性推克弧子^膜Cathodic Vacuum Arc Processing(U.S. patent 3,793,179)成仁大擘物系陪檀雷弧雕子^膜一、前言1958年，Wore提出可以用Arc的方法来做^膜雁用，一直到70年代初，才有4 篇暮利文章提出工棠用的方法1) Arc deposition and apparatus, U.S. patent No 3, 625, 848(1971)(2) Arc deposition and apparatus, U.S. patent No 3, 836, 415(1974)(3) Apparatus for vacuum evaporation of metals Under the action of an electric Arc, U.S. patent No 3, 783, 231(1974)(4) Apparatus for metal evaporation coating, U.S. patent No.3, 793, 179(1974)到了 70年代末期，USSR才有工棠用途美阈到了 80年代中期，才有用Arc的方法在工具^上^ TiN,增加硬度，延畏工 具^的^命。
1. Cathodic vacuum arc processing 的主要®^:C1)高度禺隹子化2) ^膜速度快3) 黏著度段佳4) Ti、N比例物圭，且段不畲受N2分厘影警 我仍在^ Ti、N畤，最好是同一值比例上去，逼侗在1子榆中尤其雉控制，陪桎1弧雕子^膜刖是控制的特别 好5) 基板温度可以段低2. 主要的缺黏舄：(1) 酬亟1弧禺隹子^膜(cathode arc processing )最大的缺黑占舄是微粒的走生(macro-particles)0如圈一，大部份的macro-particles出现的角度的舄10-20度From the cathode plane2) 因舄^的速度太快，很雉控制它的均匀度二、 Cathodic Spot (Arc Spot)HI一、不速^的H檀黠示意圜1. 见H—, H中有3富桎靶(Target at cathode potential)^ ^ffi (Anode)^ 基板(Substrate), 通遏的大*5流走生磁埸(Magnetic field )02. 5子因弓鱼5埸的作用，使5子自3桎表面微突虔畿射亚激畿靶上方之麻醴雕子化形 成5聚)，富其中的一侗麻醴正雕子撞S3®靶上的某一黑占，因舄大5流逼黑占形成一 侗Arc spot舞现象有黑占楠以於踞5,就如^5-»＞打到原Arc spot附近段高的黑占) 而道黑占瞬冏高温熔融^射出5子(electrons).原子典分子及微粒(macro-particles), 形成雕子套。
3. 5子、原子典分子)波射的速度不同，相同温度下所带的能量一檬，雀1 mv 2来看5 子的^量是最小的，所以速度是最快的因此在3®和H®冏畲形成一侗弓鱼5埸匾(positive space charge region，H 一 中虚富泉所圈之虔)4. 部分雕子通遏5聚打向基板、部分折返撞S3®靶打出靶材正雕子及5子如H-0 由於磁埸的鼎御系，正雕子畲往左遑移勤，形成另一侗Arc spoto不•斤地重覆第1到 第4黑占的循璞，也就形成了^膜的檄制5. 如果没有外加磁埸作用Arc spot畲随檄散窥地在3桎靶表面移勤ffi^ Random Arc model菠僦主：1. 中性粒子是由macro-particles典plasma作用，蒸畿而得高温材料之ionization ratio 最高2. Arc spot移勤速度典不同的之标醴亦有^系活性耕登移勤的比物夬，而且 macro-particles的走生也虫交少簸例一】阍二、是是1974年，俄阈人在美阈申^的暮利之Ir ———————————————————我^WB二^成一侗言殳言十例子，上面航色虚富泉框起来的部份（1、2、3、4、5、6、 7）,整侗是一固真空系毓8总令劄系统9是陪桎靶（target）, 10舄蒸畿表面（evaporation surface）, 11、12 舄 non-evaporation surface,整彳固 Target 舄一（平坦的H^） flat disk。
13舄基板，放置在一虚横的球面14上，如此才能得到好的均匀度而酬亟的底部12 和冷劄系充8要用焊接的方式接起来，因舄它所需的雷流大的是100A，也就是雕子上 去的速度是100A，可见其^膜速度非常的快前面有^遏Arc spot的檄制畲不窿斤的在 附近循璞，舄了避免在^膜的遏程中，Arc spot打在我仍的系统上，损毁言殳偷，因此陪 桎靶和系统之冏需要一侗渚，隔了一侗渚，上空的S^ffi子S感雁不到可以引蠡rc的 黑占也就不畲走生踞雷的现象也就是阍二中的gap 22所以逼踞S现象就只能畿生在我仍 接有大S流的靶材上17舄导同裂的冷劄系统（colding bed），此系统同畤有S®（通大S流）及辱熟（保持都 只是局部熔融）之作用；S由18逵去，水由19逵去作者^察到，富Target surface10 温度越低，刖Arc spot移勤速度越快，越穗定，微粒越少Arc burning中有30%的熟 量畲被冷劄系统17带走，因此冷劄系统是侗很重要的因素，因此富桎的底部12和令劄 系统8最好要焊接在一起B中擂板21 （shield，此匾的材^一定要是骨色^醴若有隔空放S的现象，遢是有可 能引S^So ）的^部24之高度典evaporation surface10需同高。
