DE4109213C1 - Arc-source for vacuum coating system - comprises cathode housing with double walled shell, and thin base, target, cooling water supply, drain, etc. - Google Patents

Arc-source for vacuum coating system - comprises cathode housing with double walled shell, and thin base, target, cooling water supply, drain, etc.

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DE4109213C1 DE19914109213 DE4109213A DE4109213C1 DE 4109213 C1 DE4109213 C1 DE 4109213C1 DE 19914109213 DE19914109213 DE 19914109213 DE 4109213 A DE4109213 A DE 4109213A DE 4109213 C1 DE4109213 C1 DE 4109213C1
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Abstract

Arc source consists of a pot-shaped cathode housing with a double-walled shell and thin-walled base, on the outside of which a target is fixed. A cooling water supply and drain circulates water through the shell and a magnet system of at least one magnet with electro-mechanical drive can rotate directly under the base. An electronic detection device is connected to the power supply to detect instantaneous voltage between cathode and anode and a unit limits arc current. These units and the magnet device are connected to an electronic control unit. ADVANTAGE - High vapour deposition rate, macro-particle free.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bogenquelle zum Vakuumbeschichten mit elektrisch leitfähigen Materialien.The invention relates to an arc source for vacuum coating with electrically conductive materials.

Die damit aufgebrachten Schichten erhöhen die Verschleißfestigkeit, verbessern die tribologischen Eigenschaften und des Korrosionsverhalten und erhöhen die Oberflächenhärte. Es können auch Dekorationsschichten aufgebracht werden. Vorzugsweise dient die Bogenquelle zur Beschichtung von spanenden und schneidenden Werkzeugen, Werkzeugen der Umformtechnik und Teilen des Maschinenbaues.The layers applied with it increase the wear resistance, improve the tribological properties and corrosion behavior and increase the surface hardness. Decorative layers can also be applied. The arc source is preferably used to coat cutting and cutting tools, tools of metal forming and parts of mechanical engineering.

Vakuum-Bogenquellen arbeiten nach einem bekannten Prinzip, indem der abzuscheidende Werkstoff in einem katodischen Brennfleck einer elektrischen Lichtbogenentladung verdampft wird. Durch eine Zündeinrichtung wird der Lichtbogen erzeugt, dessen Katodenfußpunkt mit geeigneten Mitteln auf bestimmte Katodenbereich begrenzt wird. Der Lichtbogen erzeugt die zur Aufrechterhaltung der Entladung benötigten Ladungsträger selbst. Im Vakuum können diese Ladungsträger nur aus dem verdampften Katodenmaterial selbst stammen. Dafür sind hohe Stromdichten von 10⁴ bis 10⁸ A/cm² notwendig. Dementsprechend erfolgt eine blitzartige lokale Überhitzung der Katodenoberfläche, und die Verdampfung erfolgt explosionsartig, so daß sich auf der Katodenoberfläche mikroskopisch kleine Krater bilden. Der eigentliche Lichtbogen ist nur für eine kurze Zeit aktiv, verlöscht danach, und bildet sich auf dem Rand des vorhergehenden Kraters neu aus. Der Katodenfußpunkt vollführt sprunghafte, auffällige Bewegungen auf der Katodenoberfläche.Vacuum arc sources work according to a known principle, by depositing the material to be deposited in a cathodic Focal point of an electric arc discharge evaporates becomes. The arc is generated by an ignition device, its cathode base with suitable means certain cathode area is limited. The arc creates those needed to maintain the discharge Charge carriers themselves. In a vacuum, these charge carriers can only come from the vaporized cathode material itself. Therefore high current densities of 10⁴ to 10⁸ A / cm² are necessary. Accordingly, there is a flash of local overheating the cathode surface, and the vaporization is explosive, so that microscopic on the cathode surface form small craters. The real arc is active only for a short time, then extinguishes, and forms new on the rim of the previous crater. The The cathode base performs erratic, conspicuous movements on the cathode surface.

