DE102015113104A1 - Apparatus for igniting a vacuum arc discharge and method for its use - Google Patents

Apparatus for igniting a vacuum arc discharge and method for its use Download PDF

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Dietmar Fischer
Michael Falz
Barbara Gebhardt
Jörg Brücke
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Isa Installations- Steuerungs- U Automatisierungssysteme GmbH
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    • H05H2242/20—Power circuits
    • H05H2242/22—DC, AC or pulsed generators

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung und Verfahren zu deren Anwendung, mit denen eine einfache und sichere Zündung der Vakuumbogenentladung über die gesamte technologisch vorgegebene Betriebszeit gewährleistet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 2 weist in der Nähe des Targets des Vakuumbogenverdampfers eine Zündelektrode (10, 15) auf, an der mittels einer Hilfsplasmaeinrichtung eine Zündleistung zwischen 30 und 100 kW, vorzugsweise 70 kW, bereitgestellt wird, die geeignet ist, eine Vakuumbogenentladung am Vakuumbogenverdampfer auszulösen. Dazu werden zwei funktionell gleichwertige Ausführungen angegeben. Bei der ersten Ausführung speist eine Hochspannungsquelle (8) einen Hochspannungskondensator (9), der zur Zündelektrode (10) hin entladen werden kann. Bei der zweiten Ausführung kann eine Hochspannungsquelle (20) mit einer anodischen Hochspannungselektrode (14) verbunden werden. Die Zündelektrode (15) ist im Raum zwischen dem Target (3) und der Hochspannungselektrode (14) angeordnet. Ein Kondensator (16) kann zur Zündelektrode (15) hin entladen werden.The invention relates to a device for igniting a vacuum arc discharge and method for its application, which ensures a simple and reliable ignition of the vacuum arc discharge over the entire technologically predetermined operating time. The device according to the invention with the independent claims 1 and 2 has in the vicinity of the target of the vacuum arc evaporator an ignition electrode (10, 15) on which by means of an auxiliary plasma device, a starting power between 30 and 100 kW, preferably 70 kW, is provided, which is suitable to initiate a vacuum arc discharge on the vacuum arc evaporator. For this purpose, two functionally equivalent versions are given. In the first embodiment, a high voltage source (8) feeds a high voltage capacitor (9) which can be discharged to the ignition electrode (10). In the second embodiment, a high voltage source (20) may be connected to an anodic high voltage electrode (14). The ignition electrode (15) is arranged in the space between the target (3) and the high voltage electrode (14). A capacitor (16) can be discharged to the ignition electrode (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung mit den gleichwirkenden Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. 2 und zugehörig Verfahren zu deren Anwendung mit den Merkmalen nach Anspruch 6 bzw. 7. Die Vorrichtungen dienen insbesondere zur leistungsstarken Beschichtung von funktionellen oder dekorativen Beschichtungen aus verdampfbaren Materialien auf Substraten wie beispielhaft Werkzeuge, Reflektoren oder Dekorelemente.The invention relates to a device for igniting a vacuum arc discharge with the same effect features according to claim 1 or 2 and associated methods for their use with the features of claim 6 or 7. The devices are used in particular for high-performance coating of functional or decorative coatings of vaporizable materials on substrates such as, for example, tools, reflectors or decorative elements.

Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zum Zünden einer niederenergetischen Vakuumbogenentladung, auch Lichtbogenentladung genannt, bekannt. Als Stand der Technik sind hier insbesondere Lösungen relevant, die mittels Hilfsplasmaeinrichtungen geeignete Bedingungen zum Zünden der Vakuumbogenentladung schaffen.Various solutions for igniting a low-energy vacuum arc discharge, also called arc discharge, are known in the prior art. Particularly relevant as prior art are solutions which create suitable conditions for igniting the vacuum arc discharge by means of auxiliary plasma devices.

