專利名稱：用于沉積電絕緣層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1的前序部分用于操作電弧源的方法。
背景技術：
根據(jù)現(xiàn)有技術，可以有不同的方法借助于DC電流供應裝置和脈沖電流供應裝置 的組合來操作電弧源_也稱為電弧蒸發(fā)源或火花蒸發(fā)器。例如在EP 0 666 335 B1中建議，為了使導電性良好的材料蒸發(fā)，可以將脈沖電流 迭加到以直流電流操作的電弧蒸發(fā)器。在此，脈沖電流最高達到5000A，這種脈沖電流利用 電容器放電在從100Hz至50kHz范圍內(nèi)的比較低的脈沖頻率的情況下生成。因此在蒸發(fā)純 金屬目標(Target)的情況下可以顯著減少小滴形成。為了生成脈沖電流的可以不同方式 產(chǎn)生的脈沖形式，使用單獨的電容器放電。在此，例如在產(chǎn)生矩形電流脈沖模型的情況下導 致放電電壓在很短的時間內(nèi)提高，但是該放電電壓不能保持不變，而是再度降下來，原因是 火花電流由于火花放電中的低等離子體阻抗而立刻升高，這導致電容器放電電壓、進而火 花放電電壓下降。盡管推測短時間電壓峰值會產(chǎn)生正面效應，但無法在較長的時間段內(nèi)維 持較高的火花放電電壓。與此相對地，從同一位申請人的文獻CH 01614/06(2006年10月10日)及US 11/548，529 (2006年10月11日)中公知有如下方法所述方法除了描述EP 0 666 335 B1中所提出的方法外，還描述了用于在活性氣體環(huán)境中使金屬蒸發(fā)的脈沖式火花電流， 所述脈沖式火花電流用于產(chǎn)生絕緣層、尤其是氧化層，其中所述文獻CH 01614/06和US 11/548，529在此作為本發(fā)明的整體組成部分被說明。在這種方法中，不僅描述了脈沖對噴 濺物減少的有利作用，而且詳細探討了火花目標在活性氣體環(huán)境中、尤其是在氧氣中的操 作。此外，這兩個專利也首次詳細探討了迭加在火花放電電壓上的電壓脈沖的陡度的重要 性。本申請建立在該發(fā)明上。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所基于的任務是，提出如下一種方法，該方法能夠避免前面提及的現(xiàn)有技 術的缺點并且能夠?qū)⒒鸹ǚ烹姷母唠婋x度的優(yōu)點與提高的放電電壓的優(yōu)點結(jié)合在一起，而 不會使火花陰極-尤其是火花陰極的表面_承受過高的熱負載。該任務通過根據(jù)本發(fā)明的 特征在權利要求1的特征部分中得到解決。在此，在目標的表面點燃或操作電火花放電，并且利用電流源的相對較低的直流 電壓和直流電流同時操作該火花放電。同時貴送由周期性施加的電壓信號所生成的脈沖電 流，其中所述電壓信號的信號形狀基本上可以自由調(diào)整。原則上有許多不同的可能性使火花電流以脈沖方式工作并且以這種方式提高火 花放電電壓。最簡單的方案是使用提供火花放電所需的電流的脈沖式電流供給裝置。但是已經(jīng) 示出，在以屬于現(xiàn)有技術的一般發(fā)電機來切換大電流/使大電流產(chǎn)生脈沖的情況下，該方案無法提高火花放電電壓，或是只能略微提高火花放電電壓，并且提高的時間無法持續(xù)所 施加信號的持續(xù)時間。電壓升高的速度不夠快速，并且也無法通過較高的頻率實現(xiàn)較陡的 邊沿，因為這在大的火花電流達到100A或更高時難以實現(xiàn)或者是不可能的。因此，只以具 有小振幅的短電壓峰值來施加這樣的脈沖信號，該電壓峰值被相應于輸入功率的電流升高 和由于快速增加的載流子供應而降低的等離子體阻抗抵消掉。即使是兩個獨立電流供應裝 置的組合_其中一個以脈沖方式工作_也無法達到明顯的改善。