專利名稱：電弧蒸發(fā)器,驅動電弧蒸發(fā)器的方法及離子電鍍設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電弧蒸發(fā)器，驅動電弧蒸發(fā)器的方法及離子電鍍設備。
背景技術：
離子電鍍設備中使用各種類型的蒸發(fā)源。這種蒸發(fā)源中的一種是電弧蒸發(fā)源。
在使用電弧蒸發(fā)源的離子電鍍設備中，當該設備啟動后，在作為電弧蒸發(fā)源的陰極和陽極之間產生電弧，陰極材料在陰極的電弧點處熔融蒸發(fā)，從陰極移向陽極的電子使蒸發(fā)的陰極材料離子化，而離子化的陰極材料附著并沉積在固定于基片座上的基片表面上。從而由陰極材料構成的薄膜就這樣形成在基片表面上。
理想的是，在離子電鍍設備中，微粒狀的陰極材料從陰極飛出并附著在基片的表面上，在這樣的理想電鍍條件下，基片上形成的薄膜有光滑的表面。在使用高熔點材料如鈦作為陰極材料的情況下，微粒狀的陰極材料從陰極飛出，使得薄膜具有光滑的表面。
另一方面，在使用低熔點材料如鋁作為陰極材料的情況下，熔融且液態(tài)陰極材料(大顆粒)飛出，使得薄膜具有粗糙的表面。
作為一種解決辦法，可以減小電弧蒸發(fā)源的電弧電流以降低陰極的電弧點的溫度。但是，因為過度減小電弧電流會使電弧不穩(wěn)定，因此，當用低熔點材料作為陰極材料時，該方法不能防止薄膜的表面粗糙。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出，本發(fā)明的目的是提供一種電弧蒸發(fā)器，一種驅動電弧蒸發(fā)器的方法，和當用低熔點材料作為陰極材料形成薄膜時能防止薄膜表面粗糙的一種離子電鍍設備。
根據本發(fā)明，提供了一種電弧蒸發(fā)器，包括陽極；作為陰極的蒸發(fā)源電極；以及用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的AC方波電弧電流的電流控制單元。
使用這種構成的電弧蒸發(fā)器，通過適當地改變電弧電流的方波波形，可以在保持電弧的同時降低電弧電流的平均值。因此，可以降低電弧點的溫度。結果，蒸發(fā)顆粒的顆粒尺寸可以更小，因此，可以防止基片表面上形成的薄膜表面粗糙。另外，因為可以降低電弧電流的平均值，所以，可以在低溫下進行離子電鍍。
在這種情況下，AC方波電弧電流在一個周期中，其正值時間比負值時間短。因此，可有效地降低電弧電流的平均值。
同樣，在這種情況下，AC方波電弧電流的頻率可以是400kHz或更高。因此，因為電弧電流具有負值的絕對時間縮短了，所以，即使為了降低平均電流值而降低電弧電流正值時間和負值時間的比，也可以維持該電弧。
另外，AC方波電弧電流的頻率可以在1-10KHz之間。因此，因為電弧電流具有負值的絕對時間可進一步縮短，所以，可適當地維持該電弧。
在電弧蒸發(fā)器中，電流控制單元可以控制下述參數中的至少一種AC方波電弧電流的頻率，一個周期中的正值時間和負值時間的比，一個周期中的正值絕對值和負值絕對值的比。因此，可以改變電弧電流的方波波形以防止基片上形成的薄膜表面粗糙。
電弧蒸發(fā)器還可以包括粒度傳感器，用于探測從蒸發(fā)源電極蒸發(fā)的由陰極材料構成的蒸發(fā)顆粒的顆粒尺寸，以及電流控制單元，其根據顆粒大小傳感器探測的顆粒大小控制電弧電流的平均值。因此，可以控制電弧電流使蒸發(fā)顆粒具有所需的顆粒大小。
在這種情況下，粒度傳感器可以包括一對彼此相對放置的電極；在這對電極間形成的DC電場；用以捕獲穿過這對電極之間空間且偏離了預定量的蒸發(fā)粒子的粒子收集器；以及用于偵測由粒子收集器捕獲的蒸發(fā)粒子產生的電流量的電流偵測電路。因此，用于蒸發(fā)粒子的粒度傳感器的結構能夠簡化。
粒度傳感器也可以包括用于向其上附著蒸發(fā)粒子且形成薄膜的基片表面的一部分發(fā)射光的光發(fā)射單元；用于偵測從光發(fā)射單元發(fā)射出并在基片表面上反射的光的強度的光接收單元；以及用于檢測從光發(fā)射單元發(fā)射的光的強度與由光接收單元偵測的光的強度比的控制電路。因此，用于蒸發(fā)粒子的粒度傳感器的結構可以簡化。
