<Desc/Clms Page number 1>
BESCHRIJVING behorende bij een
UITVINDINGSOCTROOIAANVRAGE ten name van : Mul. ti-Arc Vacuüm Systems Inc., gevestigd te : Saint Paul, Minnesota, Verenigde Staten van Amerika voor :
Dampneerslaginrichting. Onder inroeping van het recht van voorrang op grond van octrooiaanvrage no. 542. 120 ingediend in de Verenigde Staten van Amerika op 14 oktober 1983, op naam van Clark Bergman, Gary E. Vergason, william Allen en Michael F. Reed.
De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op fysische neerslag uit de dampfase en meer in het bijzonder op een electrodeondersteuningsstelsel voor een dampneerslaginrichting met elecrische boog.
EMI1.1
Processen verschillende lateralen . da'c. g . n- wee den ondergebracht. : fysische neerslag vinding behoort) en chemische neerslag ge- voor nei neerslaan van dunne f. Llms vanbru. Lkt, heeft chemische dampneerslag-n het algemeen betrekking op die bekledingstechniek, waarbj een aantal reactive componenten wordt rcegevoerd aan een bekledingskamer, welke al dan niet kan zijn geëvacueerd.
Men laat de componenten chemisch met elkaar reageren en de reactieprodukten vormen een film, die op de substraat als een bekleding wordt aan-
<Desc/Clms Page number 2>
gebracht. Chemische dampneerslagprocessen kunnen bij verschillende drukken en temperaturen worden uitgevoerd.
Zoals hier gebruikt, heeft de uitdrukking fysische dampneerslag betrekking op die bekledingstechniek, waarbij tenminste een van de bekledingscomponenten initieel in een niet-gasvormige vorm in de bekledingskamer wordt gebracht. De niet-gasvormige bekledingscompo-
EMI2.1
nent wordt in het algemeen de"bron"genoemd. De bekledingskamer wordt meer in het bijzonder tot een subatmosferische druk leeggepompt voor en tijdens het bekledingsproces. Aan het bronmateriaal wordt voldoende energie toegevoerd om dit materiaal in de damptoestand daarvan te brengen, welke damp vervolgens in filmvorm op de substraat tot rust komt, eventueel na combinatie met andere componenten.
Men kan electrostatische en/of electromagnetische velden gebruiken bij het proces van het omzetten van het bronmateriaal in de dampfase daarvan en het richten van de bekledingsdeeltjes-op de substraat.
Er bestaat een aantal verschillende fysische dampneerslagmethoden, welke zich onderscheiden in de wijze waarop het bromateriaal wordt verdampt. Bij één fysische dampneerslagmethode wordt het bronmateriaal in een kroes verhit. De kroes wordt verhit totdat het daarin aanwezige bronmateriaal smelt en daarna verdampt. Bij een daarmede verband houdende methode wordt een electrische stroom direct door het bronmateriaal gevoerd zodat de bron smelt en daarna verdampt tengevolge van de Joule-verhitting. Bij het laatstgenoemde proces wordt de electrische energie fysisch via een metallische geleider aan de bron toegevoerd en ontstaat in het algemeen geen boog.
Fysische dampneerslagmethoden omvatten ook ionenbom-
EMI2.2
bardement-en spetterneerslagmethoden. Bij deze methoden wordt het bronmateriaal in de bekledingskamer als een tref met versnelde ionen gebombardeerd. De bombarderende ionen delen voldoende energie aan het brontrefelectrodemateriaal mede om dit te verdampen.
Weer een ander type fysische dampneerslagmethode, en een methode waarop de uitvinding meer in het bijzonder van toepassing is, is die van de dampneerslag met electrische boog. Hier wordt in tegenstelling met het bovenbeschreven resistieve Joule-verhittingsproces opzettelijk een boog getrokken en wordt de electrische energie in de boog geregeld om het bronmateriaal te verdampen, waardoor een bekledings-"plas-
<Desc/Clms Page number 3>
ma"wordt verkregen. Het bronmateriaal wordt voorgespannen bij één electrische potentiaal in de bekledingskamer en werkt als één electrode (gewoonlijk de"kathode") van de electrische boogontladingsketen. Een ander gedeelte van de neerslagkamer wordt bij een tweede potentiaal voorgespannen, welke verschilt van de bronpotentiaal, en dient als de tweede electrode (gewoonlijk de"anode") van de electrische boogontladingsketen.
Een de boog inleidend trekkerelement wordt in de buurt van de kathodebron opgesteld en positief ten opzichte van de kathode voorgespannen. Men laat het trekkerelement een ogenblik het oppervlak van het kathodemateriaal aanraken, waardoor een stroombaan over het trekkerelement en de kathode wordt gevormd. Wanneer het trekkerelement buiten aanraking met de kathodebron wordt gebracht, wordt een electrische boog getrokken, welke daarna tussen de kathode en de anode van de kamer wordt onderhouden. In wezen wordt een aantal van dergelijke bogen meer in het bijzondr tussen de twee electroden in een operatieve dampneerslagkamer met electrische boog onderhouden. Dit dampneerslagverschijnsel met electrische boog is bekend en behoeft hier niet gedetailleerd te worden besproken.
De energie van de electrische boog (bogen) is voldoende om het bronmateriaal te verdampen, waardoor een bekledingsplasma wordt gevormd, dat daarna op substraten in de neerslagkamer kan worden gebracht.
Een type bekledingsbronmateriaal, dat voor de kathode in een dampneerslagstelsel met electrische boog is gebruikt, is titaan (Ti). Wanneer gebruik wordt gemaakt van Ti-bronmateriaal wordt dikwijls een reactief gas, zoals stikstof (N2) in de neerslagkamer tijdens het verdampen van de Ti-bron geïntroduceerd. Het stikstofgas reageert met het Ti voor het vormen van een bekledingsplasma in de kamer, dat Ti, N, TiN en andere van dergelijke complexe verbindingen bevat.
TiN vormt een goudkleurige bekleding waarvan is gebleken, dat deze een zeer duurzame bekleding voor snijwerktuigen en dergelijke is.