根據(jù)本方明，可以通過并聯(lián)能夠提供高脈沖功率的脈沖式電壓源來操作火花電 流，以確保所述電壓信號具有所希望的信號形狀。如后面將詳細說明的那樣，這例如也可以 通過多個電容器放電的相應快速的時間序列或通過使用特殊配置的電壓供應裝置來達到 相同的效果。此外，通過本發(fā)明所實現(xiàn)的優(yōu)點是，由于對不同目標材料和過程條件的火花放電 的電流/電壓范圍具有更好的掌控性或可調(diào)整性，因此可以調(diào)整工作范圍，其中在工作范 圍內(nèi)能夠以從火花蒸發(fā)中已知的高涂覆速度對涂層進行沉積，并且該涂層具有在涂覆體表 明上形成噴濺物方面的明顯改善的質(zhì)量。這不只適用于對金屬涂層的沉積，而是也適用于在同時沉積速度高的反應過程中 的涂層合成。例如，比傳統(tǒng)火花放電過程具有更高份額的目標電離蒸汽在此可以與同樣是 至少部分被電離或離解的反應氣體在等離子體中或要被涂覆的工件表面上反應以產(chǎn)生相 應的形成涂層的化合物。除了許多已知的硬質(zhì)化合物之外-例如氮化物、碳化物、氰化物、 硼化物、硅化合物和其它元素周期表(根據(jù)2005年的IUPAC標準)第IV、V和VI族的一種 或數(shù)種過渡金屬的化合物、以及鋁化合物，本發(fā)明的方法在這里特別是還可以產(chǎn)生氧化層 或其它絕緣層。本發(fā)明的脈沖式方法對于碳的火花蒸發(fā)尤其有利。在這種材料中，純DC電 流供應裝置很難使陰極火花偏轉(zhuǎn)。與電壓脈沖的迭加對于電子發(fā)射行為的影響似乎是，可 以避免火花基點(Funkenfusspimkt)“卡住”并且能夠沉積出不含氫的硬質(zhì)碳層，例如ta_C。 在這里“卡住”是指火花基點在目標表面的一個很小范圍上的較久停留，這種現(xiàn)象如果發(fā)生 在碳目標上的話經(jīng)常會導致表面受損、噴濺物增多以及降低涂覆速度的后果。不論是有或沒有特殊配置的小型垂直磁場和脈沖迭加的電弧法以及一般的方 法-例如電弧法或噴鍍法，電弧法均適于用來制造具有剛玉結(jié)構的混合晶體，其中在制造 時要對材料源-例如電弧蒸發(fā)器或噴鍍源-施加強電流脈沖或是將該強電流脈沖迭加到DC 基本操作上。因此，只要遵守一定的在下文中進一步闡述的邊界條件就可以在毒化狀態(tài)下 進行操作或是在目標上形成合金。以脈沖源法在剛玉類型的晶格中產(chǎn)生尤其是熱穩(wěn)定的多重氧化物混合晶體層時， 用直流電流以及脈沖電流或交流電流同時饋送至少一個電弧源。在此，利用電弧源或噴鍍 源的作為合金目標來實施的第一電極以及利用第二電極在工件上沉積出涂層，其中用直流 電流或直流電壓以及脈沖電流/交流電流或脈沖電壓/交流電壓來同時饋送所述源。合金 目標在此基本上對應于混合晶體層的組成。在此，優(yōu)選脈沖頻率處于1kHz至200kHz的范 圍內(nèi)，其中所述脈沖電流供應裝置也可以用不同的脈沖寬度比或是以脈沖間隔的方式來操 作。第二電極在此可以與電弧源分開或者被布置為電弧源的陽極，其中所述第一電極 和第二電極以與一個單獨的脈沖電流供應裝置相連接的方式被操作。如果第二電極不是作
5為電弧源的陽極被操作，則所述電弧源可以通過所述脈沖電流供應裝置以與下列材料源之 一相連接的方式被操作-另一個同樣與DC電流供應裝置相連接的電弧蒸發(fā)源；-同樣與電流供應裝置、尤其是DC電流供應裝置相連接的噴鍍源、尤其是磁控管 源的陰極；-同時作為低壓電弧蒸發(fā)器的陽極被操作的蒸發(fā)坩堝。在此，DC電流供應裝置提供的基本電流至少能夠基本上不中斷地維持發(fā)生在電弧 蒸發(fā)源、優(yōu)選是所有的源上的等離子體放電。在此有利的是，用優(yōu)選包含至少一個反向二 極管的電退耦濾波器使DC電流供應裝置和脈沖電流供應裝置分別退耦。