Das Beschichten mittels Vakuumbogen hat gegenüber den anderen bekannten Vakuumbeschichtungsverfahren, wie Verdampfen und Sputtern, eine Reihe von Vorteilen, aber auch einige entscheidende Nachteile. Die Vorteile bestehen in der Erzielung hoher Abscheideraten (um 1 µm min-1), der guten Haftfestigkeit und Dichte der aufgebrachten Schichten sowie in den niedrigen Substrattemperaturen während der Beschichtung. Coating by means of a vacuum arc has a number of advantages over the other known vacuum coating methods, such as evaporation and sputtering, but also some decisive disadvantages. The advantages are the achievement of high deposition rates (around 1 µm min -1 ), the good adhesive strength and density of the applied layers as well as the low substrate temperatures during the coating.

Ein wesentlicher Nachteil ist, daß bei der explosionsartigen Verdampfung des lokal aufgeschmolzenen Katodenmaterials eine Emission von Makroteilchen erfolgt, die sich in die Schicht einbauen und damit die Schichten für viele Anwendungsfälle ungeeignet machen.A major disadvantage is that the explosive Evaporation of the locally melted cathode material an emission of macro particles takes place, which is in the Install layer and thus the layers for many applications make unsuitable.

Zur Vermeidung von Makroteilchen sind eine Vielzahl von Maßnahmen vorgeschlagen worden (review of ion-based coating processes derived from the cathodic arc; D. M. Sanders; S. 2339 ff. J. Vac. Sci. Technol. Vol. 7(3) May/Jun 1989). So ist es bekannt, daß sich bei einem Verdampfungsprozeß mit verringertem Bogenstrom der Anteil und die Masse der emittierten Makroteilchen verkleinern. Dieser Reduzierung des Bogenstromes sind natürliche Grenzen gesetzt, da zur Aufrechterhaltung der Entladung im Vakuum keine zusätzlichen Ladungsträger (Gase) vorhanden sind, sondern erst über den Verdampfungsprozeß gebildet werden müssen. So ist bekannt, daß für sehr viele Katodenmaterialien die Lebensdauer im Vakuum bei Strömen unter 50 A kleiner als 0,1 s beträgt, obwohl sich gerade solche Ströme günstig auf die Reduzierung der Makroteilchen auswirken. Außerdem sind mit geringeren Bogenströmen auch eine geringere Beschichtungsrate und Produktivität des Verfahrens verbunden.To avoid macro particles are a variety of Measures have been proposed (review of ion-based coating processes derived from the cathodic arc; D.M. Sanders; P. 2339 ff. J. Vac. Sci. Technol. Vol. 7 (3) May / Jun 1989). So it is known that in an evaporation process with reduced arc current the proportion and the mass reduce the emitted macroparticles. This reduction there are natural limits to the arc current, since no additional to maintain the discharge in vacuum Charge carriers (gases) are present, but must first be formed via the evaporation process. So it is known that the lifespan of many cathode materials in vacuum at currents below 50 A less than Is 0.1 s, even though such currents are favorable impact the reduction of macro particles. Also are with lower arc currents also a lower coating rate and productivity of the process.

Es sind auch Verfahren angegeben, die eine nachträgliche Trennung zwischen Makroteilchen und ionisierten Teilchen ermöglichen. So werden magnetische und/oder elektrische Felder benutzt, um die Metallionen von der Katode zum Substrat so abzulenken, daß die Makroteilchen der Umlenkung nicht folgen können und damit ausgefiltert werden (EP 03 34 204).Procedures are also specified which are ex post Separation between macro particles and ionized particles enable. So become magnetic and / or electrical Fields used to move the metal ions from the cathode to the substrate to deflect so that the macro particles deflect cannot follow and are therefore filtered out (EP 03 34 204).

Eine weitere Möglichkeit ist bekannt, um die Makroteilchen zu reduzieren, indem der von der Bogenquelle erzeugte Ionenstrahl auf das Target gerichtet wird, daß eine indirekte Beschichtung erfolgt. Schließlich ist es auch beschrieben, den bei einem Vakuumbogen auftretenden Effekt, aus einer besonders gestalteten Anode Material zu verdampfen, als ein Beschichtungsverfahren zu nutzen (DE-OS 34 13 891).Another way is known to get the macro particles to reduce by that generated by the arc source Ion beam is directed onto the target that is indirect  Coating takes place. Finally, it is also described the effect of a vacuum arc evaporate material from a specially designed anode, to use as a coating process (DE-OS 34 13 891).