Ter ondersteuning van een omschrijving van een fysisch dampneerslagstelsel is in fig. l een schematische afbeelding gegeven ter illustratie van een typerend stelsel van dit type en meer in het bijzonder van een fysisch dampneerslagstelsel met electrische boog.
Onder verwijzing naar deze figuur is de neerslagkamer in het algemeen weergegeven als een doosvormige constructie. De kamer wordt meer in het
<Desc/Clms Page number 4>
bijzonder door een geschikte vacuumpomp geëvacueerd (soms tot drukken met een waarde van 10-6 Torr). De substraat of substraten, die moet respectievelijk moeten worden bekleed, wordt respectievelijk worden op een geschikte substraathouder in de kamer geplaatst, zoals is aangegeven, en kan respectievelijk kunnen worden geroteerd (als aangegeven door de rotatiepijl) ter ondersteuning van een uniforme bekleding met het bekledingsplasma. Het bekledingsbronmateriaal wordt op een geschikte wijze in de kamer gebracht om op een operatieve wijze de te bekleden substraat respectievelijk substraten te adresseren.
In figuur 1 zijn drie van dergelijke bekledingsmateriaalbronnen weergegeven (één in de bovenwand van de kamer en twee in elk van de zijwanden van de kamer). Het stelsel voor het monteren van de bekledingsmateriaalbron wordt meer in het bijzonder betiteld als een"verdampingsinrichting"en is als zodanig in fig. 1 aangeduid. De bekledingsmateriaalbron van elke verdampingsinrichting kan worden verwijderd en vervangen en dikwijls is het gehele verdamping- stelsel zodanig uitgevoerd, dat dit uit de kamerwand kan worden verwijderd. Derhalve moeten tussen het verdampingsstelsel en de kamerwand en binnen het verdampingsstelsel zelf geschikte afdichtingen (die niet in figuur 1 zijn weergegeven) aanwezig zijn om het vacuum in de neerslagkamer te onderhouden.
Dergelijke afdichtorganen maken deel uit van de uitvinding en zullen later meer gedetailleerd worden besproken.
Onder verwijzing naar figuur 1, kan een inert gas in de neerslagkamer worden geintroduceerd ter ondersteuning van bepaalde fasen van het proces. Bovendien kunnen reactieve gassen zoals stikstof tijdens het neerslagproces in de kamer worden gevoerd, zoals in de figuur is aangegeven door het functionele blok ; aangeduid met"reactief gas". In het algemeen bewegen bij fysische dampneerslagprocessen en meer in het bijzonder bij dampneerslagprocessen met electrische boog, veel van de plasmadeeltjes zich in wezen langs rechte lijnen (d. w. z. op een zichtlijnwijze) vanuit de bekledingsbronnen naar de substraat respectievelijk substraten, zoals in het algemeen is aangegeven door de rechte lijnpatronen van figuur 1.
De substraat respectievelijk substraten kan respectievelijk kunnen worden voorgespannen door een geschikte voedingsbron, als aangegeven, om ionendeeltjes van het bekledingsplasma naar de substraatoppervlakken aan te trekken.
De uitvinding is gericht op een ondersteuningsstelsel voor een bekledingsmateriaalbron van een fysische dampneerslagkamer en
<Desc/Clms Page number 5>
meer in het bijzonder op een dergelijk ondersteuningsstelsel voor een bekledingsmateriaalbron, die als een electrode van een dampneerslagkamer met electrische boog werkt. Een typerend bekend electrode-ondersteuningsstelsel is schematisch weergegeven in figuur 2. Het is duidelijk, dat dit schema volgens figuur 2 slechts bedoeld is ter ondersteuning van de toelichting op de ontwerpbeperkingen en problemen, die zich dergelijke ondersteuningsstelsels voordoen, en niet beoogt een uitputtende toelichting daarop te geven.
Meer in het bijzonder is slechts dat gedeelte van een bekledingsmateriaalbronelectrodehouder of ondersteuningsstelsel waarbij de electrode als een kathode van een dampneerslagkamer met electrische boog werkt, weergegeven. Zoals uit de figuur blijkt, is het kathodeondersteuningsstelsel in het algemeen op een zodanige wijze op de neerslagkamerwand gemonteerd, dat de kamerwand electrisch ten opzichte van het gehele electrode-ondersteuningsstelsel is geisoleerd. Een dergelijke verbinding kan een niet-geleidende acrylring en niet-geleidende platen en bussen om de montagebouten omvatten, zoals is aangegeven. 0-ringafdichtingen in combinatie met de acrylring voorzien in een vacuumafdichting tussen de kamerwand en het electrodeondersteuningsstelsel.
Dergelijke electrode-ondersteuningsstelsels van bekend type omvatten meer in het bijzonder een steunplaat of-ring, soms betiteld als een bronplaat, welke een kathodeschermstelsel (later te beschrijven) en een binnenste kathodestelsel ondersteunt. Het kathodestelsel is aan de bronplaat bevestigd door geschikte bevestigingsorganen (bevestigingsinrichting"A") en is van de bronplaat gescheiden door een afdichting, welke bij de bekende inrichtingen meer in het bijzonder de vorm van een 0-ring heeft. De O-ringafdichting voorziet in zowel een electrische isolatie tussen de bronplaat en het kathodestelsel als in een vacuumafdichting voor de inwendige neerslagkamer.
Het kathodestelsel ondersteunt een vervangbare kathode van het bekledingsbronmateriaal, welke wanneer deze op een operatieve wijze wordt gemonteerd, de inwendige neerslagkamer adresseert, organen voor het koelen van de kathode en organen voor het electrisch voorspannen van de kathode. Bij de in figuur 2 afgebeelde inrichting treedt een circulerend koelfluidum een koelreservoir via een toevoeropening binnen en verlaat dit via een afvoeropening. De kathode is bevestigd aan het open uiteinde van het koelreservoir en sluit dit koelreservoir af door middel van een montage-
<Desc/Clms Page number 6>
tuig en een bout, die aan het binnenste kathodestelselhuis bij het voorspanningseind van het stelsel is bevestigd. Bij de afbeelding volgens figuur 2 is de afstand tussen het bovenste kathodevlak (en kathodescherm) en de bronplaat ter illustratie sterk overdreven weergegeven.