在此可以在低于 650°C、優(yōu)選地低于550°C的溫度下進行涂覆。替換于火花蒸發(fā)，只要以遮光板或其它結(jié)構上的措施阻斷工件與火花源之間的光 學連接，則基本上也可以只通過分解氣態(tài)先驅(qū)物(Precureser)來形成涂層。示例性地，尤 其是如VDI 2840的表1中所述的不同的DLC層或金鋼石層是氮化硅、氮化硼以及其它類似 系統(tǒng)。這些層中有許多層也可以在組合過程中被沉積出來，在所述組合過程中有一部分形 成涂層的材料來自于氣相、而另外一部分來自于噴鍍陰極或火花陰極的等離子體。此外，這種方法還可以通過調(diào)整周期性施加的電壓信號的邊沿或形成電壓信號的 針形脈沖的邊沿的高度和陡度來控制火花放電的電子發(fā)射。所述電壓信號或針形脈沖的高 度愈高、或與電壓上升相對應的邊沿陡度愈大，電子發(fā)射就愈強。如果是以直流電流和通過周期性施加的電壓信號所生成的脈沖電流來操作電火 花放電，則有利的是電壓信號的頻率處于1Hz與200kHz之間、優(yōu)選地處于10Hz與50kHz之 間。在此所述電壓信號的信號形狀可以是鋸齒形、多邊形、梯形，其中對許多應用而言，優(yōu)選 矩形的形狀，因為這樣電壓可以特別快速地升高到全振幅高度，并且在整個脈沖持續(xù)時間 Tp期間都可以保持在這個電壓電平PV。在此也可以用間隙脈沖_也就是用脈沖長度短于操作頻率的周期時間的一半的 脈沖-來操作電壓信號或電壓生成器。由于通過火花放電生成的等離子體的高電離度以及因此數(shù)量足夠的現(xiàn)有載流子， 電流也立刻升高或者在幾微秒范圍內(nèi)的延遲后升高。但一方面電荷在等離子體中通過電子 以及通過離子進行傳輸，并且離子具有特定的慣性，另一方面其它的阻力_例如火花電路 中的電纜阻抗_也會起到作用，因此電流不能立刻以相同的程度跟上脈沖式電壓信號。在 此本發(fā)明的方法可以通過施加振幅非常高的電壓信號來充分利用這個效應，其中所述電壓 信號不會受以下將詳細說明的脈沖脈沖長度或針形信號的時間限制，因此不會快速導致電 壓擊穿、電壓生成器過載、形成有害的電飛弧、損傷目標表面、程序中斷、或是其它不期望的 現(xiàn)象?？商鎿Q地或者作為附加的安全措施，可以通過脈沖頻率或針形脈沖頻率對電流升高 進行限制，還可以在超過檢測到的電流閾值時，通過立刻切斷電壓信號來對電流升高進行 限制。在這兩種情況下，都可以根據(jù)需要和由專業(yè)人員針對相應的應用情況例如通過調(diào)整 對應的電壓脈沖的時間常數(shù)例如通過前面提及的間隙操作來可確定地規(guī)定適當?shù)拿}沖間 隔，以便將例如具有不同目標材料或不同過程氣體組成的過程的信號曲線最佳化。在此有利的是，信號形狀是由接連排列的針形脈沖的合成所形成，所述針形脈沖 例如由各個電容器以時間序列控制的放電生成。在此，針形脈沖的邊沿陡度至少為0. 5V/
6U s，優(yōu)選至少為2V/y s，因此針形脈沖的邊沿陡度也確定了由所述合成所構成的電壓信號 的陡度。可以將針形脈沖的序列或持續(xù)時間設定在0. 1kHz至1MHz、或10ms至1 y s之間， 優(yōu)選在1kHz至500kHz、或1ms至2 y s之間。如前面所述，特別有利的是，所選擇的針形脈 沖的合成在脈沖持續(xù)時間Tp期間都具有近似穩(wěn)定的電壓曲線，也就是具有大約為矩形的形 狀，因此能夠在脈沖持續(xù)時間期間在陰極上穩(wěn)定地保持期望的發(fā)射過程。針形脈沖或電壓信號的絕對振幅高度在此應比所施加的直流電壓至少高10 %，優(yōu) 選至少高30%，以達到所期望的較高的電離效應。這種電容器放電序列的優(yōu)點是可以實現(xiàn)很高的脈沖功率，例如每一個脈沖數(shù)百 kW。