Die DE 10042629 C2 gibt einen Lichtbogenverdampfer mit einer Kathode, einer Anode und einer Zündeinrichtung an. Die Zündeinrichtung umfasst eine Ionenquelle, welche Ionen in den Raum zwischen der Kathode und der Anode einbringt. Die Ionenquelle ist vorzugsweise selbst eine Hilfsplasmaeinrichtung, mit der Material zur Bereitstellung der freien Ionen verdampft und in einen Plasmazustand überführt wird. Die Hilfsplasmaeinrichtung ist aus einer Zündelektrode und einer Hilfsanode aufgebaut, die durch einen isolierenden Träger getrennt sind, auf dem sich Material zur Lieferung der freien Ionen befindet. Durch Beaufschlagung mit einem Zündimpuls wird ein starker Stromfluss über den Träger ausgelöst und das Material verdampft und in den Plasmazustand überführt. Eine Lade- und Kontrolleinheit zur Messung der Lichtbogenspannung zwischen der Kathode und der Anode betätigt in Abhängigkeit der gemessenen Lichtbogenspannung die Zündvorrichtung. Die Lichtbogenspannung wird laufend gemessen und bei Erreichen eines kritischen Wertes wird die Zündvorrichtung abermals betätigt, bevor der Lichtbogen erlischt.The DE 10042629 C2 indicates an arc evaporator with a cathode, an anode and an ignition device. The ignition device comprises an ion source which introduces ions into the space between the cathode and the anode. The ion source is preferably itself an auxiliary plasma device, with which material is evaporated to provide the free ions and converted into a plasma state. The auxiliary plasma device is composed of a starting electrode and an auxiliary anode which are separated by an insulating support having material for supplying the free ions. By applying an ignition pulse, a strong current flow is triggered via the carrier and the material is vaporized and transferred to the plasma state. A charging and control unit for measuring the arc voltage between the cathode and the anode actuates the ignition device as a function of the measured arc voltage. The arc voltage is continuously measured and upon reaching a critical value, the ignition device is actuated again before the arc goes out.

Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung und Verfahren zu deren Anwendung anzugeben, mit denen eine einfache und sichere Zündung der Vakuumbogenentladung über die gesamte technologisch vorgegebene Betriebszeit gewährleistet ist.The invention has for its object to provide a device for igniting a vacuum arc discharge and method for its application, which ensures a simple and reliable ignition of the vacuum arc discharge over the entire technologically predetermined operating time.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei gleichwirkenden Ausführungen und deren verfahrensgemäßen Anwendung in der Nähe des Targets des Vakuumbogenverdampfers an einer Zündelektrode mittels Hilfsplasmaeinrichtungen eine Zündleistung zwischen 30 und 100 kW, vorzugsweise 70 kW, bereitgestellt wird, die geeignet ist, eine Vakuumbogenentladung am Vakuumbogenverdampfer auszulösen. Dazu werden zwei funktionell gleichwertige Vorrichtungen angegeben sowie entsprechende Verfahren zur Anwendung der Vorrichtungen.The essence of the invention is that with the device according to the invention in two equivalent embodiments and their application according to the application in the vicinity of the target of the vacuum arc evaporator to an ignition electrode by means of auxiliary plasma devices ignition power between 30 and 100 kW, preferably 70 kW, is provided, which is suitable to initiate a vacuum arc discharge on the vacuum arc evaporator. For this purpose, two functionally equivalent devices are given as well as corresponding methods for the application of the devices.

Bei der Vorrichtung nach Anspruch 1 wird eine Hilfplasmaeinrichtung angegeben, die eine Zündenergie bereitstellt, welche eine Vakuumbogenentladung am Vakuumbogenverdampfer auslöst. Die Zündenergie liefert eine Hochspannungsquelle, die einen Hochspannungskondensator speist, der zur Zündelektrode hin entladen werden kann. Die Zündelektrode ist in der Nähe des Targets angeordnet. Eine Mess- und Steuereinrichtung erfasst und regelt die elektrischen Parameter. Die Baudelemente der Hilfplasmaeinrichtung sind so ausgelegt, dass eine angegebene Zündleistung an der Zündelektrode bereitgestellt werden kann.In the apparatus of claim 1, an auxiliary plasma device is provided which provides an ignition energy which triggers a vacuum arc discharge on the vacuum arc evaporator. The ignition energy provides a high voltage source that feeds a high voltage capacitor that can be discharged to the ignition electrode. The ignition electrode is arranged in the vicinity of the target. A measuring and control device detects and regulates the electrical parameters. The baud elements of the auxiliary plasma device are designed so that a specified ignition power can be provided at the ignition electrode.