De reservoirafdichting bij het kathode-eind wordt verkregen door een 0-ring, welke zich bevindt tussen het ondervlak van de kathode en het eind van het huis. Het andere uiteinde van het reservoir is afgedicht door middel van een eindkap, die op het binnenste kathodestelselhuis is geschroefd, en een 0-ring, die zich tussen de eindkap en het huis bevindt. Een electrodevoorspanningsstijl of-draad is aan de reservoireindkap bevestigd en voorziet in een electrische verbinding voor een voedingsbron om de electrode via het huis en het kathode-ondersteuningstuig voor te spannen.
Men verkrijgt een minimale koeling van de 0-ringafdichting bij het reservoireindkapeind door perforaties in het binnenste kathodestelselhuis bij de kathode-ondersteuningstuigbout, welke perforaties het mogelijk maken dat een deel van het koelfluidum het reservoir verlaat en met de eindkap en de bijbehorende O-ring samenwerkt. Het kathodestelsel omvat voorts meer in het bijzonder een magneet, in het algemeen in de vorm van een electromagneet, die gewoonlijk buiten de neerslagkamer is opgesteld en in het algemeen wordt betiteld als een"vlekspoel".
De vlekspoel voorziet in een magnetisch veld ten opzichte van de kathode tijdens het neerslagproces, welk veld veroorzaakt, dat de kathodevlekken het bovenvlak van het kathodebronmateriaal op een meer uniforme wijze doorlopen, zodat de kathode tijdens het neerslagproces op een betrekkelijk uniforme wijze erodeert. Het kathodescherm dient om de kathodevlekken op dat vlak of die zijde van de kathode te houden, dat respectievelijk die naar de neerslagkamerholte is gericht en te beletten, dat de kathodevlekken zich van dit vlak af en langs de zijden van de kathode naar beneden bewegen. Het koelfluidum bestaat meer in het bijzonder uit water, dat op het achtervlak van de kathode wordt gericht, zoals is aangegeven.
Deze koeling beoogt de afdichtringen koel te houden teneinde een thermische beschadiging daarvan te beletten en de vorming van druppels of agglomeraties van het bronmateriaal tijdens dit neerslag tot een minimum terug te brengen om een meer egale bekleding van de substraat te verschaffen en een materiaaldimensiestabiliteit voor de onge-
<Desc/Clms Page number 7>
lijke metalen van het stelsel te verschaffen.
Ofschoon het bekende kathode-ondersteuningsstelsel, zoals weergegeven in figuur 2, in het algemeen voor het beoogde doel voldoet, vertoont het een aantal bezwaren. Een gebied, dat bijzonder lastig is bij het bekende stelsel, ligt bij de afdichtonderdelen daarvan. Meer in het bijzonder doen zich problemen voor bij de acrylring en het afdichtonderdeel (de afdichtonderdelen), welke worden gebruikt om de kamerwand van de bronplaatring te isoleren en het scheidingsvlak tussen de twee componenten af te dichten. Zoals aangegeven in figuur 2, is de binnenrand van de isolatorring meer in het bijzonder direct vrij naar de binnenholte van de neerslagkamer en wordt de binnenrand niet voldoende beschermd tegen blootstelling aan het bekledingsplasma.
Derhalve heeft de ring de neiging om met het bekledingsplasma te worden bekleed, welk plasma meer in het bijzonder een electrisch geleidend materiaal is. Deze bekleding veroorzaakt derhalve een electrisch geleidende baan om de ring, waardoor de electrische isolatie-eigenschappen daarvan teniet worden gedaan. Om de electrische isolatie tussen de kamerwand en de bronondersteuningsplaat te onderhouden, moet een dergelijk ringonderdeel met regelmatige intervallen worden verwijderd en worden schoongeschraapt, meer in het bijzonder na elk neerslagproces. Een dergelijke reiniging leidt behalve dat deze een belangrijke inspanning en tijd kost, ook tot een eventuele beschadiging van de ring zelf tijdens het reinigingsproces. Voorts kan een voortijdige bekleding van de ring de operatieve duur van een proces beperken.
Soortgelijke problemen doen zich ook voor bij de 0ring-afdichtonderdelen van de bekende stelsels. Ofschoon het fysische dampneerslagproces in het algemeen een zichtlijnproces is, is er een groot aantal atomen en deeltjes van het bekledingsplasma, dat-optische barrières met één of twee reflecties passeert voordat condensatie op een oppervlak plaatsvindt. Bij de bekende stelsels, zoals weergegeven in figuur 2, is de ruimte tussen de bronplaatring en het binnenste kathodestelsel, dat daarop is gemonteerd, in het algemeen voldoende groot om het mogelijk te maken, dat een belangrijk aantal deeltjes zich door deze ruimte beweegt en het vrije oppervlak van de 0-ring-afdichting daartussen bekleedt.
Indien een groot aantal van dergelijke deeltjes de 0-ring- afdichting bekleedt, kan over de afdichting een geleidende baan tot stand
<Desc/Clms Page number 8>
worden gebracht zoals ook het geval was bij het acrylringonderdeel. Aangezien het binnenste kathodestelsel en de bronplaat op verschillende electrische potentialen zijn voorgespannen, doet de geleidende baan, die op deze wijze over de 0-ring wordt gevormd, de electrische isolatie tussen de twee stelsels teniet. Voorts beweegt de kathodevlek zich soms van het vlak van de kathode af en langs het kathodescherm.
Dergelijke afwijkende kathodevlekken bewegen zich op een eenvoudige wijze langs de zijde van de kathode en het kathode-ondersteuningsstelsel en naar de 0-ring zelf, waardoor de 0-ring wordt verbrand en de 0-ring en de afdichteigenschappen daarvan op een schadelijke wijze worden beinvloed.