與此相比，以DC操作的火花目標通常用5kW至10kW來操作。但是，與僅來自一個電容 器放電的高功率脈沖的高頻迭加可能會使源和/或裝置的其它部分過載，并且也不能保證 在脈沖持續(xù)時間期間所期望的電壓穩(wěn)定性。因此，這種高能量電容器放電的頻率范圍應在 大約10kHz以下，最高不超過50kHz。但是如專業(yè)人員所熟悉的那樣，電容較小的電容器及 其時間上的接連排列也可以用較高的頻率進行放電?？商鎿Q地，也可以通過一個或多個在信號長度、信號頻率、電壓振幅、脈沖間隔、和 /或信號形狀方面可以自由調(diào)整的電壓供應裝置來提供這種電壓信號或針形脈沖的相應序 列，只要該電壓供應裝置輸出的脈沖電壓信號具有高的邊沿陡度。這樣的電壓供應裝置例 如在W0_06099759中被詳盡說明。因此，相應的申請、尤其是關于使用這種電壓供應裝置 (在該申請中被稱為真空等離子體生成器)的說明(第14頁第2段至第17頁底)是屬于 本專利申請的組成部分。利用這種生成器也可以實現(xiàn)0. lV/ns至1. OV/ns的邊沿陡度。如果要使用大約處于10kHz至200kHz之間的較高的脈沖頻率，則特別建議使用這 種電壓供應裝置。在此需要考慮的是，使用脈沖式電壓源或電壓供應裝置總是要在可達到 的脈沖能量和可能的頻率之間作出妥協(xié)。為了進一步提高對目標表面的熱激發(fā)，也曾經(jīng)用未冷卻或被加熱的目標進行試 驗，并在氧氣環(huán)境中從很快燒紅的熾熱的目標表面將材料蒸發(fā)。這樣產(chǎn)生的涂層也具有剛 玉類型的晶格。同時，在這樣程序中可以利用放電電壓的升高來確定等離子體阻抗的增加， 該等離子體阻抗之所以會增加是因為熾熱表面的電子發(fā)射與目標材料的蒸汽壓力增加相 結(jié)合的關系，并且還會因為源電流的脈沖而進一步增強。另外一種產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的氧化層的方法是以至少一個源來操作高功率放電。例 如可以通過操作脈沖邊沿陡度至少在0. 02V/ns至2. OV/ns的范圍內(nèi)、優(yōu)選在0. lV/ns至 1. OV/ns范圍內(nèi)的脈沖電流供應裝置或脈沖電壓供應裝置來生成本發(fā)明的氧化層。在此，除 了同時操作DC放電的電壓和電流之外，還施加至少20A、優(yōu)選大于或等于60A的電流，以及 60V至800V之間、優(yōu)選100V至400V之間的電壓。例如可以通過一個或多個串接的電容器 來生成這種電壓針形脈沖，這樣做除了許多不同的其它優(yōu)點外還使得能夠減輕基本電流供 應裝置的負擔。但優(yōu)選是將脈沖生成器連接在兩個同時以DC操作的電弧源之間。令人驚 訝的是，在電弧法中施加針形脈沖可以使源上的電壓根據(jù)所施加的電壓信號的高度在幾微 秒的時間跨度上被提高，相反邊沿陡度較小的脈沖則如所預料的那樣只對源電流的增加造 成影響。如第一個試驗所顯示的那樣，利用這種強電流放電，噴鍍源也可以利用合金目標 來產(chǎn)生具有剛玉結(jié)構、綠鉻礦結(jié)構、或是類似的六角形晶體結(jié)構的多重氧化物，這可能是因為目標表面上的功率密度增加、進而使溫度大幅升高的關系，如前面所述，此時使用未冷卻 或被加熱的目標可能是有利的。高功率放電在這種過程中不論是對高功率電弧還是對高功 率噴鍍都具有類似的特性，也就是對應于從湯森電流電壓圖(Townsend-Strom-Sparmungs-Diagramm)中已知的非正常輝光放電。原則上有不同的措施可以用來提高等離子體或目標表面的阻抗。如上所述，這例 如可以通過迭加針形脈沖、加熱目標表面、或是這兩種措施的組合來實現(xiàn)。在此，所述迭加 是指DC放電電壓與針形脈沖的疊加，其中不排除針形脈沖的短暫迭加，也就是說針形脈沖 的序列至少部分地迭加在一起。專業(yè)人員當然理解，為了達到特別高的效率，還例如可以使 兩個或多個電容器同時放電，這樣就可以形成特別高的針形脈沖。