根據本發(fā)明，還提供一種驅動電弧蒸發(fā)器的方法，該電弧蒸發(fā)器具有陽極，作為陰極的蒸發(fā)源電極，以及用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的AC方波電弧電流的電流控制單元，該方法包括控制下述中至少一個電弧電流的頻率，一個周期中的正值時間和負值時間的比，以及一個周期中的正值絕對值和負值絕對值的比。因此，可以控制電弧電流使蒸發(fā)顆粒具有所需的顆粒大小。
在這種情況下，可以控制電弧電流的頻率。因為電弧電流具有負值的絕對時間根據頻率而改變，因此，通過設定合適的頻率值可以保持該電弧電流。
在驅動電弧蒸發(fā)器的方法中，可以控制電弧電流一個周期中的正值時間和負值時間的比。因為電弧電流的平均值根據正值時間和負值時間的比而改變，因此，通過改變正值時間和負值時間的比可以改變電弧電流的平均值及由此改變蒸發(fā)顆粒的粒度。另外，因為蒸發(fā)顆粒的蒸發(fā)速度根據正值時間和負值時間的比而改變，因此，可以通過改變正值時間和負值時間的比改變蒸發(fā)顆粒的蒸發(fā)速度。
在驅動電弧蒸發(fā)器的方法中，還可以控制電弧電流一個周期中的正值絕對值和負值絕對值的比。因為電弧電流的平均值根據正值絕對值和負值絕對值的比而改變，所以，通過改變正值絕對值和負值絕對值的比可以改變電弧電流的平均值，及由此改變蒸發(fā)顆粒的粒度。
根據本發(fā)明，提供了一種離子電鍍設備，該設備包括真空容器；設置在真空容器中用于固定基片的基片座；和使用AC方波電弧電流以蒸發(fā)真空容器中的陰極材料的電弧蒸發(fā)器。使用這種結構的設備，可防止基片上形成的薄膜表面粗糙。另外，因為可降低電弧電流的平均值，所以，可以在低溫下進行離子電鍍。
根據本發(fā)明，還提供了一種能夠在一個容器中進行離子電鍍和等離子體化學氣相沉積(CVD)的離子電鍍設備。使用這種結構的設備，由于該容器一旦抽真空，可以同時進行離子電鍍和等離子體CVD，因此，可以降低生產成本。
在這種情況下，離子電鍍設備可包括具有排氣口和通過其供給材料氣體的材料氣體供給口的容器；通過排氣口抽空容器的排氣泵；設置在容器內用于固定基片的基片座；用于蒸發(fā)容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器；用于打開/關閉材料氣體供給口的裝置；遮蓋電弧蒸發(fā)器的陰極材料蒸發(fā)部分的可開啟的蓋；以及用于在容器內產生等離子體的射頻電源。使用這種構造的設備，打開遮蓋電弧蒸發(fā)器的陰極材料蒸發(fā)部分的蓋并關閉材料氣體供給口以進行離子電鍍，而關閉陰極材料蒸發(fā)部分的蓋并打開材料氣體供給口以進行等離子體CVD。以這種方法，可以在一個容器中進行離子電鍍和等離子體CVD。一般來說，要涂覆的基片表面具有三維形狀。在該離子電鍍設備中，因為對電弧蒸發(fā)源的空間方位角沒有限制，所以，可以把所需數目的電弧蒸發(fā)源安裝在對于在基片上形成膜最佳的位置上。結果，與利用電阻加熱而使用蒸發(fā)源的離子電鍍相比，本發(fā)明的離子電鍍可以適宜地進行。
另外，在這種情況下，電弧蒸發(fā)器可以使用AC方波電弧電流以蒸發(fā)陰極材料。使用這種構造的設備，可以防止在基片上形成的薄膜的表面粗糙。
根據本發(fā)明，還提供了一種離子電鍍設備，包括真空容器；真空容器內用于固定基片的基片座；用AC方波電弧電流蒸發(fā)真空容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器；以及用于在真空容器內產生等離子體的射頻電源。通過這種構造的設備，因為蒸發(fā)器中使用AC方波電弧電流，甚至是在真空容器中通過施加射頻電源進行離子電鍍的情況下，也可以減小平均電流來降低陰極材料蒸發(fā)部分的溫度。
根據本發(fā)明，還提供了一種電弧蒸發(fā)器，包括陽極；作為陰極的蒸發(fā)源電極；用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的電弧電流的電流控制單元；以及用于使從蒸發(fā)源電極蒸發(fā)的由陰極材料構成的蒸發(fā)顆粒偏轉的偏轉單元。通過這種構造的設備，因為基片座處于偏轉的蒸發(fā)顆粒的行進途中，而不是置于蒸發(fā)源電極前面，因此，可以防止來自蒸發(fā)源電極的輻射熱所造成的基片溫度升高。
在這種情況下，該電弧蒸發(fā)器還可以包括用于旋轉偏轉單元的裝置。通過這種構造的設備，多個基片可以同時進行離子電鍍，并通過將這些基片環(huán)狀置于蒸發(fā)源電極前面而不用旋轉。