Een ander probleem bij dergelijke O-ringstelsels van bekend type is, dat zij in het algemeen niet zelf-centrerend zijn. Dergelijke 0-ringen moeten op een bepaalde wijze worden gemanipuleerd en gedeformeerd om
EMI8.1
precies samen te vallen met de O-ringgroef voordat zij in de groef kunnen worden geforceerd. Wanneer zij eenmaal in de groef zijn gebracht, blijven de 0-ringen bij voorkeur in de groef terwijl het kathodestelsel wordt gepositioneerd en aan de bronplaatondersteuningsring wordt bevestigd. Meer in het bijzonder worden deze kathode-ondersteuningsstelsels zodanig opgesteld, dat de bronplaat in een verticaal vlak is gelegen.
Indien de O-ringgroef voldoende diep wordt gemaakt opdat de O-ring op een adequate wijze daarin kan worden ondergebracht en tijdens het kathodestelsel-positioneerproces op zijn plaats blijft, is er een grote kans, dat de 0-ring onder invloed van de montagedruk zal samenklappen, zodat het kathodestelsel in electrisch contact komt met de bronplaatring.
EMI8.2
Indien daarnetegen de O-ringgroef te ondiep wordt uitgevoerd, heeft de 0-ring de neiging om tijdens het positioneerproces uit de groef te val- len.
Weer een ander bezwaar van - - dergelijke bekende electrode-ondersteuningsstelsels houdt verband met de constructie van de electromagneet of vlekspoel. Zoals boven reeds is vermeld, beoogt het door de vlekspoel opgewekte magnetische veld te veroorzaken, dat de kathode op een meer uniforme wijze wordt geërodeerd, waardoor de nuttige levensduur van de kathode maximaal wordt gemaakt. De bekende electromagnetische vlekspoelen zijn in het algemeen betrekkelijk zwaar en lastig om te installeren wanneer het bronplaatstelsel een verticale oriëntatie heeft, zoals aangegeven in figuur 2. Voorts vereisen dergelijke electromagnetische vlekspoelen afzonderlijke electrische voedingsbronnen en
<Desc/Clms Page number 9>
bedradingen, die beide onderhevig zijn aan falen.
Verder zijn de electromagnetische vlekspoelwikkelingen gevoelig voor hoge temperaturen en slechte behandeling waaraan zij tijdens het bedrijf worden onderworpen, waardoor wordt veroorzaakt, dat de wikkelingen de bronplaatring kortsluiten en meer in het bijzonder een verwijderen daarvan vereisen bij het uitvoeren van onderhoudswerkzaamheden bij het stelsel.
Een ander bezwaar van de bekende kathode-ondersteuningsstelsels is, dat het bronplaatstelsel van dergelijke stelsels meer in het bijzonder aan de kamerwand (als weergegeven in figuur 2) is geschroefd op een wijze, welke een centrering van de bouten met de boutopeningen vóór de uiteindelijke montage vereist. Een dergelijke procedure is in het algemeen lastig en tijdrovend en vereist, dat de monteur tijdens de centreerprocedure zijn aandacht niet meer richt op de kritische afdichtelementen. Voorts dient wanneer het bronplaatstelsel uit de kamer is verwijderd om zich toegang te verschaffen tot de inwendige holte van de kamer of de kathodebron te vervangen, het stelsel opzij te worden gesteld, waarbij het gemakkelijk kan worden beschadigd.
Bouten en moeren, welke worden gebruikt voor het bevestigen van het bronplaatstelsel kunnen tijdens het demontage/montageproces gemakkelijk verloren gaan of worden misplaatst.
De uitvinding is gericht op de bovengenoemde problemen.
Het isolatie-en afdichtonderdeel van de bekende inrichtingen wordt vervangen door een isolatorring-en afdichtconstructie, welke minder kwetsbaar is voor bekleding. Een dergelijke constructie reduceert het vereiste onderhoud en maakt het mogelijk, dat de neerslaginrichting een aantal"gangen"kan uitvoeren voordat de isolatorring behoeft te worden gereinigd of vervangen4 Op een soortgelijke wijze hebben bij de configuratie volgens de uitvinding de isolatorafdichtingen veel-minder kans-om te worden bekleed met het bronmateriaal of te worden beschadigd door een zich wegbewegende boogvlek.
De isolatorringen volgens de uitvinding hebben ook het voordeel, dat zij zelfcentrerend zijn in die zin, dat zij gemakkelijker worden gecentreerd ten opzichte van de bronplaatringen kathodestelsels, en doordat zij tevens bijdragen tot de zelfcentrering van andere componenten van het bronplaatstelsel. De isolatorringen volgens de uitvinding zijn zodanig ontworpen, dat zij wanneer zij eenmaal op hun plaats zijn gebracht op hun plaats blijven en niet
<Desc/Clms Page number 10>
uit groeven vallen zoals de O-ringafdichtingen van de bekende inrichtingen. De isolatorringen volgens de uitvinding reduceren daardoor de
EMI10.1
"uitschakeltijd", welke voor onderhoud nodig is, vereenvoudigen een vervanging van de kathodebron en maken snellere-meervoudige perioden van de neerslaginrichting mogelijk.
Volgens de uitvinding wordt ook de electromagnetische vlekspoel van de bekende constructies-vervangen door een compact eenvoudig permanent-magneetstelsel, waarbij de problemen, die zich bij deze onbetrouwbare bekende constructies voordoen, zijn geëlimineerd. Het bronplatstelsel volgens de uitvinding wordt beter gekoeld teneinde weerstand te bieden aan de agglomeratie van de bekledingsbron-plasmadeeltjes.
Bij een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding zijn de losse bouten en moeren, welke eerst zijn gebruikt voor het onderling verbinden van de kamerwand en de bronplaatstelsels geëlimineerd, waardoor de hoeveelheid tijd, welke nodig is om het bronplaatstelsel vóór de werking van de neerslaginrichting opnieuw te monteren verder tot een minimum wordt teruggebracht. Deze en andere voordelen van de uitvinding blijken uit een meer gedetailleerde omschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding.
Een aspect van de uitvinding is gelegen in de vervanging van de bekende afdichtingen en electrische isolatieonderdelen voor het scheiden van de kamerwand ten opzichte van het bron-ondersteuningsplaatstelsel en de bronondersteuningspl-at ten opzichte van het binnenste kathodestelsel, door veerkrachtige isolerende afdichting (en) met tenminste twee oppervlakken, die een hoek van in hoofdzaak 900 met elkaar maken. Een voorkeursconfiguratie van een isolerende afdichting volgens de uitvinding heeft een in het algemeen L-vormige dwarsdoorsnede. De isolerende afdichting volgens de uitvinding is gericht-op de bovengenoemde problemen. Om de terminologie te vereenvoudigen, zal de isolerende afdichting volgens de uitvinding hierin vervolgens worden betiteld als een"L-ring".