下面借助于僅示出本發(fā)明的不同實施例的附圖進一步闡述本發(fā)明。其中圖1示出具有DC電流供應和脈沖電流供應的火花涂層設備；圖2示出具有DC電流供應和脈沖電容器的火花涂層設備；圖3示出示意性的電壓曲線；圖4示出示意性的電壓/電流曲線；圖5示出所測量的電壓/電流曲線。
具體實施例方式圖1所示的真空處理設備1示出用于操作電弧源的布置，該布置具有組合的發(fā)電 單元16，該發(fā)電單元16包含DC電流供應裝置13和與該DC電流供應裝置13并聯(lián)的脈沖式 電壓源15、在此是電壓供應裝置15，以便將直流電流與脈沖式電壓信號迭加在一起。這種 線路布置允許穩(wěn)定地操作形成絕緣層的反應的火花蒸發(fā)，其中隨著時間的推移設備1的內(nèi) 部、輔助電極10、和基板固定裝置3以及基板被絕緣層覆蓋。設備1配備有用于產(chǎn)生真空的 泵浦站2、用于容納并電接觸在此未進一步示出的工件的基板固定裝置3、以及用于將所謂 的基板電壓施加到工件上的偏置電流供應裝置4。偏置電流供應裝置4可以是DC電壓供應 裝置、AC電壓供應裝置、或者雙極或單極的基板電壓供應裝置。惰性氣體以及活性氣體可 以通過至少一個過程氣體進氣口 11進入，以便控制反應室中的過程壓力和氣體成分。電弧源本身由具有點火裝置7的目標5和圍繞該目標5的陽極6所構成。利用開 關14可以在如下操作之間進行選擇其中一個操作是對陽極和電流供應裝置13的正極的 浮動操作，另一操作是以定義的零電位/接地電位來進行操作。此外，電弧源也可以包括目 標磁系統(tǒng)12，例如一個或多個線圈和/或永磁系統(tǒng)。此外，真空處理設備1的選擇性特征包括附加的具有惰性氣體進氣口 8的等離子 體源9，在這種情況下是用于生成低壓電弧(NVB)的源；輔助陽極10 ；以及在此未進一步示 出的另一電流供應裝置，該另一電流供應裝置用于操作等離子體源9與輔助陽極10之間的 低壓電??；并且必要時還包括將低壓電弧等離子體磁聚成束的線圈17。在圖2中，脈沖式電壓源由至少一個充電電壓供應裝置18和相應的開關20構成， 該充電電壓供應裝置18用于為多個電容器或電容器陣列19充電，該開關20在時間上控制 地切換電容器19以便在充電電壓供應裝置上充電或者在電弧源上生成針形脈沖。為了簡化起見，在圖2中僅示出一個電容器19和一個開關20，該一個電容器19和一個開關20代 表電容器和開關的相應布置。在此，充電電壓供應裝置18例如提供100V至1000V之間的 恒定電壓，而同樣位于發(fā)電單元16內(nèi)的DC電流供應裝置13的工作電壓則位于用于火花放 電發(fā)生器的一般工作電壓的范圍內(nèi)，也就是處于大約10V至大約100V。圖3示出可以由對開關20的相應控制所生成的可能電壓曲線。在此，一定數(shù)量的 電容器放電被接連排列，使得由電容器放電生成的針形脈沖22的合成(ReSUltierend)21 生成具有脈沖電壓PV的脈沖式電壓信號的信號形狀。在高度相同的針形脈沖的情況下， 基本上相應于有效測量電壓的理想化的合成21的高度大約是最大針形電壓的三分之二高 度，而且可以與由電阻抗和由針形脈沖的間隔產(chǎn)生的波紋迭加。在此針形脈沖22被示出為 三角形，并且沒有間隙。針形脈沖當然也可能具有不規(guī)則的形狀，并且彼此之間也可能排 列有間隙。在此，脈沖式電壓信號落在由DC電流供應裝置13所生成的高度為DV的低壓直 流電壓信號上。通過持續(xù)時間為Tn的針形脈沖22的快速的以分組形式的序列，電壓升高 PV-DV可以在一個較長的時間段Tp內(nèi)保持穩(wěn)定，并且至少在形成持續(xù)時間為Tf的中頻脈沖 信號這么長的時間段內(nèi)保持穩(wěn)定。