Ein weiteres Verfahren zur Magnetfeldführung des Lichtbogens auf dem Target ist, daß ein äußeres Magnetfeld mit einer Komponente parallel zur Targetoberfläche zur Wirkung kommt, welches eine Vorzugsbewegungsrichtung der Katodenflecken auf dem Target hat. Diese bewirkt auch eine Verringerung der Makroteilchen. Zu diesem Zweck werden Magnetsysteme unterhalb der Katode, wie bei Sputterquellen üblich, eingesetzt (WO 85/03 954). Eine Bewegung dieser Magnetsysteme gegenüber dem Target verbessert zusätzlich die Targetausnutzung.Another method for guiding the magnetic field of the arc on the target is that an external magnetic field with a component parallel to the target surface for effect comes, which is a preferred direction of movement of the cathode spots on the target. This also causes a reduction the macro particles. For this purpose, magnet systems below the cathode, as is usual with sputter sources, used (WO 85/03 954). A movement of these magnet systems compared to the target also improves the Target utilization.

Es sind auch magnetische Drehfelder (DD-PS 2 65 506) oder außerhalb der Katode erzeugte axialsymmetrische Magnetfelder (DD-PS 2 65 507) zur Brennfleckstabilisierung beschrieben worden.There are also magnetic rotating fields (DD-PS 2 65 506) or Axially symmetrical magnetic fields generated outside the cathode (DD-PS 2 65 507) for focal spot stabilization been.

Alle diese bekannten Verfahren lösen das Problem des Auftretens der Makroteilchen technisch nicht sinnvoll und meist auf Kosten der Beschichtungsproduktivität. Das Magnetfeld muß in unmittelbarer Nähe des Targets erzeugt werden. Bei der erforderlichen Targetkühlung und Bewegung des Magnetsystems in unmittelbarer Nähe des Targets ist der konstruktive Aufwand sehr hoch. Auch der Einsatz geteilter Targets bei Verwendung mehrerer Materialien ist sehr aufwendig, da sie auf zusätzliche Kühlplatten aufgebracht werden müssen.All of these known methods solve the problem of occurrence the macro particles are not technically meaningful and mostly at the expense of coating productivity. The magnetic field must be created in the immediate vicinity of the target. With the required target cooling and movement of the Magnet system in the immediate vicinity of the target is the constructive effort very high. The use of shared Targets when using multiple materials is very complex, as they are applied to additional cooling plates Need to become.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bogenquelle zu schaffen, die eine weitgehend makroteilchenfreie Vakuumbogenverdampfung bei hoher nutzbarer Verdampfungsrate gewährleistet. Es soll eine definierte Verdampfung von verschiedenen Verdampfungsmaterialien möglich sein. Es soll auch bei Bogenströmen unter 100 A ein stabiler Betrieb der Vakuumbogenentladung möglich sein. Desweiteren soll das Wechseln der Targets (Katode) erleichtert und die Kühlung desselben, insbesondere im Zusammenhang mit der Forderung, verschiedene Targetmaterialien einzusetzen, einfach gestaltet zu werden.The invention has for its object an arc source to create a largely macroparticle-free vacuum arc evaporation guaranteed at a high usable evaporation rate. It is supposed to have a defined evaporation of different Evaporation materials may be possible. It should  Stable operation even with arc currents below 100 A. Vacuum arc discharge may be possible. Furthermore, that should Changing the targets (cathode) facilitates and cooling the same, in particular in connection with the claim, use different target materials, simple design to become.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Einrichtung, bestehend aus einem Katodengehäuse, einem als Katode geschalteten Target, einem beweglichen Magnetsystem, einem zwischen dem Katodengehäuse und Vakuumbehälter angeordneten Isolator sowie einer Stromversorgungs- und Steuereinrichtung dadurch gelöst, daß das Katodengehäuse topfförmig ausgebildet, sein Mantel zum Durchfluß des Kühlwassers doppelwandig ausgeführt und das Target unmittelbar auf dem dünnwandigen Boden des Katodengehäuses leicht auswechselbar befestigt. Das Target wird am zweckmäßigsten mit einer Klemmverbindung auf dem Katodengehäuse befestigt. Für bestimmte Anwendungsfälle ist es damit auch möglich, das Target aus sektorförmigen Teilen unterschiedlichen Materials zusammenzusetzen.According to the invention, the task consists of a device from a cathode housing, one connected as a cathode Target, a moving magnet system, one between the cathode housing and vacuum container Isolator and a power supply and control device solved in that the cathode housing is pot-shaped, his jacket double-walled for the flow of cooling water executed and the target immediately on the thin-walled Bottom of the cathode housing fastened easily replaceable. The target is most convenient with a Clamp connection attached to the cathode housing. For certain It is also possible to use the target from sector-shaped parts of different materials put together.