Het is evenwel duidelijk, dat de isolerende afdichting een aantal verschillende dwarsdoorsnedevormen kan hebben, waarbij de "L-ring"-terminologie wordt gebruikt voor het in het algemeen aanduiden van een afdichtingsconfiguratie met in dwarsdoorsnede twee armen, die zich vanuit een gemeenschappelijk punt naar buiten uitstrekken en daartussen een ingesloten hoek bepalen. Het is voorts duidelijk, dat de"L-
<Desc/Clms Page number 11>
ring-terminologie niet in die zin beperkend dient te worden opgevat, dat een cirkelvormige of omtreks-"ring"-configuratie van de afdichting nodig is, doch dat deze afdichting elke omtreksvorm of-configuratie kan aannemen als voorgeschreven door de gesloten baan, welke moet worden afgedicht.
De L-ringconstructie volgens de uitvinding heeft een voordeel ten opzichte van de bekende isolatie-en afdichtonderdelen doordat de L-ring betrekkelijk dun kan worden uitgevoerd en in een groef kan worden ondergebracht of op een eenvoudige wijze kan worden afgeschermd, een en ander zodanig, dat het statistisch onwaarschijnlijk wordt, dat deeltjes van het neerslagplasma de L-ring werkelijk bereiken en bekleden. Derhalve behoeft de L-ring niet na elke gang van de neerslaginrichting te worden afgeschraapt of te worden gereinigd en wordt de uitschakeltijd tot een minimum teruggebracht, waardoor een snellere rondgangstijd tussen neerslaggangen mogelijk wordt.
Voorts heeft de Lring door zijn eigen zelfcentrerend karakter en bij een juiste dimensionering de neiging om op zijn plaats te blijven wanneer de ring eenmaal is gepositioneerd, en behoeft de ring niet met de hand te worden vastgehouden wanneer het bron-ondersteuningsplaatstelsel wordt gecentreerd en vastgeschroefd.
De L-ringconstructie volgens de uitvinding heeft ook voordelen ten opzichte van de bekende O-ringconfiguratie, welke eerst werd gebruikt voor het verschaffen van een isolerende afdichting tussen het binnenste kathodestelsel en de bronondersteuningsplaat. Boven is opgemerkt, dat het betrekkelijk lastig is de O-ring te monteren wanneer het bronplaatstelsel een verticale oriëntatie heeft. De L-ring volgens de uitvinding is zelfcentrerend tengevolge van de angulaire vorm daarvan en heeft de neiging om op-zijn plaats-.te. blijven wanneer de-andere compo- nenten van het bronplaatstelsel worden gepositioneerd.
Voorts maakt het gebruik van de L-ringconfiguratie volgens de uitvinding een zodanig ontwerp van de bronondersteuningsplaat en het binnenste kathodestelsel mogelijk, dat een blootstelling van de L-ring aan boogvlekken, die zich van het kathodeoppervlak afbewegen en zich langs de zijden van het kathode-ondersteuningsstelsel naar beneden bewegen, tot een minimum wordt teruggebracht.
Zoals boven is opgemerkt, zullen indien de 0-ringgroeven
<Desc/Clms Page number 12>
bij de bekende inrichtingen te ondiep worden gemaakt, de 0-ringen niet op hun plaats blijven. Indien daarentegen deze groeven te diep worden uitgevoerd zal geen juiste afdichting worden verkregen en kan de electrische isolatie verloren gaan. In tegenstelling daarmede behoeft de L-ring volgens de uitvinding in het geheel niet in een groef te worden opgesteld. Tengevolge van tuigbelastingen in de L-ring en de bij voorkeur veerkrachtige aard daarvan, zal de ring wanneer deze op de juiste wijze is gedimensioneerd, op zijn plaats blijven zonder dat een vasthoudgroef nodig is. Dientengevolge heeft de L-ring minder kans op samenklappen.
Derhalve wordt bij een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding voorzien in een isolerende afdichting voor een electrode-ondersteuningsstelsel van een fysische dampneerslaginrichting met electrische boog, voorzien van een electrische isolatiering van veerkrachtig materiaal, die opm een longitudinale as is opgesteld en voorzien is van een eerste segment, dat een hoek a met de longitudinale as maakt, en een tweede segment, bij het eerste segment, dat daarmede een hoek B maakt, waarbij de hoek B een hoek is, welke verschilt van 00.
Volgens een voorkeursconstructie van de isolerende afdichting bedraagt de hoek a bij benadering 0 en de hoek ss bij benadering 90 . Voorts hebben bij een voorkeursconstructie van de isolerende afdichting de eerste en tweede segmenten daarvan elk een-betrekkelijk uniforme dwarsdoorsnededikte en een gemiddelde dikte-afmeting, beschouwd loodrecht op een vlak, waarin de longitudinale as van de isolerende afdichting is gelegen. Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de isolerende afdichting omvat het tweede segment van de afdichting een uitbuiging, beschouwd in dwarsdoorsnede, met een afmeting, welke aanmerkelijk groter is dan de gemiddelde dikteafmeting van het tweede segment.
Een dergelijke configuratie maakt meer deformatie bij een bepaalde op het isolerende afdichtonderdeel uitgeoefende drukkracht mogelijk, waardoor het gemakkelijker is een afdichting tot stand te brengen onder gebruik van een geringere drukkracht.
Volgens een ander-aspect van de uitvinding wordt voorzien in een electrode-ondersteuningsstelsel voor een fysische dampneerslaginrichting van het type voorzien van een kamerwand, die een inwendige neerslagkamer bepaalt. Het ondersteuningsstelsel omvat een buitenste gedeelte, dat met de neerslagkamerwand is verbonden-Het buitenste gedeelte
<Desc/Clms Page number 13>
bevindt zich om een longitudinale as en bezit een eerste oppervlak, dat een hoek a met de longitudinale as maakt, en een tweede oppervlak bij het eerste oppervlak, dat daarmede een hoek B vormt. De hoek B is een hoek, welke verschilt van 00.