Zur erstmaligen Zündung eines Vakuumbogens werden in der Vakuumkammer die technologisch vorgegebenen Parameter eingestellt. Das sind insbesondere die erforderliche Art des Prozessgase sowie der Arbeitsdruck. Weiterhin ist der erforderliche Strom für das Target einzustellen. Obwohl danach alle für eine Vakuumbogenverdampfung erforderlichen Betriebsparameter gegeben sind, kommt es nicht zur Zündung eines Vakuumbogens. Dafür ist eine Zündvorrichtung erforderlich. Erfindungsgemäß wird eine Hilfsplasmaeinrichtung mit zwei abweichenden Ausführungen aber gleichwirkenden Merkmalen angegeben, die beide über eine Hochspannungsquelle, einen Kondensator sowie eine Zündelektrode in der Nähe des Targets verfügen, wobei verfahrensgemäß an der Zündelektrode eine Zündleistung zwischen 30 und 100 kW, vorzugsweise 70 kW, bereitgestellt wird. Der angegebene relativ große Bereich einer Zündleistung zwischen 30 und 100 kW ergibt sich aus den vielseitigen unterschiedlichen Konfigurationen der einzelnen Vakuumbogenverdampfer in der Praxis. In einzelnen Fällen kann es vorteilhaft sein, den Bereich auch nach oben oder unten auszudehnen.For initial ignition of a vacuum arc, the technologically predetermined parameters are set in the vacuum chamber. These are in particular the required type of process gases and the working pressure. Furthermore, the required current for the target is set. Although thereafter, all the operating parameters required for vacuum arc evaporation are present, the ignition of a vacuum arc does not occur. This requires an ignition device. According to the invention, an auxiliary plasma device with two different designs but equivalent features is indicated, both of which have a high voltage source, a capacitor and an ignition electrode in the vicinity of the target, according to the method at the ignition electrode ignition power between 30 and 100 kW, preferably 70 kW, is provided , The stated relatively large range of ignition power between 30 and 100 kW results from the many different configurations of the individual vacuum arc evaporators in practice. In some cases it may be advantageous to extend the area also up or down.

Nach Anspruch 1 weist die Hilfsplasmaeinrichtung eine Hochspannungsquelle auf, die einen Hochspannungskondensator speist, der zur Zündelektrode hin entladen werden kann. Zur Erfassung der aktuellen elektrischen Parameter ist eine Mess- und Steuereinrichtung vorgesehen, die in der Folge die elektrischen Parameter regelt, d.h. insbesondere den Hochspannungskondensator lädt und zur gegebenen Zeit zur Zündelektrode hin entlädt.According to claim 1, the auxiliary plasma means to a high voltage source which feeds a high voltage capacitor, which can be discharged to the ignition electrode. To detect the current electrical parameters, a measuring and control device is provided which subsequently regulates the electrical parameters, i. in particular, charges the high voltage capacitor and discharges at a given time to the ignition electrode.

Nach Anspruch 2 weist die Hilfsplasmaeinrichtung eine Hochspannungsquelle auf, die mit einer Hochspannungselektrode verbunden werden kann. Im Raum zwischen der Hochspannungselektrode und dem Target ist die Zündelektrode vorhanden, die ihrerseits mit einem Kondensator verbunden werden kann, der mit einer Niederspannungsquelle, z.B. der Stromquelle für den Vakuumbogen verbunden ist. Die Erfassung der aktuellen elektrischen Parameter erfolgt ebenfalls über eine Mess- und Steuereinrichtung, die in der Folge die elektrischen Parameter regelt, d.h. insbesondere den Kondensator lädt und zur gegebenen Zeit zur Zündelektrode hin entlädt. Die Hochspannungselektrode kann dabei permanent an der Hochspannungsquelle anliegen oder von der Mess- und Steuereinrichtung nur bei Bedarf zugeschaltet werden.According to claim 2, the auxiliary plasma means to a high voltage source, which can be connected to a high voltage electrode. The ignition electrode is present in the space between the high-voltage electrode and the target. which in turn can be connected to a capacitor which is connected to a low voltage source, eg the current source for the vacuum arc. The detection of the current electrical parameters also takes place via a measuring and control device, which regulates the electrical parameters in the sequence, ie in particular charges the capacitor and discharges at a given time to the ignition electrode. The high voltage electrode can be permanently applied to the high voltage source or be switched on by the measuring and control device only when needed.

Der Vorteil der Ausführung nach Anspruch 2 besteht gegenüber Anspruch 1 darin, dass für die Hochspannungsquelle geringere Leistungen ermöglicht werden, da der Energieanteil, der über den Kondensator bereitgestellt werden muss, aus der Niederspannungsquelle gezogen werden kann. Damit können die technischen Aufwendungen für den Hochspannungsteil gesenkt werden.The advantage of the embodiment according to claim 2 over claim 1 is that lower power is made possible for the high voltage source since the amount of energy that must be provided across the capacitor can be drawn from the low voltage source. Thus, the technical expenses for the high voltage part can be reduced.