根據本發(fā)明，還提供了一種電弧蒸發(fā)器，包括陽極；作為陰極的蒸發(fā)源電極；以及用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的電弧電流的電流控制單元，電弧電流具有相對時間軸基本垂直上升、然后隨即慢慢地或逐步地下降的波形。因為要蒸發(fā)的材料首先被急劇升高的電弧電流迅速加熱，然后電弧電流隨即開始下降，所以，可以防止蒸發(fā)顆粒的粒度很大。結果，可以適當地防止由蒸發(fā)材料形成的薄膜表面粗糙。
在這種情況下，電弧電流的波形可以是鋸齒波。從而，可以適當地防止蒸發(fā)顆粒的粒度很大。并因此，可以適當地防止由蒸發(fā)材料形成的薄膜表面粗糙。
另外，在這種情況下，電弧電流的波形可以是重復階梯波，因此，可以適當地防止蒸發(fā)顆粒的粒度變大，并從而可以適當地防止由蒸發(fā)材料形成的薄膜表面粗糙。
根據本發(fā)明，另外還提供了一種離子電鍍設備，包括真空容器；真空容器內用于固定基片的基片座；以及用電弧電流蒸發(fā)真空容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器，電弧電流具有相對時間軸基本垂直上升、然后隨即慢慢地或逐步地下降的波形。因此，可以防止由蒸發(fā)材料形成的薄膜表面粗糙。
根據本發(fā)明，另外還提供了一種離子電鍍設備，包括真空容器；真空容器內用于固定基片的基片座；用電弧電流蒸發(fā)真空容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器，電弧電流具有相對時間軸基本垂直上升、然后隨即慢慢地或逐步地下降的波形；以及用于在真空容器內產生等離子體的射頻電源。因此，可以防止由蒸發(fā)材料形成的薄膜表面粗糙。
本發(fā)明的上述及其它目的和特征在對下面附圖的詳述中會更為明顯。


圖1是示意性地示出根據本發(fā)明的第一實施例的電弧蒸發(fā)器和離子電鍍設備的構造的橫截面圖；圖2是示意性地示出圖1的電弧蒸發(fā)器的電流控制單元的構造的方框圖；圖3是示意性地示出圖1的電弧蒸發(fā)器的粒度傳感器的構造圖；圖4是示出從圖1的電弧蒸發(fā)器的電流控制單元輸出的電流波形曲線；圖5是示意性地示出另一種粒度傳感器的構造的橫截面圖；
圖6是示意性地示出根據本發(fā)明的第二實施例的離子電鍍設備的構造的橫截面圖；圖7是示意性地示出根據本發(fā)明的第三實施例的離子電鍍設備的構造的橫截面圖；圖8是示出根據本發(fā)明的第四實施例的電弧蒸發(fā)器的構造的橫截面圖；圖9是示出根據本發(fā)明的第五實施例的電弧蒸發(fā)器的電弧電流的波形和由蒸發(fā)材料形成的薄膜的反射率的表；以及圖10是示出根據本發(fā)明的第六實施例的電弧蒸發(fā)器的電弧電流的波形和由蒸發(fā)材料形成的薄膜的反射率的表。
具體實施例方式
下面將參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
第一實施例圖1是示意性地示出根據本發(fā)明的第一實施例的電弧蒸發(fā)器和離子電鍍設備的構造的橫截面圖。圖2是示意性地示出圖1的電弧蒸發(fā)器的電流控制單元的構造的方框圖。圖3是示意性地示出圖1的電弧蒸發(fā)器的粒度傳感器的構造圖。圖4是示出從圖1的電弧蒸發(fā)器的電流控制單元輸出的電流波形的曲線。
現在參看圖1，該實施例的離子電鍍設備裝備有用于在真空容器5中固定基片7的基片座6和相對基片座6放置的作為陰極的蒸發(fā)源電極2。該離子電鍍設備還在基片座6的前面裝備有粒度傳感器4。真空容器5由導電元件構成并電接地。電流控制單元3用于在真空容器5和蒸發(fā)源電極2之間施加起弧電壓并控制起弧電壓所產生的電弧電流。即，真空容器5相當于電弧蒸發(fā)源的陽極，而真空容器5和蒸發(fā)源電極2構成電弧蒸發(fā)源。粒度傳感器4的探測信號輸入電流控制單元3。電弧蒸發(fā)源，電流控制單元3和粒度傳感器4構成本實施例的電弧蒸發(fā)器1。基片座6由導電元件構成，而偏壓電源裝置18在基片座6和真空容器5之間施加預定量的偏壓。偏壓施加成使基片座6相對于真空容器5具有負電勢。附圖標記8表示由從蒸發(fā)源電極2蒸發(fā)的、由陰極材料構成的蒸發(fā)顆粒。在下面的說明書和權利要求書中，“由蒸發(fā)的陰極材料構成的蒸發(fā)顆?！奔戎刚舭l(fā)的陰極材料分子又指濺射的陰極材料顆粒。
