗后的工件装卡在工件架上，抽真空后，充入气体，短路引弧，产生阴极镀膜材料与阴极室壁之间的主电弧，使阴极镀膜材料蒸发并电离，迅速离开表面，形成所需要的等离子体流，在工件上成膜。电弧源工作时，双螺线型磁铁使放电区沿柱状阴极表面呈上下封闭的双螺旋型分布，在外力作用下磁铁匀速旋转，这样在每个横截面上有两点放电，两头放电区各有一个小圆弧，其顶端水平切线方向放电区大小几乎和横截面上两点的放电面积相当，于是保证了整个阴极靶面放电的均匀，刻蚀均匀，靶材利用率达70％以上。因为靶材的两头的联接部位不可能被利用，靶材用到一定厚度也不可能再使用，若靶材刻蚀太薄，一旦穿透，冷却水进入真空室及真空系统会损坏设备，所以本发明中的靶材几乎已达极限利用率。
权利要求
1.一种柱状磁控阴极电弧蒸发源，包括弧电源、柱状阴极、套在阴极端部的屏蔽罩、阴极内磁体、固定磁体的基体、使磁体旋转的传动装置、阴极内的冷却通道以及引弧装置，其特征是所述磁体沿阴极轴向呈螺旋线型布置。
2.如权利要求1所述的电弧蒸发源，其特征是所述磁体呈双螺旋线型布置，其中一条螺旋线型磁体N极向外，另一条S极向外。
3.如权利要求2所述的电弧蒸发源，其特征是所述磁体呈两头封闭的双螺旋线型布置。
4.如权利要求1所述的电弧蒸发源，其特征是所述基体为柱状，其表面上带螺旋线型槽，块状磁体排列于槽内。
5.如权利要求4所述的电弧蒸发源，其特征是所述基体表面上带双螺旋线型槽，块状磁体排列于槽内，沿一条螺旋形槽布置的磁体块N极向外，沿另一条布置的磁体块S极向外。
全文摘要
本发明公开了一种柱状磁控阴极电弧蒸发源。该电弧源中的磁体沿阴极轴向呈螺旋线型布置。电弧源工作时，阴极表面放电轨迹为螺旋线型。本发明的电弧源整个阴极表面放电均匀，刻蚀均匀，放电面积大，靶材利用率高，使用寿命长，可广泛用于各种真空镀膜装置中。
文档编号C23C14/32GK1117088SQ9411494
公开日1996年2月21日 申请日期1994年8月18日 优先权日1994年8月18日
发明者马志坚 申请人:马志坚