Gegenüber dem Stand der Technik besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass keine mechanisch bewegten Zündvorrichtungen mit ihrem hohen Verschleiss oder Leitpasten und ähnliche Metalldampf bildende Plasmen erforderlich sind. Compared to the prior art, the advantage of the invention is that no mechanically moving ignition devices with their high wear or conductive pastes and similar metal vapor-forming plasmas are required.

Die Erfindung realisiert in der Nähe des Targets ein zeitlich und örtlich begrenztes dichtes Plasma mit den gegebenen Prozessgasen, welches eine derartige Dichte aufweist, dass am Target ein Vakuumbogen ausgelöst wird. Außer der Hochspannungsquelle, einem Hochspannung- bzw. (Niederspannung-)Kondensator, einer Zündelektrode und nach Anspruch 2 einer Hochspannungselektrode sind keine weiteren Elemente erforderlich. Die Mess- und Steuereinrichtung ist allgemein bei allen Lösungen auch nach dem Stand der Technik bereits vorhanden.The invention realizes in the vicinity of the target a temporally and locally limited dense plasma with the given process gases, which has a density such that a vacuum arc is triggered at the target. Except the high voltage source, a high voltage or (low voltage) capacitor, a starting electrode and according to claim 2 of a high voltage electrode no further elements are required. The measuring and control device is generally already present in all solutions according to the prior art.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Zugehörig zeigt die 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung nach Anspruch 1 und 2 nach Anspruch 2. In 3 (zu 1) und 4 (zu 2) werden die zugehörigen schematischen Schaltpläne dargestellt.The invention will be explained in more detail below with reference to two exemplary embodiments. Belonging shows the 1 a schematic representation of a device according to the invention for igniting a vacuum arc discharge according to claim 1 and 2 according to claim 2. In 3 (to 1 ) and 4 (to 2 ), the associated schematic diagrams are shown.

Ausführungsbeispiel IEmbodiment I

Zugehörig zum Ausführungsbeispiel I sind die 1 und 3. In einer Vakuumkammer 1 (1) befindet sich ein Vakuumbogenverdampfer 2 mit einem Target 3. Die zu beschichtenden Substrate sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt und befinden sich in der Praxis in der Regel direkt gegenüber dem Target 3. Zur Evakuierung der Vakuumkammer 1 ist ein Vakuumanschluss 4 und zum Einlass eines oder mehrerer Prozessgase ein Gaseinlass 5 vorhanden. Mit einem zusätzlichen Gaseinlass 19 (siehe Ausführungsbeispiel II), partiell im Bereich der Zündelektroden, kann ein ausreichendes Plasma für die Zündung der Vakuumbogenentladung auch bei Prozessdrücken < 10–4 mbar erzeugt werden. Die Vakuumkammer 1 liegt an Masse 6 und das Target 3 an einer Stromquelle 7.Belonging to the embodiment I are the 1 and 3 , In a vacuum chamber 1 ( 1 ) is a vacuum arc evaporator 2 with a target 3 , The substrates to be coated are not shown for ease of illustration and are in practice usually directly opposite the target 3 , For evacuation of the vacuum chamber 1 is a vacuum connection 4 and for the admission of one or more process gases, a gas inlet 5 available. With an additional gas inlet 19 (see Embodiment II), partially in the field of ignition electrodes, a sufficient plasma for the ignition of the vacuum arc discharge even at process pressures <10 -4 mbar can be generated. The vacuum chamber 1 is due to mass 6 and the target 3 at a power source 7 ,