在此，通過技術人員所公知的施加不同高度或長度的針 形脈沖，或通過使電容器放電與火花放電的阻抗相匹配，可以改變信號的形狀。在矩形信號 的情況下，只要單個電容器的電容被選擇得足夠大，合成21的上升邊沿23就可以具有與針 形脈沖相同的陡度。如專業(yè)人員所公知的那樣，可替換地可以使許多較小的電容器同步發(fā) 出脈沖，以得到相應的電壓信號。在此，可以將Tf設定在5 y s至Is之間，優(yōu)選地在20 u s 至100ms之間。在此，如所提到的那樣，以間隙方式操作也是可行的?？梢詫n設定在1 y s 至100ms之間，優(yōu)選在2 y s至1ms之間。如果希望產(chǎn)生特別短的電壓信號，則可以僅由一 個針形脈沖來構成電壓信號。在這種情況下導致僅形成一個電壓峰值。但是本發(fā)明方法的 可以自由調(diào)整信號形狀的優(yōu)點只在每個電壓信號由3個、優(yōu)選5個、尤其是10個針形脈沖 構成的最小序列的情況下才能被使用。因此，在例如使用矩形脈沖的情況下施加整個脈沖 電壓的時間至少是3微秒、5微秒或10微秒，優(yōu)選是至少6微秒、15微秒或30微秒。在定 時發(fā)出脈沖的情況下，最長持續(xù)時間可以由電壓信號的半頻率來確定。類似地，也可以利用例如在W0_06099759中所述的電壓供應裝置來實現(xiàn)非常陡且 限定明確的電壓信號，這些電壓信號也可以由相繼連續(xù)的針形脈沖的分組所構成，以引起 對火花放電電壓的相應提高。在圖4中說明針對這種串聯(lián)的脈沖式電壓源的作用方式的原理性電壓/電流關 系。圖4A示出的內(nèi)容與圖3類似，沒有用于生成合成21的進一步的細節(jié)，所述合成21即由 DC直流供應裝置13 (虛線)和脈沖電壓源15或18至20 (實線)所產(chǎn)生的火花電壓的電壓 曲線。圖4B示出相應的電流曲線。在此，在脈沖式電壓源施加高度為PV的脈沖電壓的情 況下火花電流的電流實際上直接升高，因此流過火花放電等離子體的放電電流升高。此處 要注意的是，在圖4和圖5中示出的并非放電電流的總合曲線，而是分開地示出由脈沖式電 壓源(實線)以及DC電流供應裝置13(虛線)所生成的電流的曲線。火花電壓很快就達 到額定值，該額定值實際上可以在脈沖的長度期間保持不變，而火花電流則是以近線性的 方式在脈沖的整個持續(xù)時間以明顯較小的斜率發(fā)展，該斜率由電纜阻抗和火花電路的其它 電阻確定。在此，火花電流不會到飽和，這也與根據(jù)湯森圖所預期的一樣。只有電壓脈沖切 斷并且火花放電電壓下降，火花電流才會再度降低。因此理論上可以利用與DC電火花電流供應裝置并聯(lián)的脈沖式電壓源來達到火花放電電壓的近似穩(wěn)定的電壓升高。在此，以脈沖 操作的電壓過沖的陡度和值取決于不同的參數(shù)，例如電纜阻抗、放電阻抗、目標材料等。脈 沖的陡度和電壓升高的振幅也會彼此影響。由于電流上升的相對慣性，電壓脈沖能夠形成 的陡度愈大，這可能的電壓過沖也就越大。但是從圖4中也可以看出，脈沖長度是不能無限 長的，因為電壓過沖導致火花電流跟隨，這通常在達到閾值-也稱為短路電流-時導致自動 切斷電壓供應裝置。該自動切斷點除了可以被用來限制電壓信號的脈沖長度Tp、針形脈沖 的長度Tn以及針形脈沖的序列和布置之外，也可以被用來控制電流升高和在火花陰極上與 該電流升高有關的蒸發(fā)過程。圖5示出在本文后面將進一步說明的脈沖涂層過程期間所記錄的電流電壓曲線， 該電流電壓曲線與從脈沖電壓供應裝置15周期性施加的電壓信號和與來自DC電流供 應裝置13的直流電流IDC相對應的脈沖電流迭加在一起。在此還可以看出，在到達脈 沖電壓PV之后脈沖電流會一直升高，直到脈沖被切斷為止。在這種情況下，相對于DC 操作的電壓過沖大約是-20V。在Oerlikon Balzers公司的Innova生產(chǎn)系統(tǒng)中沉積A1203或(Al，Cr)203涂層時 在以下條件下實施所示出的電流電壓曲線