參看圖2和4，電流控制單元3包括將有工業(yè)電頻率的AC(交流電)電流整流的整流電路41，將從整流電路41輸出的DC(直流電)電流轉變成方波脈沖電流的斬波電路42，將從斬波電路42輸出的方波脈中電流和DC電流合成為AC方波電流的合成電路43，將從合成電路43輸出的AC方波電流放大的放大電路44，以及包括CPU的控制電路45?？刂齐娐?5收到外部輸入的所需值46，并將各個所需值46與放大電路44的輸出值及從粒度傳感器4輸入的值相比較，以此對斬波電路42，合成電路43和放大電路44進行反饋控制。因此，圖4的AC方波電流是從放大電路41輸出的。在圖4中，從真空容器5流向蒸發(fā)源電極2的電流設為+(正)。
用于AC方波電流的一個周期T的所需值46，用于一個周期中正值時間T1和負值時間T2的比(下面簡稱為正值時間T1和負值時間T2的比)的所需值46，用于一個周期中正值A1的絕對值和負值A2的絕對值的比(下面簡稱為正值A1和負值A2的比)的所需值46，用于振幅(A1+A2)的所需值46，以及用于蒸發(fā)顆粒8的粒度的所需值46都是從外部輸入的?？刂齐娐?5控制斬波電路42以控制AC方波電流的周期T及正值時間T1和負值時間T2的比?？刂齐娐?5仍控制合成電路43以控制AC方波電流的正值A1和負值A2的比?？刂齐娐?5還控制放大電路44以控制AC方波電流的振幅(A1+A2)。控制電路45還控制AC方波電流的正值時間T1和負值時間T2的比或AC方波電流的正值A1和負值A2的比以控制蒸發(fā)顆粒8的粒度。
參看圖3，粒度傳感器4具有一對彼此相對放置的電極9。從DC電源(未示出)輸出的DC電壓施加在這對電極9上，以此在這對電極9之間形成DC電場。粒度傳感器4中裝備有用于捕獲穿過這對電極9之間空間且因此偏離了預定量的蒸發(fā)顆粒8的顆粒收集器10。粒度傳感器4中還裝備有用于偵測由粒子收集器10捕獲的蒸發(fā)顆粒8所產生的電流值的電流探測電路11。表示電流值的信號是從電流探測電路11輸出的作為表示粒度的信號。
接下來說明如此構造的離子電鍍設備的操作方法。
參看圖1-4，將基片7安裝在基片座6上，然后啟動離子電鍍設備。用排氣泵(未示出)將真空容器5抽空到預定的真空度并保持該真空度。然后，操縱偏壓電源裝置18以對基片座6施加預定量的偏壓，使基片座6相對于真空容器5保持負電勢。然后，啟動電流控制單元3，以開始在蒸發(fā)源電極2中產生電弧，AC方波電弧電流流經蒸發(fā)源電極2。因此，陰極材料從蒸發(fā)源電極2中蒸發(fā)并生成蒸發(fā)顆粒8，從蒸發(fā)源電極2移向真空容器5的電子使蒸發(fā)顆粒8離子化并附著在基片7上。通過這種方法，由陰極材料構成的薄膜就這樣形成在基片表面上。
在該操作的過程中，粒度傳感器4捕獲部分一部分從蒸發(fā)源電極2蒸發(fā)的顆粒。如圖3所示，因為蒸發(fā)并離子化的顆粒經過形成DC電場的一對電極9之間的空間，所以，顆粒的行進路徑因為DC電場而偏轉。在這種情況下，蒸發(fā)顆粒的粒度越小，偏轉度越高，因此，從粒度傳感器4輸出的電流值越大。所以，粒度傳感器4可以探測蒸發(fā)顆粒8的粒度。收到粒度傳感器4輸出的粒度信號后，當蒸發(fā)顆粒8的粒度較大時，電流控制單元3將降低電弧電流的正值時間T1和負值時間T2的比或電弧電流的正值A1和負值A2的比，這就會降低電弧電流的平均值，以此降低蒸發(fā)源電極2的陰極的電弧點處的溫度。因此，蒸發(fā)顆粒8的粒度將變小。結果，可以防止基片7上形成的薄膜表面粗糙。相反，當蒸發(fā)顆粒8的粒度較小時，電流控制單元3將增加電弧電流的正值時間T1和負值時間T2的比或電弧電流的正值A1和負值A2的比，這就會增加電弧電流的平均值，以此升高蒸發(fā)源電極2的陰極的電弧點處的溫度。因此，蒸發(fā)顆粒8的粒度將變大。但是，在實際上，因為蒸發(fā)顆粒8的粒度不會小于原子大小，并且因為粒度的所需值設定為原子級，所以，電流控制單元3不會為使蒸發(fā)顆粒的粒度變大的目的來控制電弧電流。盡管可以任意改變電弧電流的正值時間T1和負值時間T2的比或電弧電流的正值A1和負值A2的比以改變蒸發(fā)顆粒8的粒度，但優(yōu)選地是改變正值時間T1和負值時間T2的比。這是因為為了保持該電弧需要某一瞬時電流值或更大的值，并且當正值時間T1和負值時間T2的比改變時，在保持某一瞬時電流值或更大的值的同時可以降低平均電流值。應當注意的是改變正值時間T1和負值時間T2的比能改變蒸發(fā)速度和蒸發(fā)顆粒8的粒度，而改變正值A1和負值A2的比只能改變蒸發(fā)顆粒8的粒度。