Die Hilfsplasmaeinrichtung besteht aus einer Hochspannungsquelle 8, einem nachgeordneten Hochspannungskondensator 9 und einer Zündelektrode 10, die in der Nähe des Targets 3 angeordnet ist und über eine Mess- und Steuereinrichtung 11 mit dem Hochspannungskondensator 9 verbunden werden kann.The auxiliary plasma device consists of a high voltage source 8th , a downstream high-voltage capacitor 9 and an ignition electrode 10 that are near the target 3 is arranged and via a measuring and control device 11 with the high voltage capacitor 9 can be connected.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung in der verfahrensgemäßen Anwendung näher beschrieben. Nachdem das Target 3 in dem Vakuumbogenverdampfer positioniert ist sowie die zu beschichtenden Substrate in den Vakuumkammer 1 eingerichtet wurden, werden die technologisch erforderlichen Prozessbedingen hergestellt, indem die Vakuumkammer 1 evakuiert und über den Gaseinlass 5 ein Prozessgas mit einem beispielhaften Druck von 5 × 10–3 mbar eingelassen wird. Bei diesem Prozessdruck ist es für eine sichere Zündung der Vakuumbogenentladung nicht erforderlich, zusätzliches Gas über den Gaseinlass 19 zuzuführen.The device according to the invention for igniting a vacuum arc discharge in the process according to the invention will be described in more detail below. After the target 3 is positioned in the vacuum arc evaporator and the substrates to be coated in the vacuum chamber 1 were established, the technologically required process conditions are made by the vacuum chamber 1 evacuated and over the gas inlet 5 a process gas is admitted at an exemplary pressure of 5 × 10 -3 mbar. At this process pressure, it is not necessary to safely ignite the vacuum arc discharge, additional gas via the gas inlet 19 supply.

Der Betrieb des Vakuumbogenverdampfers 2 wird vorbereitet. Dazu wird über die Stromquelle 7 (1 und 2) beispielhaft am Target 3 eine Spannung von 24 VDC mit einem Strom von 160 A eingestellt. The operation of the vacuum arc evaporator 2 is prepared. This is done via the power source 7 ( 1 and 2 ) by way of example at the target 3 a voltage of 24 VDC with a current of 160 A is set.

Der Hochspannungskondensator 9 wird von der Hochspannungsquelle 8 mit 5 kV geladen. Mittels der Mess- und Steuereinrichtung 11 werden die Prozessparameter in der Vakuumkammer 1 sowie am Target 3 überwacht. Der Schalter 12 zwischen dem Hochspannungskondensator 9 und der Zündelektrode 10 ist geöffnet. Zum erstmaligen Zünden einer Vakuumbogenentladung am Target 3 wird der Schalter 12 geschlossen und der Hochspannungskondensator 9 zur Zündelektrode 10 hin entladen. Im Raum zwischen der Zündelektrode 10 und dem Target 3 entsteht eine hohe Ladungsträgerdichte, wodurch über eine kurze Glimmentladung an der Zündelektrode 10 ein Plasma mit einer Zündleistung zwischen von etwa 70 kW, ausgebildet wird. Die Zündleistung ist an die spezifische Ausbildung der Vakuumkammer 1, des Targets 3 sowie die Prozessgase angepasst. Das Plasma ist ausreichend dicht und ermöglicht die Ausbildung eines Vakuumbogens am Target 3, der grundsätzlich selbständig weiter brennen sollte.The high voltage capacitor 9 is from the high voltage source 8th loaded with 5 kV. By means of the measuring and control device 11 become the process parameters in the vacuum chamber 1 as well as at the target 3 supervised. The desk 12 between the high voltage capacitor 9 and the ignition electrode 10 it is open. For the first time ignition of a vacuum arc discharge at the target 3 becomes the switch 12 closed and the high voltage capacitor 9 to the ignition electrode 10 unloaded. In the space between the ignition electrode 10 and the target 3 creates a high charge carrier density, which over a short glow discharge at the ignition electrode 10 a plasma is formed with a firing power of between about 70 kW. The ignition performance is due to the specific design of the vacuum chamber 1 , the target 3 as well as the process gases adapted. The plasma is sufficiently dense and allows the formation of a vacuum arc on the target 3 who should continue to burn independently.

Unmittelbar nach dem Zünden des Vakuumbogens wird der Schalter 12 wieder geschlossen und der Hochspannungskondensator 9 von der Hochspannungsquelle 8 wieder geladen. Im Falle des Erlöschen der Vakuumbogenentladung am Target 3 wird das über die Mess- und Steuereinrichtung 11 erfasst und der Schalter 12 geschlossen, wodurch es in bereits beschriebener Weise wieder zur Entladung des Hochspannungskondensators 9 zur Zündelektrode 10 kommt und die Vakuumbogenentladung erneut zündet. Dieser Prozess kann sich bei Bedarf sehr häufig wiederholen, ohne dass der Bediener spezifisch eingreifen muss. Immediately after ignition of the vacuum arc, the switch 12 closed again and the high voltage capacitor 9 from the high voltage source 8th reloaded. In case of extinction of the vacuum arc discharge at the target 3 This will be done via the measuring and control device 11 captured and the switch 12 closed, thereby again in the manner already described for discharging the high voltage capacitor 9 to the ignition electrode 10 comes and the vacuum arc discharge ignites again. If necessary, this process can be repeated very often without the operator having to intervene specifically.