Das Target besitzt keinerlei Dichtfunktion, ist auf einfachste Art auswechselbar und ist nur durch den dünnwandigen Boden des Katodengehäuses vom Magnetsystem getrennt. Das aus mindestens einem, um die Symmetrieachse der Bodenquelle drehbar gelagerten und radial verschiebbaren Magneten (Elektromagneten) bestehende Magnetsystem ist innerhalb des Katodengehäuses angeordnet und führt das Magnetfeld bis unmittelbar an den Boden des Katodengehäuses.The target has no sealing function, is very simple Type interchangeable and is only through the thin-walled Bottom of the cathode housing separated from the magnet system. That from at least one to the axis of symmetry of the soil source rotatably mounted and radially displaceable magnets (Electromagnet) existing magnet system is inside of the cathode housing and leads the magnetic field right up to the bottom of the cathode housing.

Der Vakuumbogen wird mit Hilfe zweier ineinander überlagerter Bewegungen über die gesamte Targetfläche geführt. Das Magnetfeld zwingt die Bogenspur auf eine periodisch durchlaufene, geschlossene Bahn, die durch eine Bewegung der Magneten relativ zum Target verschoben wird. Die Drehbewegung der Magnete wird mittels eines elektromechanischen Antriebes und einer elektrischen Steuereinrichtung programmiert ausgeführt.The vacuum arc is superimposed with the help of two Movements over the entire target area. The Magnetic field forces the arc track onto a periodically traversed closed path by a movement of the Magnet is moved relative to the target. The rotary motion the magnet is by means of an electromechanical  Drive and an electrical control device programmed executed.

Diese spezielle Bogenführung gewährleistet die Anpassung des Verdampfungsprozesses an das Katodenmaterial durch die variable steuerbare, Magnetfeldstärke und ermöglicht die gesteuerte Abdampfung verschiedener Materialien in unterschiedlichen Targetsektoren über programmierbare mittlere Verweilzeiten des Bogenbrennflecks auf den einzelnen Sektoren.This special curve guide ensures the adjustment the evaporation process to the cathode material through the variable controllable, magnetic field strength and enables the controlled evaporation of different materials in different Target sectors via programmable middle Residence times of the arc focal spot on the individual sectors.

Die Beschichtungseigenschaften der Vakuumbogenentladung werden durch die besonderen Merkmale dieser erfindungsgemäßen Bogenquelle stark beeinflußt. Es wurde gefunden, daß das nicht direkt gekühlte, sich schnell auf hohe Temperaturen erwärmende Target im Zusammenhang mit der Magnetfeldführung des Vakuumbogens die Entstehung von Makroteilchen reduziert und die von der Fachwelt bisher genannte Grenze der Lebensdauer einer Bogenentladung im Vakuum, z. B. für Titan bei Bogenströmen kleiner als 40 A, überwunden ist.The coating properties of vacuum arc discharge are characterized by the special features of this invention Arc source strongly influenced. It was found that that is not directly cooled, can quickly reach high temperatures warming target in connection with the magnetic field guidance of the vacuum arc the formation of macro particles reduced and the limit previously mentioned by experts the life of an arc discharge in a vacuum, e.g. B. for Titan with arc currents less than 40 A, is overcome.