通過改變外部輸入的所需值46，可以改變電弧電流的波形。通過改變周期T即頻率，可以改變電弧的穩(wěn)定性。具體來說，頻率越高，電弧的穩(wěn)定性越高。因此，如果頻率低于400Hz，電弧可能是不連續(xù)的，因此，需要把頻率設定為400Hz或更高，更理想的是把頻率設定為幾KHz至幾十KHz。另外，如上所述，通過改變正值時間T1和負值時間T2的比，可以改變蒸發(fā)顆粒8的粒度和蒸發(fā)速度，通過改變正值A1和負值A2的比，只能改變蒸發(fā)顆粒8的粒度。因此，根據陰極材料的熔點將這些比適宜地設定，就可以防止基片7上形成的薄膜表面粗糙。結果，即使用低熔點材料如鋁作為陰極材料，基片7上形成的薄膜而不會有粗糙的表面，這在傳統(tǒng)上是作不到的。
接下來說明該實施例的一個改進方案。圖5是示意性地示出粒度傳感器的另一種結構的橫截面圖。如圖5所示，粒度傳感器4包括向蒸發(fā)顆粒8附著在其上并在其上形成薄膜的基片7表面的一部分上發(fā)射光線的發(fā)光裝置12，檢測從發(fā)光裝置12發(fā)射的后經基片7表面反射的光線的光線接收裝置13，以及檢測從發(fā)光裝置12發(fā)射的光線強度和由光線接收裝置13檢測的光線強度的比的控制電路31。在真空容器5的壁部分的一部分內裝備有玻璃窗(未示出)，光線通過玻璃窗穿過。例如，可用發(fā)光二極管作為發(fā)光裝置12，光電二極管作為光線接收裝置13。
通過這種構造的粒度傳感器，因為基片7的光線反射率隨蒸發(fā)顆粒的粒度變化，并且控制電路31檢測的光線強度比根據這一變化而變化，所以，蒸發(fā)顆粒的粒度可用簡化的方式探測。
第二實施例本發(fā)明的第二實施例示出一種在一個容器中能夠進行離子電鍍和等離子體CVD(化學氣相沉積)的離子電鍍設備。
圖6是示意性地示出該實施例的離子電鍍設備構造的橫截面圖。在圖6中，與圖1中相同的那些附圖標記表示相同或相應的部件。
如圖6所示，該實施例的離子電鍍設備包括具有排氣口22和通過其供給材料氣體25的材料氣體供給口21的容器5，通過排氣口22抽空容器5的排氣泵(未示出)，設置在容器5內用于固定基片7的基片座6，用于蒸發(fā)容器5內陰極材料的電弧蒸發(fā)器(圖6中只示出蒸發(fā)源電極2)1A、1B，打開/關閉材料氣體供給口21的裝置(未示出)，遮蓋電弧蒸發(fā)器1A、1B的蒸發(fā)源電極2的可開啟的蓋51A、51B，容器5內產生等離子體的射頻電源23，以及對基片座6施加偏壓的DC電源24。
在該實施例中，如圖6所示，基片7是汽車的照明燈等的半球狀物體?；?的結構是在玻璃基片上設置有金屬層和防銹樹脂層。蒸發(fā)源電極2設置在基片7下方的容器5的側壁上，使陰極材料附著到半球形基片7內壁上。
附圖標記C0表示DC截止電容器，附圖標記L0表示AC截止阻流圈。
接下來說明如此構造的離子電鍍設備的操作方法。
首先，如實線所示，打開遮蓋蒸發(fā)源電極2的蓋51A、51B，以將這些電極暴露出來，并關閉材料氣體供給口21。還要中止射頻電源23，只啟動DC電源24。在這種狀態(tài)下，運行電弧蒸發(fā)器1A、1B進行離子電鍍。從而由陰極材料構成的金屬薄膜形成在基片7上。
然后，如雙點劃線所示，關閉蓋51A、51B以遮蓋住蒸發(fā)源電極2，并打開材料氣體供給口21。這樣，包括樹脂單體的材料氣體25就充滿容器5。然后，在該充滿材料氣體25的狀態(tài)下，操縱射頻電源23和DC電源24進行等離子體CVD。從而在容器5中產生等離子體，并使樹脂單體聚合而形成為在基片7的金屬薄膜上的樹脂薄膜。用這種方式，可以得到在基片7上設置有金屬層和防銹樹脂層的照明燈。
因為，一旦將容器抽空，可以在一個容器中進行離子電鍍和等離子體CVD，因此，可以降低生產成本。另外，因為對蒸發(fā)源電極2的空間方位角沒有限制，所以，可以把電極2安裝在對于基片7上形成薄膜最佳的位置上。因此，即使對半球形基片7也可以進行適宜的離子電鍍。
第三實施例圖7是示意性地示出根據本發(fā)明的第三實施例的離子電鍍設備的構造的橫截面圖。在圖7中，與圖6中相同的那些附圖標記表示相同或相應的部件。