Het ondersteuningsstelsel heeft voorts een binnenste gedeelte, dat om een longitudinale as is opgesteld en bezit een eerste oppervlak, dat met de longitudinale as van het binnenste gedeelte een hoek maakt, welke in hoofdzaak gelijk is aan de hoek a.
Het binnenste gedeelte bezit ook een tweede oppervlak bij het eerste oppervlak daarvan, dat daarmede een hoek maakt, die in hoofdzaak gelijk is aan de hoek B. Het ondersteuningsstelsel omvat voorts een electrische isolerende afdichting, welke om een longitudinale as is opgesteld en voorzien is van eerste en tweede segmenten, waarbij het eerste segment met de longitudinale afdichtingsas een hoek maakt, welke in hoofdzaak gelijk is aan de hoek a, en het tweede segment bij het eerste afdichtingssegment is gelegen en daarmede een hoek maakt, die in hoofdzaak gelijk is aan de hoek B. Het ondersteuningsstelsel bezit voorts organen om de binnenste en buitenste gedeelten naar elkaar te drukken, en het afdichtingsonderdeel daartussen zodanig in te klemmen, dat de longitudinale assen van de binnenste, de buitenste en de afdichtingsgedeelten coaxiaal zijn gecentreerd.
Bij een dergelijke centrering werkt het eerste afdichtsegment op een afdichtende wijze tussen de eerste oppervlakken van de binnenste en buitenste ondersteuningsstelselgedeelten, en werkt het tweede afdichtingssegment op een afdichtende-wijze tussen de tweede oppervlakken van de binnenste en buitenste ondersteuningsstelselgedeelten. Bij een dergelijke montage werkt het electrode-ondersteuningsstelsel zodanig, dat de binnenste en buitenste gedeelten daarvan op verschillende electrische potentialen kunnen worden gehouden, en vormt het afdichtingsonderdeel tussen de. binnenste en buitenste gedeelten daartussen zowel een electrische als vacuumdrukafdichting.
Bij een voorkeursconfiguratie volgens de uitvinding bedraagt de hoek a bij benadering 0 graden en de hoek B bij benadering 90 graden. Voorts omvat bij de voorkeursconfiguratie volgens de uitvinding het binnenste gedeelte van het electrode-ondersteuningsstelsel een kathodestelsel, en omvat het buitenste gedeelte binnenste en buitenste ringen, die een zodanige configuratie hebben, dat zij tezamen daartussen een tweede isolerende afdichting inklemmen. De buitenste ring is met de
<Desc/Clms Page number 14>
neerslagkamerwand verbonden, bij voorkeur door een scharnierbare ondersteuningsinrichting, en bepaalt eerste en tweede afdichtvlakken. Het eerste oppervlak maakt een hoek y met de longitudinale as van de buitenste ring, en het tweede oppervlak, dat bij het eerste oppervlak is gelegen, vormt daarmede een hoek A, waarbij de hoek A verschilt van O graden.
De binnenste ring bevindt zich bij voorkeur om een longitudinale as en bezit een eerste oppervlak, dat met de bijbehorende longitudinale as een hoek maakt, die in hoofdzaak gelijk is aan de hoek y, en een tweede oppervlak, bij het eerste oppervlak daarvan, dat daarmede een heok maakt, die in hoofdzaak gelijk is aan de hoek A. De tweede isolerende afdichting komt in constructie overeen met de eerste isolerende afdichting en is een electrische isolator. De tweede afdichting bezit een eerste segment, dat met de longitudinale as daarvan een hoek maakt, die in hoofdzaak gelijk is aan y, en een tweede segment, bij het eerste segment, dat daarmede een hoek maakt, welke in hoofdzaak gelijk is aan A.
Tweede verbindingsorganen zijn aanwezig om de binnenste en buitenste ringen op een zodanige wijze naar elkaar te drukken, dat de longitudinale assen van de binnenste en buitenste ringen en van de tweede afdichtorganen in hoofdzaak coaxiaal ten opzichte van elkaar zijn gecentreerd en zodanig, dat het eerste segment van de tweede isolerende afdichting afdichtend tussen de eerste oppervlakken van de binnenste en buitenste ringen werkzaam is, en het tweede segment van de tweede isolerende afdichting afdichtend werkzaam is tussen de tweede oppervlakken van de binnenste en buitenste ringen. Evenals bij de eerste afdichtingsconfiguratie zijn de hoeken y en A van de tweede afdichtingsconfiguratie respectievelijk bij benadering gelijk aan 0 graden en 90 graden.
Bij een voorkeursconfiguratie volgens de uitvinding omvat het electrode-ondersteuningsstelsel voorts een verbeterde koelconfiguratie voor het koelen van het binnenste ringonderdeel. Zoals boven is beschreven verdient het de voorkeur de electrode en kamervlakken tijdens het neerslag redelijk koel te houden om de mate van agglomeratie van plasmadeeltjes tot een minimum terug te brengen. De binnenste ring volgens de uitvinding heeft bij voorkeur een zodanige configuratie, dat deze een inwendig kanaal vormt, dat geschikt is voor het daarin laten stromen van een koelfluldum, waardoor niet slechts de binnenste ring doch ook het achtervlak van de kathode wordt gekoeld.
De uitvinding
<Desc/Clms Page number 15>
beoogt voorts een kathode en een magneet, die coaxiaal ten opzichte van het kathodestelsel is gemonteerd, een en ander zodanig, dat het veld van de magneet zich uitstrekt naar het gebied, dat zich boven het plasma opwekkende oppervlak van de kathode ligt. De magneet is compact en licht en heeft bij voorkeur de vorm van een permanente magneet, die de configuratie van een schijf of ring heeft. Door een dergelijke permanente-magneetconstructie worden de vroegere kortsluitproblemen geelimineerd, welke zich voordeden bij het gebruik van de bekende electromagneetstelsels en wordt de betrouwbaarheid ten opzichte van deze bekende configuraties verbeterd.