Die weiteren erfindungsgemäßen Mittel beeinflussen den Wirkungsmechanismus der Bogenentladung derart, daß im Zusammenwirken mit der beschriebenen Bogenquellenkonstruktion homogene, reproduzierbare und von Makroteilchen weitgehend freie Schichten abgeschieden werden.The other agents according to the invention influence the mechanism of action the arc discharge in such a way that in cooperation with the described arc source construction homogeneous, reproducible and largely of macro particles free layers are deposited.

Die erfindungsgemäße technische Lösung beruht darauf, daß auf Grund der mikroskopischen Aufschmelzung im entstehenden Krater der Targetoberfläche Makroteilchen herausgeschleudert werden, noch bevor der Katodenfußpunkt seinen Ort auf der Targetoberfläche wechselt. Der Stromfluß soll also für eine kurze Dauer tw reduziert oder unterbrochen werden, wenn der Bogenfußpunkt zu lange an einem Krater verharrt. Als signifikant für den Zeitpunkt der Unterbrechung erwies sich die Spannung zwischen Katode und Anode. Dazu sind mit der Bogenstromversorgung bekannte elektronische Mittel verbunden, die eine schnelle Meßwerterfassung der Katodenspannung mit einer Zeitkonstante von mindestens 100 ns ermöglichen und bei der Unterschreitung eines Schwellwertes UB dieser Meßgröße den Bogenstrom JB für eine Zeit tW reduziert. Die Feldstärke des Magnetsystems kann nach Unterschreiten eines Schnellwertes UM der Katodenspannung in der Größenordnung der Zeit tW verändert werden. Die Größe dieser Schwellwerte UB und UM und die Dauer der Unterbrechung tW werden von der elektrischen Steuereinheit in Abhängigkeit von Targetmaterial, Größe des Bogenstromes JB und Stärke des Magnetfeldes programmiert vorgegeben.The technical solution according to the invention is based on the fact that, due to the microscopic melting in the resulting crater of the target surface, macro particles are ejected before the base of the cathode changes its location on the target surface. The current flow should therefore be reduced or interrupted for a short duration t w if the arch base remains too long on a crater. The voltage between the cathode and the anode proved to be significant for the time of the interruption. For this purpose, known electronic means are connected to the arc current supply, which enable rapid measurement value acquisition of the cathode voltage with a time constant of at least 100 ns and, if the measurement value falls below a threshold value U B, reduces the arc current J B for a time t W. The field strength of the magnet system can be changed in the order of time t W after falling below a rapid value U M of the cathode voltage. The size of these threshold values U B and U M and the duration of the interruption t W are programmed by the electrical control unit as a function of the target material, the size of the arc current J B and the strength of the magnetic field.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bogenquelle zeigen die Unteransprüche. So ist auch die vakuummäßige Trennung des Katodengehäuses in den Mantel und Boden eine mögliche Ausführung, wodurch die Bewegung des Targets bei einem feststehenden Magnetsystem die Aufgabe ebenso löst, allerdings den apparativen Aufwand wieder etwas erhöht.Further refinements of the arc source according to the invention show the subclaims. So is the vacuum Separation of the cathode housing into the jacket and bottom one possible execution, thereby causing the movement of the target a fixed magnet system also solves the task, however, the expenditure on equipment increased again somewhat.

Die bedeutenden Vorteile aller Ausgestaltungen bestehen jedoch darin, daß die Kühlung sich nur auf das Katodengehäuse beschränkt und damit sehr einfach ist, und daß das Target, auch wenn es aus mehreren Teilen besteht, einfach zu wechseln ist, wobei das Kühlsystem nicht geöffnet werden muß. Das gesamte Magnetsystem und der zugehörige Bewegungsmechanismus befinden sich außerhalb des Vakuums und des Kühlmediums.The significant advantages of all configurations exist however, in that the cooling only affects the cathode housing limited and therefore very simple, and that that Target, even if it consists of several parts, is simple is to be changed, whereby the cooling system is not opened got to. The entire magnet system and the associated movement mechanism are outside the vacuum and of the cooling medium.

Die erfindungsgemäße Bogenquelle ist nicht an die beschriebene rotationssymmetrische Ausführung gebunden.The arc source according to the invention is not related to that described rotationally symmetrical design bound.