如圖7所示，該實施例的離子電鍍設備使用第一實施例中的電弧蒸發(fā)器1。該實施例與第一實施例相同，除了在基片6和真空容器5之間施加射頻電源23產生的射頻電壓和DC電源24產生的DC偏壓之外。
在如此構造的離子電鍍設備中，當該設備啟動時，射頻電源23在真空容器5中產生等離子體，而DC電源24形成從真空容器5至基片座的DC電場。然后，顆粒從蒸發(fā)源電極2蒸發(fā)出來。蒸發(fā)顆粒被等離子體激發(fā)并被DC電場加速。加速的顆粒和基片7碰撞，并在其上形成由陰極材料構成的致密薄膜。
因為電弧蒸發(fā)器1使用AC方波電弧電流，所以可以降低平均電流，以使蒸發(fā)源電極2的溫度降低。因此，可以抑制基片7的溫度升高，也因此可以在低溫下進行離子電鍍。在第二和第三實施例中可以得到類似的效果。
第四實施例圖8是示意性示出根據本發(fā)明的第四實施例的電弧蒸發(fā)器的構造的橫截面圖。在圖8中，與圖1中相同的那些附圖標記表示相同或相應的部件。
參看圖8，除了第一實施例中的構造外，該實施例的電弧蒸發(fā)器1包括使從蒸發(fā)源電極2蒸發(fā)的顆粒8偏轉的偏轉裝置33和用于旋轉偏轉單元33的裝置(未示出)。
在該實施例中，偏轉裝置33由一對在蒸發(fā)源電極2上方設置的電極構成，這一對電極連接在DC電源(未示出)上。在偏轉裝置33上設置屏蔽板32，其在位于蒸發(fā)源電極2上方的部分開口。
中心部分開口的截錐狀基片座6置于屏蔽板32上方，而很多基片7安裝在基片座6的內表面上。
通過這種構造的設備，偏轉裝置33的該對電極使從蒸發(fā)源電極2蒸發(fā)的顆粒8偏轉并附著在基片座6上的基片7上。具體來說，基片座6處于偏轉的蒸發(fā)顆粒8的行進途中，而不是置于蒸發(fā)源電極2的正上方，因此，可以防止由于蒸發(fā)源電極2的輻射熱所造成的基片7的溫度升高。另外，因為偏轉裝置33是轉動的，所以，如圖8所示通過將這些基片7環(huán)狀置于蒸發(fā)源電極2上方，很多基片7可以同時進行離子電鍍，而不用旋轉這些基片。
第五實施例在本發(fā)明的第五實施例中，兩種不同的陰極材料設置在圖6中根據第二實施例的離子電鍍設備中的電弧蒸發(fā)器1A、1B的相應蒸發(fā)源電極2上，并且在離子電鍍過程中在電弧蒸發(fā)器1A、1B之間進行切換。使用這種構造的設備時，可以在相同真空容器中形成包括由兩種不同材料制成的層的薄膜。
當使用三個或更多個電弧蒸發(fā)器時，可以以相同的方式形成包括由三種或更多種不同材料制成的層的薄膜。通過在一個電弧蒸發(fā)器中設置多個蒸發(fā)源電極可以得到同樣的效果。另外，在第一和第七實施例的離子電鍍設備中，也可以在多個蒸發(fā)源電極中設置不同的陰極材料，并在離子電鍍過程中在這些電極之間進行切換。
第六實施例本發(fā)明的第六實施例示出能夠防止由蒸發(fā)材料構成的薄膜的表面粗糙的非AC方波的電弧電流的波形。
圖9和10是說明該實施例的電弧蒸發(fā)器的電弧電流的波形和由蒸發(fā)材料構成的薄膜的反射率的表。
該實施例的電弧蒸發(fā)器和離子電鍍設備的整個構造與第三實施例(圖7)中的基本相同。不同之處在于采用該實施例的電流控制單元以提供具有首先相對時間軸基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的波形的電弧電流。另外，該實施例的電流控制單元不用粒度傳感器對電弧電流進行反饋控制。
參看圖9和10，在該實施例中，采用重復階梯波(2號)、鋸齒波(3號)和修正鋸齒波(4-6號)作為首先相對于時間軸基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的波形。這些波形與DC方波(1號)和相對時間軸逐步上升的波形(7號)的相比較。這種對比是基于由蒸發(fā)材料構成的薄膜的反射率作出的。在各個波形的情況下，薄膜是在壓力為(5.0×10-3)托的真空容器中在200V的DC偏壓下持續(xù)3分鐘后制成的。各個波形的發(fā)生電路是公知的，這里不再說明。