De scharnierverbinding van het buitsnste ringstelsel aan de kamerwand maakt het mogelijk, dat het gehele electrode-ondersteuningsstelsel open wordt gezwaaid voor het verschaffen van een gemakkelijke toegang tot de inwendige holte van de neerslagkamer en het vereenvoudigen van het onderhoud van het stelsel. Een dergelijk kenmerk elimineert de bovenbesproken problemen ten aanzien van de kwetsbaarheid van losse onderdelen van de bekende kathode-ondersteuningsstelsels om tijdens onderhoudswerkzaamheden verloren te gaan of te worden beschadigd.
Het is duidelijk, dat ofschoon de uitvinding zal worden beschreven voor een dampneerslagstelsel met electrische boog, de principes en de inrichting volgens de uitvinding evengoed van toepassing zijn op andere typen fysische dampneerslagstelsels. Voorts is ofschoon de uitvinding meer in het bijzonder zal worden beschreven voor een voorkeursuitvoeringsconfiguratie van de uitvinding, waarbij gebruik wordt gemaakt van meervoudige ringvormige configuraties, de uitvinding niet tot deze configuraties is beperkt doch evengoed van toepassing is op andere geometrisch gevormde bronondersteuningsplaatstelsels voor een neerslagkamer.
Het is duidelijk, dat de uitvinding voorziet in een eenvoudige en zeer doeltreffende afdichtingsconfiguratie voor het afdichten en electrisch isoleren van het bekledingsbron-electrodeondersteuningsstelsel ten opzichte van de primaire neerslagkamerwand, met een afdich-tingsconfiguratie, welke voorziet in doeltreffende electrische en fysische afdichteigenschappen, waarbij een minimum aan onderhoud nodig is.
Het is voorts duidelijk, dat de uitvinding voorziet in een verbeterd kathodevlekbesturingsmagneetstelsel, waarbij de betrouwbaarheidsproble-
<Desc/Clms Page number 16>
men, die zich bij de bekende stelsels hebben voorgedaan, zijn geëlimineerd.
De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont : fig. l een schematische weergave van een fysische dampneerslaginrichting met electrische boog, waarin het gebruik van drie bekledingsbronstelsels Lis aangegeven ; fig. 2 een dwarsdoorsnede van een typerend bekend bekledingsbron-ondersteuningsplaatstelsel waarin een acrylisolatiering en O-ring-afdichtonderdelen en een vlekspoel worden toegepast, meer in het bijzonder opgesteld en gebruikt zoals bij bekende dampneerslaginrichtingen met electrische boog ; fig. 3 een perspectivisch aanzicht van een kathodebronondersteuningsplaatstelsel van een boogneerslagkamer met electrische boog volgens de uitvinding, waarbij de neerslagkamerwand is weggebroken en het scharnierbaar gemonteerde bronplaatstelsel in de gesloten toestand is aangegeven ;
fig. 4 een perspectivisch aanzicht van het bronplaatondersteuningsstelsel volgens fig. 3, waarbij het bronplaatstelsel is opengezwaaid en vrij is van de kamerwand, waarbij voorts de kathode en het kathodestelsel en de binnenste holte van de kamer zijn aangegeven ; fig. 5 een verticaal vooraanzicht van het in fig. 3 afgebeelde bronplaatondersteuningsstelsel, waarbij terwille van de eenvoud de verbinding-en slanggedeelten daarvan zijn weggelaten ; fig. 6 een vergroot perspectivisch gedeeltelijk aanzicht van het isolerende afdichtgedeelte van het bronplaatondersteuningsstelsel volgens fig. 3, waarbij de uitgebogen configuratie van de af-
EMI16.1
dichting is aangegeven ;- fig. 7 een dwarsdoorsnede van het in fig. 1 afgebeelde bronplaatondersteuningsstelsel, in het algemeen over de lijn VII-VII van fig. 5.
In de tekening, waarin overeenkomstige elementen van dezelfde verwijzingen zijn voorzien, toont fig. 3 in perspectief een voorkeursuitvoeringsvorm van een electrode-bekledingsbron-ondersteuningsstelsel 8 volgens de uitvinding. Bij de weergegeven uitvoeringsvorm is het electrode-bekledingsbron-ondersteuningsplaatstelsel 8 gemonteerd
<Desc/Clms Page number 17>
op en maakt deel uit van een dampneerslaginrichting met electrische boog, als schematisch weergegeven in fig. 1. Terwille van de eenvoud, zal het
EMI17.1
electrode-bekledingsbron-ondersteuningsplaatstelsel 8 hierna eenvoudig worden betiteld als het"bronplaatstelsel". Zoals eerder is toegelicht, wordt het bronplaatstelsel dikwijls ook anders genoemd, bijvoorbeeld als "verdampingsinrichting", als aangegeven in fig. 1.
Er wordt op gewezen (zoals schematisch in fig. l is aangegeven), dat een typerende dampneerslaginrichting met electrische boog kan zijn voorzien van een aantal bronplaatstelsels, die op een afstand van elkaar in de neerslagkamer zijn opgesteld voor het bijvoorbeeld verschaffen van een meer uniforme filmdikte of bestrijking van een substraat of substraten, of eventueel voor het verschaffen van een aantal verschillende bekledingsmaterialen in het bekledingsplasma.
Het bronplaatstelsel 8 omvat een buitenste plaatring 12, die normaal in electrisch contact is met en afdichtend samenwerkt met een kamerflens 18. De kamerflens 18 is aan een wand 10 van de neerslagkamer bevestigd bijvoorbeeld gelast. Geschikte (niet weergegeven) afdichtorganen zijn aanwezig om de buitenste plaatring 12 afdichtend met de kamerflens 18 te verbinden, zodat in de inwendige holte van de neerslagkamer met electrische boog een subatmosferische druk kan worden onderhouden en wel onder gebruik van een vacuumpomp (zie fig. 1). De buitenste plaatring 12 voorziet op doeltreffende wijze in een gestel voor de rest van het bronplaatstelsel 8. De buitenste plaatring 12 is bij voorkeur scharnierbaar met de kamerwand 10 (fig. 4 en 5) verbonden door een paar scharnieren 14, en kan met een schroef 16 aan de kamerwand worden vastgeklemd.