An einem Beispiel wird die Erfindung näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Bogenquelle im Schnitt und die peripheren Baugruppen im Blockschaltbild.The invention is explained in more detail using an example. The accompanying drawing shows an arc source in section and the peripheral modules in the block diagram.

In einem Vakuumbehälter 1, der zugleich als Anode geschaltet ist, befindet sich ein Katodengehäuse 2. Dieses Katodengehäuse 2 besteht aus einem doppelwandigen Mantel 3 und einem dünnen Boden 4. Das Katodengehäuse 2 ist über einen Isolator 5 mit dem Vakuumbehälter 1 verbunden und besitzt einen Kühlwasserzu- und -ablauf 6 zur Kühlung des Mantels 3 des Katodengehäuses 2. Auf dem Boden 4 ist unmittelbar das ungekühlte Target 7 mittels eines Spannringes 8 befestigt. In dem Katodengehäuse 2 ist eine um seine Achse drehbare Platte 9 angeordnet, die mittels Kugellager 10 gelagert ist. Auf der Platte 9 ist ein Magnetsystem 11, bestehend aus mehreren Magneten 12, vorzugsweise Elektromagneten, die radial verschiebbar sind, angeordnet. Der Kern der Magneten 12 führt das Magnetfeld bis unmittelbar an den Boden 4 des Katodengehäuses 2.A cathode housing 2 is located in a vacuum container 1 , which is also connected as an anode. This cathode housing 2 consists of a double-walled jacket 3 and a thin bottom 4 . The cathode housing 2 is connected to the vacuum container 1 via an insulator 5 and has a cooling water inlet and outlet 6 for cooling the jacket 3 of the cathode housing 2 . The uncooled target 7 is attached directly to the base 4 by means of a clamping ring 8 . In the cathode housing 2 there is a plate 9 which is rotatable about its axis and which is mounted by means of ball bearings 10 . A magnet system 11 , consisting of a plurality of magnets 12 , preferably electromagnets, which are radially displaceable, is arranged on the plate 9 . The core of the magnets 12 leads the magnetic field to the bottom 4 of the cathode housing 2 .

Das rotationssymmetrische Feld der einzelnen Magnete 12 zwingt die Spur des Vakuumbogens auf eine kreisförmige Bahn, die zur besseren Targetausnutzung über die gesamte Targetfläche führt. Mit der Platte 9 sind Schleifringe 13 verbunden, denen über Kontaktbürsten 14 der Strom für die Magnete 12 zugeführt wird. Ein elektromechanischer Antrieb 15 bewirkt die Rotation der Platte 9 mit dem gesamten Magnetsystem 11, wobei die Drehgeschwindigkeit von einer bekannten elektronischen Steuereinheit 16 in Abhängigkeit von Bogenparametern und vom Drehwinkel der Platte 9 programmiert wird. Mit der Stromversorgungseinrichtung 17 für den Lichtbogen ist eine elektronische Erkennungseinrichtung 18 verbunden. Diese erfaßt den Momentanwert der Katodenspannung mit einer zeitlichen Auflösung von mindestens 100 ns und vergleicht diesen mit einem von der Steuereinheit 16 vorgegebenen Sollwert. Bei Unterschreitung dieses Sollwertes wird ein Signal an eine Strombegrenzungseinheit 19 abgegeben, die den Bogenstrom um einen von der Steuereinheit 16 vorgegebenen Wert JR für eine bestimmte Zeit tW reduziert. Als Meßgröße kann auch der Bogenstrom mit der genannten zeitlichen Auflösung erfaßt werden und nach Überschreitung eines Schwellwertes dieser Größe der Bogenstrom über die Begrenzungseinrichtung beeinflußt werden. Um das Katodengehäuse 2 ist eine Abschirmung 20 angeordnet, die bis über die Targetoberfläche reicht. Sie kann auf beliebige Potentiale gelegt werden und unterstützt die Begrenzung der Bogenspur auf die Targetoberfläche.The rotationally symmetrical field of the individual magnets 12 forces the track of the vacuum arc onto a circular path, which leads to better target utilization over the entire target area. With the plate 9 slip rings 13 are connected, to which the current for the magnets 12 is supplied via contact brushes 14 . An electromechanical drive 15 causes the plate 9 to rotate with the entire magnet system 11 , the rotational speed being programmed by a known electronic control unit 16 as a function of arc parameters and the angle of rotation of the plate 9 . An electronic detection device 18 is connected to the power supply device 17 for the arc. This detects the instantaneous value of the cathode voltage with a temporal resolution of at least 100 ns and compares this with a target value specified by the control unit 16 . If this target value is undershot, a signal is output to a current limiting unit 19 , which reduces the arc current by a value J R specified by the control unit 16 for a specific time t W. The arc current can also be recorded as the measured variable with the temporal resolution mentioned and, after a threshold value of this variable has been exceeded, the arc current can be influenced via the limiting device. A shield 20 is arranged around the cathode housing 2 and extends over the target surface. It can be applied to any potential and supports the limitation of the arc track to the target surface.