如圖9和10所示，在該實施例中，在DC方波(1號)的情況下，反射率是58.9％，而重復階梯波(2號)和鋸齒波(3號)的情況下，反射率分別是67.2％和78.9％，這明顯大于DC方波(1號)的情況下的反射率。有較大波峰和較小波峰的鋸齒波(4號)能產生最優(yōu)選的反射率，該反射率是80.1％。首先相對時間軸基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的電弧電流的波形能夠令人滿意地改進反射率。至于三角波形，這里不是指有連續(xù)三角波形的基本鋸齒波(3號)和有兩個峰的鋸齒波(4號)，三角波形相互隔開的波形(6號)和急劇上升的三角波形之間有慢慢上升的三角波形的波形(5號)都能改善反射率，反射率分別是62.4％和70.4％。
另一方面，作為對比的慢慢上升的三角波形(7號)產生的反射率是47.7％，低于使用DC方波時的反射率。
如上所述，該實施例使用具有首先相對時間軸基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的波形的電弧電流，結果，這樣制成的由蒸發(fā)材料構成的薄膜的反射率比使用方波時制成的薄膜的反射率高。這可能是因為如下事實其可以防止蒸發(fā)顆粒的粒度變大，從而防止由蒸發(fā)材料構成的薄膜的表面粗糙。這是因為急劇升高的電弧電流能快速加熱材料使之在電弧點處蒸發(fā)，電弧電流隨即開始下降。
雖然把首先相對時間軸基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的波形作為電弧電流的波形來描述，但是，波形可以慢慢下降，例如，以曲線型或之字型下降，或者其可以是AC波形。
雖然該實施例的電弧蒸發(fā)器用在第三實施例的使用射頻等離子體的離子電鍍設備中，但是，該蒸發(fā)器可以用在第一實施例的只使用DC偏壓的離子電鍍或其它氣相沉積中。
雖然在第二和第四實施例中，電弧蒸發(fā)源使用AC方波電弧電流，但是，也可以使用普通的DC電弧電流或在第六實施例中描述的首先相對時間軸基本垂直上升、然后慢慢地或逐步地下降的電弧電流。
對于本領域普通技術人員來說，根據上述說明對本發(fā)明進行的許多改進和替換的實施例是顯而易見的。因此，以上這些描述只為說明之用，其目的是教導本領域普通技術人員本發(fā)明的最佳實施方式。在不背離本發(fā)明精神的情況下可以對結構和/或功能上的細節(jié)進行改變，而在所附的要求保護的權利要求書范圍內的所有改進都要求保護。
權利要求
1.一種電弧蒸發(fā)器，其包括陽極；作為陰極的蒸發(fā)源電極；以及用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的AC方波電弧電流的電流控制單元。
2.根據權利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，AC方波電弧電流在一個周期中，其正值時間比負值時間短。
3.根據權利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，AC方波電弧電流的頻率是400Hz或更高。
4.根據權利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，AC方波電弧電流的頻率是1kHz-10kHz。
5.根據權利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，電流控制單元能夠控制下述中至少一個AC方波電弧電流的頻率，一個周期中的正值時間和負值時間的比，一個周期中的正值的絕對值和負值的絕對值的比。
6.根據權利要求1所述的電弧蒸發(fā)器，還包括粒度傳感器，用于探測從蒸發(fā)源電極蒸發(fā)的由陰極材料構成的蒸發(fā)顆粒的粒度，且電流控制單元適于根據粒度傳感器探測的顆粒大小控制電弧電流的平均值。
7.根據權利要求6所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，粒度傳感器包括一對彼此相對放置的電極，在這對電極間形成DC電場；用于捕獲穿過這對電極之間空間并因此偏轉預定量的蒸發(fā)顆粒的顆粒收集器；以及用于探測由粒子顆粒收集器捕獲的蒸發(fā)顆粒產生的電流值的電流探測電路。
8.根據權利要求6所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，粒度傳感器包括用于向其上附著蒸發(fā)顆粒并在其上形成薄膜的基片表面一部分上發(fā)射光線的發(fā)光裝置；用于探測從發(fā)光裝置發(fā)射出并經基片表面反射的光線強度的光接收裝置；以及用于檢測從發(fā)光裝置發(fā)射的光線強度與由光接收單元探測的光線強度的比的控制電路。