若24虫交高，刖蒸^ 畤，^料畲跑到21;若蒸^8寺冏段畏，刖gap22畲被辱通若24段低，具耶富桎H柱的 表面11 （cathode cylindrical surface）也畲被^上去，如此原本的gap22也畲被辱通之前^的是理想的例子才可以一直不冏窿斤的s生^w^a富鲫祭在^膜畤我仍需 要一侗可以富它有状〉兄，不S生踞SB寺可以再次促S踞S檄制的系统而逼系统遢要一 黑占，就焉上雕^，要不然Sffi>好像焊接一檬接在一起25舄H桎（anode），由 feedthrough27速接到power supply左下角虚泉框起来的部份（40），是大S流供雁的部 份（power supply）45舄正S，正S分成耐条，一条是46往上延伸；一条是38往上， 经遏一侗S阻39 （目的是限制S流），再往上通遏一条S泉35，接著藉由29接到靶上 （29典靶的接蠲黑占舄一金十状物）另一条48 ^^S，往上经遏一S磁^30，穿遏49的地 方，到B^S相接虔富我仍S源一打起 正S往上跑，瞬冏藉由29在靶上走生T固局部的Arc彳免使 靶上的M^ffi子化，造成雷子、原子典分子的^射^膜檄制^始遑作；此畤，磁^ 30 被往上吸，将强簧34厘扁，29也跟著^ffi^ffi靶。
富因舄某些原因，^膜檄制停掉了， 磁^ 30就畲强回原位，此畤29又接蠲到陪桎靶，在靶上走生一侗局部的Arc…，此^ 膜檄制又可以^始遑^了逼就是最II春的陪檀S弧ffi子^膜（照外加磁埸作用，Arc spot >B^散葛L地在陪桎靶表面移勤，不再舄Random Arc model）因在Arc遏程中畲有 S流突然消失的10-7秒左右，此畤畲有反向S勤势的走生，所以装了大雷容50来吸收 逼侗反向S勤势，因此^桎47的S厘要比42的S厘低，逼可由可燮S阻43来得到逼裨^的系统是没有辨法控制Arc spot打在什麽地方的，那要控制打在那最筒罩的 方法就是外加磁埸，加上如圈一所示的磁埸彳免原本是随檄窥跳的Arc spot,如果直接 用肉眼^察畲燮成往左方不•斤延伸的一中条虚富泉因Arc spot有不•斤打在高虔的现象，故 不^有照加上磁埸，最彳爰在陪桎靶上都畲形成一侗平面经遏畏畤冏的蒸®，^ffi靶畲燮成圜三的形状(在此言殳言十中是没有加磁埸的)逼 是sputter建不到的 因sputter ^久了因磁埸作用始矣冬遢是只有一侗圆璞的地方凹下去， 而也凹不了逼麽深，作者馨耗就算雀他^始做^膜一直用到退休也没有逼麽深，就可以 知道^膜速率比sputter快了畿倍；它的ionization ratio比sputter高太多了。
圜三圜三中，15的畏度不能比酬亟靶(trget) 9的直彳坚冕否刖在蒸畿一段畤冏之彳免 若15太凰arc buring畲不穗定 酬亟靶9之厚度也和arc buring蒸畿材料的辱熟有凯 因舄evaporation surface必硝保持一彳固固定的温度因此匕厚度大的借B富桎靶直彳里的20~50 %ElementNoTaZrTiCuNiAgRefArc Voltage26.524.021.520.018.017.522Ion K.E. (ev)1531779887.5546022% in ChargeState13131465384016.58023335603955486534228213473344191351515310表二-1・1呈上表二-1.1，如果我仍用的酬亟靶舄「迎：1. 「Arc voltage」表示舄保持Arc别物^所需的1厘「Ion K.E. (ev)」表示 Ion Kinetic Energy麻醴是Ar「％ in Charge Stated中的1、2、3...5表示T固或翩固或三侗...1子跑掉的百分比， 跑掉的1子敷目卿富桎靶有凯(通常suptter都只畲有一侗1子跑掉，由逼即可知它 的 ionization ratio 有多高)2. 每T固Arc spots的雷流大的舄固定，若雷流增加刖分舄多侗Arc spotso3. 因舄T固Arc spots消失，另T固^始衡行很快，所以＞^iigh frequency fluctuations in both voltage and currento4. 我仍也可由表看出，No和Ta舄高熔黑占金H,S度越高越^的漂亮。