Ausführungsbeispiel IIExemplary embodiment II

Zugehörig zum Ausführungsbeispiel II sind die 2 und 4. In der Vakuumkammer 1 sind die Parameter entsprechend Ausführungsbeispiel I vorbereitet. Über den Gaseinlass 19 kann partiell ein Gas zugeführt werden, wodurch auch bei niedrigen Prozessdrücken eine sichere Zündung des Vakuumbogens erzielt wird.Belonging to the embodiment II are the 2 and 4 , In the vacuum chamber 1 the parameters are prepared according to Embodiment I. About the gas inlet 19 Partially, a gas can be supplied, whereby a reliable ignition of the vacuum arc is achieved even at low process pressures.

Als Hilfsplasmaeinrichtung sind eine Hochspannungsquelle 20 vorhanden, die über eine Mess- und Steuereinrichtung 13 mit einer anodischen Hochspannungselektrode 14 verbunden werden kann. Parallel kann über die Mess- und Steuereinrichtung 13 eine Zündelektrode 15 mit einem Kondensator 16 verbunden werden, der mit einer gesonderten Stromversorgung verbunden oder am Potential einer Niederspannungsquelle, im Beispiel an der Stromquelle 7, liegen kann. Die Zündelektrode 15 ist im Raum zwischen der Hochspannungselektrode 14 und dem Target 3 und in dessen räumlicher Nähe angeordnet.As a Hilfsplasmaeinrichtung are a high voltage source 20 present, which has a measuring and control device 13 with an anodic high voltage electrode 14 can be connected. Parallel can via the measuring and control device 13 an ignition electrode 15 with a capacitor 16 connected to a separate power supply or at the potential of a low voltage source, in the example at the power source 7 , can lie. The ignition electrode 15 is in the space between the high voltage electrode 14 and the target 3 and arranged in its spatial proximity.

Verfahrensgemäß wird zum erstmaligen Start der Vakuumbogenentladung über die Mess- und Steuereinrichtung 13 und den Schalter 17 die Hochspannungselektrode 14 mit der Hochspannungsquelle 20 verbunden. An der Hochspannungselektrode 14 liegt somit eine Spannung von beispielhaft 3 kV an. Diese Energie reicht jedoch nicht zur Zündung einer Vakuumbogenentladung aus. Erst wenn über den Schalter 18 der Kondensator 16 zur Zündelektrode 15 hin entladen wird, kommt es ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel I zu einer Zündleistung von etwa 70 kW und einem dichten Plasma, welches die Ausbildung eines Vakuumbogens am Target 3 bewirkt.According to the method, the first start of the vacuum arc discharge via the measuring and control device 13 and the switch 17 the high voltage electrode 14 with the high voltage source 20 connected. At the high voltage electrode 14 is thus a voltage of 3 kV example on. However, this energy is insufficient to ignite a vacuum arc discharge. Only when over the switch 18 the capacitor 16 to the ignition electrode 15 is discharged, it is similar to the embodiment I to an ignition performance of about 70 kW and a dense plasma, which is the formation of a vacuum arc at the target 3 causes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vakuumkammer vacuum chamber
22
Vakuumbogenverdampfer Vacuum arc evaporator
33
Target target
44
Vakuumanschluss vacuum connection
55
Gaseinlass gas inlet
66
Masse Dimensions
77
Stromquelle power source
88th
Hochspannungsquelle High voltage source
99
Hochspannungskondensator High voltage capacitor
1010
Zündelektrode ignition electrode
1111
Mess- und Steuereinrichtung Measuring and control device
1212
Schalter switch
1313
Mess- und Steuereinrichtung Measuring and control device
1414
Hochspannungselektrode High-voltage electrode
1515
Zündelektrode ignition electrode
1616
Kondensator capacitor
1717
Schalter switch
1818
Schalter switch
1919
Gaseinlass, partiell im Bereich der Zündelektroden Gas inlet, partially in the area of the ignition electrodes
2020
Hochspannungsquelle High voltage source

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10042629 C2 [0003] DE 10042629 C2 [0003]

Claims (9)

Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung in einer Vakuumkammer (1) zwischen dem Target (3) eines Vakuumbogenverdampfers (2) und einer Elektrode mittels einer Hilfsplasmaeinrichtung, die eine Zündelektrode (10) aufweist, wobei das Target (3) des Vakuumbogenverdampfers (2) als Kathode geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hilfsplasmaeinrichtung eine Hochspannungsquelle (8) aufweist, die – einen Hochspannungskondensator (9) speist, der zur Zündelektrode (10) hin entladen werden kann, – dass die Zündelektrode (10) in der Nähe des Targets (3) angeordnet ist und – dass eine Mess- und Steuereinrichtung (11) zur Erfassung und Regelung der elektrischen Parameter vorgesehen ist.Device for igniting a vacuum arc discharge in a vacuum chamber ( 1 ) between the target ( 3 ) of a vacuum arc evaporator ( 2 ) and an electrode by means of an auxiliary plasma device which has an ignition electrode ( 10 ), wherein the target ( 3 ) of the vacuum arc evaporator ( 2 ) is connected as a cathode, characterized in that - the auxiliary plasma device is a high voltage source ( 8th ) comprising - a high voltage capacitor ( 9 ), which leads to the ignition electrode ( 10 ), that the ignition electrode ( 10 ) near the target ( 3 ) and that - a measuring and control device ( 11 ) is provided for detecting and controlling the electrical parameters. Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung in einer Vakuumkammer (1) zwischen dem Target (3) eines Vakuumbogenverdampfers (2) und einer Elektrode mittels einer Hilfsplasmaeinrichtung, die eine Zündelektrode (15) aufweist, wobei das Target (3) des Vakuumbogenverdampfers (2) als Kathode geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Hilfsplasmaeinrichtung eine Hochspannungsquelle (20) aufweist, – die mit einer anodischen Hochspannungselektrode (14) verbunden werden kann, – dass die Zündelektrode (15) im Raum zwischen dem Target (3) und der Hochspannungselektrode (14) angeordnet ist, – dass ein Kondensator (16) vorhanden ist, der zur Zündelektrode (15) hin entladen werden kann, und – dass die Zündelektrode (15) sowie die Hochspannungselektrode (14) mit einer Mess- und Steuereinrichtung (13) zur Erfassung und Regelung der elektrischen Parameter kontaktiert sind.Device for igniting a vacuum arc discharge in a vacuum chamber ( 1 ) between the target ( 3 ) of a vacuum arc evaporator ( 2 ) and an electrode by means of an auxiliary plasma device which has an ignition electrode ( 15 ), wherein the target ( 3 ) of the vacuum arc evaporator ( 2 ) is connected as a cathode, characterized in that - the auxiliary plasma device is a high voltage source ( 20 ), which - with an anodic high-voltage electrode ( 14 ), that the ignition electrode ( 15 ) in the space between the target ( 3 ) and the high voltage electrode ( 14 ) - that a capacitor ( 16 ) present to the ignition electrode ( 15 ), and - that the ignition electrode ( 15 ) as well as the high voltage electrode ( 14 ) with a measuring and control device ( 13 ) are contacted for detecting and controlling the electrical parameters. Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsquelle (8) mit dem Hochspannungskondensator (9) geeignet sind, über die Mess- und Steuereinrichtung (11) an der Zündelektrode (10) eine Zündleistung zwischen 30 und 100 kW, vorzugsweise 70 kW, bereitzustellen.Device for igniting a vacuum arc discharge according to claim 1, characterized in that the high-voltage source ( 8th ) with the high voltage capacitor ( 9 ) are suitable, via the measuring and control device ( 11 ) at the ignition electrode ( 10 ) provide an ignition power between 30 and 100 kW, preferably 70 kW. Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungsquelle (20) geeignet ist, über die Mess- und Steuereinrichtung (13) eine Hochspannung mit einer AC- oder DC-Leistung größer 10 W an der Hochspannungselektrode (14) bereitzustellen.Device for igniting a vacuum arc discharge according to claim 2, characterized in that the high voltage source ( 20 ) is suitable, via the measuring and control device ( 13 ) a high voltage with an AC or DC power greater 10 W at the high voltage electrode ( 14 ). Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (16) geeignet ist, über die Mess- und Steuereinrichtung (13) an die Zündelektrode (15) eine Zündleistung abzugeben, die in Überlagerung mit dem AC- oder DC-Plasma an der Hochspannungselektrode (14) einen Zündimpuls mit einer Zündleistung zwischen 30 und 100 kW, vorzugsweise 70 kW, erzeugt. Device for igniting a vacuum arc discharge according to claim 4, characterized in that the capacitor ( 16 ) is suitable, via the measuring and control device ( 13 ) to the ignition electrode ( 15 ) to emit a firing power which is superimposed on the AC or DC plasma at the high-voltage electrode ( 14 ) an ignition pulse with a starting power between 30 and 100 kW, preferably 70 kW. Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung nach Anspruch 1, bei dem nach Einstellung der erforderlichen Prozessparameter in der Vakuumkammer (1) und der elektrischen Verfahrensparameter am Vakuumbogenverdampfer (2) mittels der Hilfplasmaeinrichtung vom Hochspannungskondensator (9) über die Mess- und Schalteinrichtung (11) eine Zündleistung zwischen 30 und 100 kW, vorzugsweise 70 kW, ausgebildet wird, dass am Target (3) ein kurzzeitiges örtliches Plasma ausgebildet wird, welches geeignet ist, eine Vakuumbogenentladung am Vakuumbogenverdampfer (2) auszulösen.A method of using the apparatus for igniting a vacuum arc discharge according to claim 1, wherein after setting the required process parameters in the vacuum chamber ( 1 ) and the electrical process parameters on the vacuum arc evaporator ( 2 ) by means of the auxiliary plasma device from the high-voltage capacitor ( 9 ) via the measuring and switching device ( 11 ) an ignition power between 30 and 100 kW, preferably 70 kW, is formed that at the target ( 3 ) is formed a short-term local plasma, which is suitable, a vacuum arc discharge at the vacuum arc evaporator ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zündung der Vakuumbogenentladung am Vakuumbogenverdampfer (2) der Hochspannungskondensator (9) über die Mess- und Steuereinrichtung (11) von der Zündelektrode (10) elektrisch getrennt und wieder aufgeladen wird.A method according to claim 6, characterized in that after ignition of the vacuum arc discharge on the vacuum arc evaporator ( 2 ) the high voltage capacitor ( 9 ) via the measuring and control device ( 11 ) from the ignition electrode ( 10 ) is electrically disconnected and recharged. Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung zum Zünden einer Vakuumbogenentladung nach Anspruch 2, bei dem nach Einstellung der erforderlichen Prozessparameter in der Vakuumkammer (1) und der elektrischen Verfahrensparameter am Vakuumbogenverdampfer (2) mittels der Hilfplasmaeinrichtung die Hochspannungsquelle (20) zwischen der Hochspannungselektrode (14) und dem Target (3) ein Plasma erzeugt wird, welches unmittelbar nicht geeignet ist, eine Vakuumbogenentladung am Vakuumbogenverdampfer (2) auszulösen, und dass nachfolgend mittels der Messund Schalteinrichtung (13) vom Kondensator (16) zur Zündelektrode (15) hin eine Kondensatorentladung ausgelöst wird, wodurch eine Zündleistung zwischen 30 und 100 kW, vorzugsweise 70 kW, ausgebildet wird, die geeignet ist, eine Vakuumbogenentladung am Vakuumbogenverdampfer (2) auszulösen.Method of using the device for igniting a vacuum arc discharge according to claim 2, in which, after setting the required process parameters in the vacuum chamber ( 1 ) and the electrical process parameters on the vacuum arc evaporator ( 2 ) by means of the auxiliary plasma device, the high voltage source ( 20 ) between the high voltage electrode ( 14 ) and the target ( 3 ) is generated, which is not immediately suitable, a vacuum arc discharge on the vacuum arc evaporator ( 2 ) and that subsequently by means of the measuring and switching device ( 13 ) from the capacitor ( 16 ) to the ignition electrode ( 15 ), a capacitor discharge is triggered, whereby an ignition power of between 30 and 100 kW, preferably 70 kW, is formed, which is suitable for carrying out a vacuum arc discharge on the vacuum arc evaporator (US Pat. 2 ). Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zündung der Vakuumbogenentladung am Vakuumbogenverdampfer (2) der Kondensator (16) über die Mess- und Steuereinrichtung (13) von der Zündelektrode (15) elektrisch getrennt und wieder aufgeladen wird.A method according to claim 8, characterized in that after ignition of the vacuum arc discharge on the vacuum arc evaporator ( 2 ) the capacitor ( 16 ) via the measuring and control device ( 13 ) from the ignition electrode ( 15 ) is electrically disconnected and recharged.
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