9.一種驅動電弧蒸發(fā)器的方法，該電弧蒸發(fā)器具有陽極，作為陰極的蒸發(fā)源電極，以及用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的AC方波電弧電流的電流控制單元，該方法包括控制下述中至少一個電弧電流的頻率，一個周期中的正值時間和負值時間的比，一個周期中的正值絕對值和負值絕對值的比。
10.根據權利要求9所述的驅動電弧蒸發(fā)器的方法，其特征在于，控制電弧電流的頻率。
11.根據權利要求9所述的驅動電弧蒸發(fā)器的方法，其特征在于，控制電弧電流的一個周期中的正值時間和負值時間的比。
12.根據權利要求9所述的驅動電弧蒸發(fā)器的方法，其特征在于，控制電弧電流的一個周期中的正值的絕對值和負值的絕對值的比。
13.一種離子電鍍設備，包括真空容器；設置在真空容器內用于固定基片的基片座；以及用AC方波電弧電流蒸發(fā)真空容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器。
14.一種離子電鍍設備，能夠在一個容器中進行離子電鍍和等離子體氣相沉積。
15.根據權利要求14所述的離子電鍍設備，包括具有排氣口和通過其供給材料氣體的材料氣體供給口的容器；通過排氣口抽空容器的排氣泵；設置在容器內用于固定基片的基片座；用于蒸發(fā)容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器；用于打開/關閉材料氣體供給口的裝置；遮蓋電弧蒸發(fā)器的陰極材料蒸發(fā)部分的可開啟的蓋；以及用于在容器內產生等離子體的射頻電源。
16.根據權利要求15所述的離子電鍍設備，其特征在于，電弧蒸發(fā)器用AC方波電弧電流蒸發(fā)陰極材料。
17.一種離子電鍍設備，包括真空容器；設置在真空容器內用于固定基片的基片座；用AC方波電弧電流蒸發(fā)真空容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器；以及用于在真空容器內產生等離子體的射頻電源。
18.一種電弧蒸發(fā)器，包括陽極；作為陰極的蒸發(fā)源電極；用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的電弧電流的電流控制單元；以及用于使從蒸發(fā)源電極蒸發(fā)的由陰極材料構成的蒸發(fā)顆粒偏轉的偏轉單元。
19.根據權利要求18所述的電弧蒸發(fā)器，還包括用于旋轉偏轉單元的裝置。
20.一種電弧蒸發(fā)器，包括陽極；作為陰極的蒸發(fā)源電極；以及用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的電弧電流的電流控制單元，所述電弧電流相對時間軸具有基本垂直上升，然后逐漸或逐步下降的波形。
21.根據權利要求20所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，電弧電流的波形是鋸齒波。
22.根據權利要求20所述的電弧蒸發(fā)器，其特征在于，電弧電流的波形是重復階梯波。
23.一種離子電鍍設備，包括真空容器；設置在真空容器內用于固定基片的基片座；以及利用電弧電流蒸發(fā)真空容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器，所述電弧電流具有相對時間軸基本垂直上升，然后逐漸或逐步下降的波形。
24.一種離子電鍍設備，包括真空容器；設置在真空容器內用于固定基片的基片座；利用電弧電流蒸發(fā)真空容器內的陰極材料的電弧蒸發(fā)器，所述電弧電流具有相對時間軸基本垂直上升、然后逐漸或逐步下降的波形；以及用于在真空容器內產生等離子體的射頻電源。
全文摘要
一種電弧蒸發(fā)器,包括:陽極;作為陰極的蒸發(fā)源電極;以及用于產生穿過陽極和蒸發(fā)源電極的AC方波電弧電流的電流控制單元。
文檔編號C23C14/32GK1354275SQ0113761
公開日2002年6月19日 申請日期2001年9月26日 優(yōu)先權日2000年9月26日
發(fā)明者瀧川志朗, 能勢功一, 小泉康浩, 堀崇展, 宮行男 申請人:新明和工業(yè)株式會社, 西鐵城時計株式會社