1.用于產(chǎn)生氧化鋁的火花蒸發(fā)的過程參數(shù) 氧氣流400sccm
過程壓力
DC電源電流Al目標 脈沖電源電流A1目標基板偏壓
lxlCT2mbar 100A
100A,50kHz
10ii s脈沖/10ii s間歇 -40VDC 脈沖或 AC(分別為 50_350kHz)基板溫度約500°C過程時間60min至120min，個別試驗為360min在此，電壓脈沖的合成的上升邊沿23的上升時間被測量為大約是6V/P s。2.用于產(chǎn)生具有剛玉結(jié)構的鋁/鉻氧化物_混合晶體的火花蒸發(fā)的過程參數(shù)氧氣流lOOOsccm過程壓力2. 6xl(T2mbarDC 電源電流 AluCru 120A脈沖電源電流AlQ.7CrQ.3 100A, 30kHz8u s 脈沖 /25 u s 間歇型號為Oerlikon Balzers MAG 6的源磁場的脈沖電流被設定為0. 5A。因此在目 標表面上生成基本上垂直的弱磁場，該弱磁場大約是2mT(20Gs)。基板偏壓U =-60V(雙極，36ii s 負，4ii s 正)基板溫度約550°C過程時間60min 至 120min在此，電壓脈沖的合成的上升脈沖邊沿23的上升時間被測量為大約是2V/y s。
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通過對脈沖電壓供應裝置的相應匹配，例如通過選擇通向火花源的非常短的電纜 連接，陡度最高可以達到lOOV/i! s。附圖標記列表1火花涂層設備
2真空泵浦站
3基板固定裝置
4脈沖偏置供應裝置
5目標
6陽極
7點火裝置
8電離室
9燈絲
10輔助陽極
11進氣口
12目標磁系統(tǒng)
13DC電流供應裝置
14接地開關
15脈沖電壓供應裝置
16發(fā)電單元
17線圈
18充電電壓供應裝置
19電容器
20脈沖開關
21合成
22針形脈沖
23上升邊沿
權利要求
一種用于操作電弧源的方法，其中在目標(5)的表面上點燃或操作電火花放電，并且同時利用分配有直流電壓DV的直流電流以及由周期性施加的電壓信號所生成的脈沖電流來饋送所述火花放電，其特征在于，電弧源上的電壓在幾微秒的時間跨度上被提高。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電壓信號的信號形狀基本上能夠自 由選擇。
3.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述電壓信號的頻率處于IHz與 200kHz之間，優(yōu)選地處于IOHz與50kHz之間。
4.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述信號形狀是鋸齒形、多邊形、 梯形，但優(yōu)選是矩形。
5.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，以間隙操作的方式施加所述電壓信號。
6.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在超過所檢測到的電流閾值的情 況下切斷所述電壓信號。
7.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述信號形狀由接連排列的針形 脈沖(22)的合成(21)形成。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述針形脈沖(22)通過以時間順序控制 的各個電容器(19)的放電或者通過脈沖電壓供應裝置(15)生成。