Claims (15)

1. Bogenquelle zum Vakuumbeschichten, bestehend aus einem Katodengehäuse, einem als Katode geschalteten Target, einem beweglichen Magnetsystem, einem zwischen dem Katodengehäuse und einem Vakuumbehälter angeordneten Isolator sowie einer Stromversorgungs- und Steuereinrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • - das Katodengehäuse (2) ist topfförmig ausgebildet, sein Mantel (3) ist doppelwandig und der Boden (4) ist dünnwandig ausgeführt,
  • - das Target (7) ist auf der Außenseite des Bodens (4) unmittelbar, auswechselbar befestigt,
  • - am Mantel (3) des Katodengehäuses (2) ist ein Kühlwasserzu- und -ablauf (6) so angeordnet, daß der Mantel (3) von dem Kühlwasser durchströmt ist,
  • - unmittelbar unter dem Boden (4) des Katodengehäuses (2) ist ein sich um die Achse des Targets (7) drehendes, aus mindestens einem Magneten (12) bestehendes Magnetsystem (11) mit einem elektromechanischen Antrieb (15) angeordnet,
  • - mit der Stromversorgungseinrichtung (17) für den Bogenstrom ist eine elektronische Erkennungseinrichtung (18) für den Momentanwert der Spannung zwischen der Katode und Anode und eine Begrenzungseinheit (19) für den Bogenstrom verbunden,
  • - mit dem Antrieb (15) und dem Magnetsystem (11) ist eine elektronische Steuereinheit (16), die eine Verbindung zur Stromversorgungseinrichtung (17), Begrenzungseinheit (19) und Erkennungseinheit (18) hat, verbunden.
1. Sheet source for vacuum coating, consisting of a cathode housing, a target connected as a cathode, a movable magnet system, an insulator arranged between the cathode housing and a vacuum container, and a power supply and control device, characterized by the following features:
  • - The cathode housing ( 2 ) is pot-shaped, its jacket ( 3 ) is double-walled and the bottom ( 4 ) is thin-walled,
  • - The target ( 7 ) is directly, interchangeably attached to the outside of the base ( 4 ),
  • - On the jacket ( 3 ) of the cathode housing ( 2 ), a cooling water inlet and outlet ( 6 ) is arranged so that the jacket ( 3 ) is flowed through by the cooling water,
  • a magnet system ( 11 ) with an electromechanical drive ( 15 ), which rotates around the axis of the target ( 7 ) and consists of at least one magnet ( 12 ), is arranged directly below the base ( 4 ) of the cathode housing ( 2 ),
  • an electronic detection device ( 18 ) for the instantaneous value of the voltage between the cathode and anode and a limiting unit ( 19 ) for the arc current is connected to the power supply device ( 17 ) for the arc current,
  • - With the drive ( 15 ) and the magnet system ( 11 ) is an electronic control unit ( 16 ) which has a connection to the power supply device ( 17 ), limiting unit ( 19 ) and detection unit ( 18 ).
2. Bogenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (7) auf dem Boden (4) des Katodengehäuses (2) mittels einer Klemmverbindung gehalten ist. 2. Sheet source according to claim 1, characterized in that the target ( 7 ) on the bottom ( 4 ) of the cathode housing ( 2 ) is held by means of a clamp connection. 3. Bogenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmverbindung ein Spannring (8) ist.3. Sheet source according to claim 2, characterized in that the clamping connection is a clamping ring ( 8 ). 4. Bogenquelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem (11) ein Ringspaltmagnet ist.4. arc source according to claim 1 to 3, characterized in that the magnet system ( 11 ) is an annular gap magnet. 5. Bogenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (7) aus mehreren Teilen unterschiedlicher Geometrie und unterschiedlichen Materials besteht.5. arc source according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the target ( 7 ) consists of several parts of different geometry and different materials. 6. Bogenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit und die Magnetfeldstärke des Magnetsystems (11) mittels der Steuereinrichtung (16) programmierbar sind.6. arc source according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the rotational speed and the magnetic field strength of the magnet system ( 11 ) by means of the control device ( 16 ) are programmable. 7. Bogenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte und Wartezeit der Begrenzungseinheit (19) in Abhängigkeit vom Targetmaterial, der Magnetfeldstärke des Magnetsystems (11) und vom Bogenstrom mittels der Steuereinheit (16) programmierbar sind.7. arc source according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the threshold values and waiting time of the limiting unit ( 19 ) depending on the target material, the magnetic field strength of the magnet system ( 11 ) and the arc current are programmable by means of the control unit ( 16 ). 8. Bogenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter (1) zugleich Anode ist.8. arc source according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the vacuum container ( 1 ) is also an anode. 9. Bogenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsytem (11) auf einer drehbaren Platte (9) angeordnet ist, mit welcher Schleifringe (13) verbunden sind, an denen feststehende Kontaktbürsten (14) für die Stromzuführung der Magneten (12) schleifen.9. arc source according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the magnet system ( 11 ) is arranged on a rotatable plate ( 9 ), with which slip rings ( 13 ) are connected, on which fixed contact brushes ( 14 ) for the power supply of the magnets ( 12 ) grind. 10. Bogenquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Katodengehäuse (2) Atmosphärendruck herrscht und das Magnetsystem (11) und die Schleifringe (13) an Luft angeordnet sind.10. Sheet source according to claim 9, characterized in that there is atmospheric pressure in the cathode housing ( 2 ) and the magnet system ( 11 ) and the slip rings ( 13 ) are arranged in air. 11. Bogenquelle nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß um das Katodengehäuse (2) bis über die Targetoberfläche reichend eine Abschirmung (20) angeordnet ist, die gegenüber dem Katodengehäuse und der Anode isoliert ist.11. arc source according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that a shield ( 20 ) is arranged around the cathode housing ( 2 ) reaching beyond the target surface, which is insulated from the cathode housing and the anode. 12. Bogenquelle nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (3) und der Boden (4) des Katodengehäuses (2) vakuumdicht miteinander verbunden, jedoch voneinander trennbar sind.12. Sheet source according to claim 1 to 3, characterized in that the jacket ( 3 ) and the bottom ( 4 ) of the cathode housing ( 2 ) are connected to one another in a vacuum-tight manner, but can be separated from one another. 13. Bogenquelle nach Anspruch 1 bis 3, 12 und mindestens einem der Ansprüche 4, 5, 7, 8, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) mit dem darauf befestigten Target (7) vakuumdicht auf dem Mantel (3) drehbar angeordnet ist, und daß das Magnetsystem (11) auf einer feststehenden Platte (9) aufgebaut ist.13. Sheet source according to claim 1 to 3, 12 and at least one of claims 4, 5, 7, 8, 10 and 11, characterized in that the bottom ( 4 ) with the target ( 7 ) attached thereon is vacuum-tight on the jacket ( 3 ) is rotatably arranged, and that the magnet system ( 11 ) is built on a fixed plate ( 9 ). 14. Bogenquelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (4) mit einem an Luft angeordneten Antrieb gekoppelt ist.14. Sheet source according to claim 13, characterized in that the bottom ( 4 ) is coupled to a drive arranged in air. 15. Bogenquelle nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Magneten (12) des Magnetsystems (11) direkt an der Steuereinheit (16) angeschlossen sind.15. Sheet source according to claim 13 and 14, characterized in that the magnets ( 12 ) of the magnet system ( 11 ) are connected directly to the control unit ( 16 ).
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