Macro-particles制十麽畲有Macro-particles的走生呢？富Arc畿生接蠲的那一黑占畲被局部宛匕富 在理想状熊下那真的瞬冏全部燮成麻醴，不^*^上不然它一定畲有某侗地方先被麻 化，富它是在最底屑的位置先被麻化畤就畲有麻泡破掉的感：»，那遢在熔融熊的靶材四 强蚤就形成所^的Macro-particles要）咸少Macro-particles的最好方法，就是使每T固Arc spot凹的深度浅一黑占，酚蚤 的言舌就越接近理想状熊想凹的浅就是要^ Arc spot每一黑占冏的距雕拉大，俺量不要打 在上T固Arc spot黑占的遇圉亚加逾令劄系统圄兼就不畲有熟量累稹的冏题，使靶材的 温度都一直很彳氐每侗Arc spot出现的冏隔畤冏是一檬的相同的畤冏要走段畏的距雕 相堂寸的它每次熔融的量就降低了，而出现Macro-particles的檄畲也就跟著降低再来因 Macro-particles大多都是往左右^射，可以言殳言十侗擂板只留中冏^射都可以）成少膜屑 上出现Macro-particles的檄率^Target温度愈低spot移勤速度愈快，macro-particle愈少三、 蒸畿原哉^的考量 Source design consideration蒸畿原言殳言十的考量可以分舄1. 雷弧的引弧 arc initiation。
2. 雷弧的控制arc controlo3. 雷聚的控制 plasma control四、 翥弧的引弧Arc initiation1. 楼械式接^（mechanical touching）模仿人工1弧焊接勤作，以卓甫助®ffi«械式接^^ffi亚移^，在^ffi»出第一 侗1弧，富1弧熄）威彳爰，再次勤作引弧此方法最主要的僵黑占是筒罩，而缺黑占是，如果黑占的速度不豹快，1桎可能因瞬 冏高熟典陪桎表面熔接在一起解〉夬方法是，可以用加另一侗串聊的1阻来限制黑占火遏程中的雷流值其另外的缺黑占舄重彳复性不豹高(太多檄械式遑勤)2. 高重褪性引弧技荷探用一金屠薄膜速接陪桎表面和卓甫助H桎，透遏雷容放1而突然蒸畿亚雕子化 来引弧若激畿靶畿何言殳言十遒宜，刖本技彳标可靠度桎高而且筒罩富1弧启攵勤的瞬 冏，靶的表面必硝碾保新鲜(fresh)照污染3. 使用置容放置至一持^流通麻髓的管件1容放1提供敷千伏特之1厘，放入瞩重诚醴(a pulse of gas),M^Bffi形成 1聚，1聚1流流向陪桎，以引畿1弧此方法不需接^^a，®rn且可靠，但因通入少量的颌熊麻醴，所以不能作遏 於原繁的重彳复引弧4. 雷射!^衡引弧(laser pulse)以雷射月底彳重i投射在陪桎表面局部激畿走生1鼎 1聚是用来引畿起始的Arc spoto五、重弧的控制Arc control1弧必硝很霰格被控制，因舄若是失去控制，畲迅速损毁1弧^膜言殳偷。
「磁埸」 是控制1弧的T固方法所^逆向移勤(Retrograde motion)畿生在平行於酬亟表面之 感雁磁埸的移勤方向，题一所示，逆向移勤因感雁磁埸而增加，快速的1弧移勤畲)成 少微粒的生成，此在高熔黑占金屠的反雁性1弧中可以予真见园四、不同的金宙熊陪松1 弧控制型式A typical passive cathodic arc configuration. (The shaded pattern codes are used consistently throughout the figures in this chapter for components having similar function ).圈四中，^明两彳重不同的arc control型式一彳重是左遑在接近target虔有一H桎屏(screen)，用以防止1子雀陪桎流向真空腔 壁(chamber)，1弧畲浇息在水冷劄的陪桎靶遑^一重是右遑是使用低1子畿射彳系敷 (low electron emissive)的氮化硼(BN )限制装置，此寺arc spot跑到BN虔畲反@事另外有彳固Anode (此匕Anode可以防止1子)，chamber也可以是Anode。
若额外的Arc存在於靶的表面，或有充分的1源供雁走生Arc所需的1位，刖Arc 畲再走生，^膜檄制将持^逵行，否刖富Arc消失彳爰需要再引弧但是在使用氮化硼限 制Arc的装置彳免Arc抵建靶^的限制界面畤畲被抛回靶上，因此不需要再引弧使用screen限制Arc之®S^ffl¥和靶容易安装，但是也有一缺黑占，就是常常要再引弧(re-ignition) 0陪柩雷弧雕子^膜的雁用下圄五是一侗用来抽麻的遑用，在圈中的21遏去是接chamber,而20的地方是接撅散 常浦，而逼两者之冏装言殳了一侗陪桎1弧雕子^金太的系统，在之前超高真空的地方有志兑 遏金太蒸麻是很活性的麻醴，可以用来吸附油麻、水麻、氢…等逼就是利用逼侗性^, 富雀1 X0-korr抽到5 XL0-2寺就可以把Cathodic Arc抽麻系统黑占火^下去打出金太蒸麻，就 可以快速的建到更好的真空度不遏有侗缺黑占是畲堂寸基板造成金太的汗染，所以圄固系统 只能用於^金太或者是^被金冷于染也不畲有影警的膜屑圜五、以^®w弧雕子^膜韩助抽麻的真空系统。