9.根據(jù)權利要求7和8之一所述的方法，其特征在于，所述針形脈沖(22)的上升邊沿 (23)的邊沿陡度至少為0. 5V/μ s，但優(yōu)選至少為2V/y S。
10.根據(jù)權利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，所述針形脈沖(22)的序列或 持續(xù)時間處于0. IkHz與IMHz或IOms與1 μ s之間，優(yōu)選地處于IkHz與500kHz或Ims與 2μ s之間。
11.根據(jù)權利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，所述針形脈沖(22)的高度PV 比所施加的直流電壓DV至少超出10%，優(yōu)選地至少超出30%。
12.根據(jù)權利要求7至11之一所述的方法，其特征在于，至少3個、優(yōu)選至少5個針形 脈沖(22)被用來生成所述電壓信號。
13.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述電壓信號由在信號長度、信 號頻率、電壓振幅、脈沖間隔和/或信號形狀方面能夠自由調(diào)整的脈沖電壓供應裝置(15) 或發(fā)電單元(16)來提供。
14.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述電壓信號由在針形脈沖的時 間序列、邊沿陡度和/或高度方面能夠自由調(diào)整的脈沖電壓供應裝置(15)或發(fā)電單元(16) 來提供。
15.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述電壓信號的上升邊沿(23) 的陡度至少為0. 5V/μ s，但優(yōu)選至少為2V/y S。
16.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在基本上整個脈沖長度Tp期間都 施加優(yōu)選恒定的脈沖電壓PV。
17.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述周期性施加的電壓信號被替 換地施加到多個電弧源的所述目標(5)上。
18.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，絕緣層、尤其是含有氧化物的層或氧化層被沉積出來。
19.根據(jù)前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述目標(5)的材料由碳或者由 含碳量超過20%體積百分比的材料構成。
20.一種利用按照權利要求1至19之一所述的方法所操作的電弧源來制造涂覆有涂層 的基板的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作電弧源的方法，其中在目標的表面點燃或操作火花放電，并且同時利用分配有直流電壓DV的直流電流以及由周期性施加的電壓信號所生成的脈沖電流來饋送該火花放電。在此，所述電弧源上的電壓在幾微秒的時間跨度上被提高，以及所述電壓信號的信號形狀基本上可以自由調(diào)整。
文檔編號H01J37/32GK101855699SQ200880115233
公開日2010年10月6日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權日2007年11月8日
發(fā)明者C·沃爾拉布, J·拉姆 申請人:歐瑞康貿(mào)易股份公司(特呂巴赫)