Het bronplaatstelsel 8, als aangegeven in fig. 3, is opgesteld op een wijze, waarop dit geschiedt wanneer de neerslaginrichting substraten bekleedt (d. w. z. met de schroef 16 aangetrokken voor het verschaffen van een electrisch geleidende en vacuumdichte samenwer-king tussen de buitenste plaatring 12 en de kamerflens 18). Fig. 4 toont de schroef 16 in losgenomen toestand en toont, dat de schroef 16 bij voorkeur scharnierbaar is gemonteerd op een juk 20, zodat de schroef 16 van de buitenste plaatring 12 kan worden weggezwaaid na het lossen van de schroef 16. De buitenste plaatring 12 omvat een juk 21, dat bestemd is voor het opnemen van de schroef 16.
Wanneer de schroef 16 eenmaal is gelost en van het buitenste plaatringjuk 21 is weggescharnierd, kunnen
<Desc/Clms Page number 18>
de buitenste plaatring 12 en de rest van het beweegbare gedeelte van het bronplaatstelsel 8 vervolgens scharnierbaar van de kamerflens 18 worden weggezwaaid om de scharnieren 14 (als aangegeven in fig. 4) voor het verschaffen van een toegang voor onderhoud tot de componenten, die op de"binnen"-zijde van het deuronderdeel en de inwendige holte 11 van de kamer zijn gemonteerd.
Onder verwijzing naar fig. 3, is de buitenste plaatring 12 in de voorkeursconfiguratie daarvan namelijk een ringvormige configuratie weergegeven. Het is evenwel duidelijk, dat de buitenste plaat 12 ook een andere dan een cirkelvormige configuratie kan aannemen evenals andere gedeelten van het bronplaatstelsel 8. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm is de buitenste plaatring 12 coaxiaal gecentreerd ten opzichte van-en ondersteunt deze een binnenste plaatring 22, die verder in coaxiale centrering een kathodestelsel, dat in het algemeen bij 24 is aangegeven, ondersteunt. Het kathodestelsel 24 omvat een kathode 26, als aangegeven in fig. 4. De kathode 26 omvat in het algemeen één bron van materiaal, dat moet worden verdampt voor het vormen van het bekledingsplasma, zoals boven is besproken. Een kathodekabel 28 is electrisch met het kathodestelsel 24 verbonden.
De kabel 28 heeft een configuratie voor verbinding met een (niet afgebeelde) voedingsbron, die een kathode ten opzichte van de kamerwand 10 voorspant, zoals boven is besproken en later nog verder zal worden besproken. Buitenste klemmen 30 en binnenste klemmen 32, die gelijkelijk op afstanden om het plaatringstelsel 8 zijn aangebracht, bevestigen de binnenste plaatring 22 aan de buitenste plaatring 12 en bevestigen het kathodestelsel 24 aan de binnenste plaatring 22. De klemmen 30 en 32 kunnen worden gelost en geroteerd om de platen 22 en 12 en het kathodestelsel 24 van elkaar te scheiden teneinde toegang te verschaffen tot de isolerende afdichtringen volgens de uitvinding, zoals later zal worden beschreven.
Het bronplaatstelsel 8 is voorzien van koelorganen, zodat de kathode en de omgevende delen daarvan op een voorkeurstemperatuur kunnen worden gehouden ter ondersteuning van het beletten van druppelvorming. Water is het koelmiddel waaraan de voorkeur wordt gegeven. Snel losneembare slangen en koppelingen voeren het uit water bestaande koelmiddel voor circulatie door de binnenste plaatring 22 en het kathodestelsel 24 (hierna meer gedetailleerd onder verwijzing naar
<Desc/Clms Page number 19>
fig. 7 beschreven). Bij de voorkeursuitvoeringsvorm voert een paar koelslangen 34 vloeibaar koelmiddel naar en vanuit de binnenste plaatring 22 via koppelingen 34a, terwijl een paar koelslangen 36 vloeibaar koelmiddel naar en vanuit het kathodestelsel 24 via de koppelingen 36a voert.
Opgemerkt wordt, dat het paar slangen 34 en 36 met elkaar kan zijn verbonden, zodat er een enkele continue stroombaan door de binnenste plaatring 22 en door het kathodestelsel 24 aanwezig is.
Het kathodestelsel 8 is bestemd voor het opnemen van een trekkerstelsel, dat in het algemeen bij 38 is aangegeven. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm wordt het trekkerstelsel pneumatisch beinvloed via een paar pneumatische slangen 40 en 42. De slangen 40 en 42 voeren mechanisch vermogen toe aan een trekkeronderdeel 44 (fig. 4), dat binnen het huis van een trekkerstelel 38 in lengterichting beweegbaar is. Het trekkeronderdeel 44 wordt tijdens de werking van de neerslaginrichting met electrische boog ten opzichte van de kathode 26 bewogen. Het trekkerstelsel omvat bij de voorkeursuitvoeringsvorm, een dubbelwerkende pneumatische cilinder/zuiger, welke het mogelijk maakt, dat het trekkeronderdeel 44 in de kamer heen en weer wordt bewogen, zoals tijdens het bekledingsproces nodig is.
De zuiger in het pneumatische stelsel 38 is zodanig met het trekkeronderdeel 44 verbonden, dat een beweging van de zuiger direct tot een beweging van het trekkeronderdeel 44 leidt. Een meer gedetailleerde omschrijving van een dergelijk trekkerstelsel vindt men
EMI19.1
in de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial nr. 487. 145. Opgemerkt wordt, . dat ofschoon een bepaald type trekkerstelsel is beschreven, het bron- plaatstelsel 8 een willekeurig type geschikte trekkerconstructie kan omvatten en niet beperkt is tot het pneumatische trekkerstelsel 38 van het hier beschreven en afgebeelde type.
Fig. 4 toont het beweegbare gedeelte van het bronplaatstelsel 8 in de open stand daarvan, wanneer het stelsel om het paar scharnieren is uitgezwaaid. Zoals boven is besproken, is de buitenste plaatring 12 wat de buitenzijde betreft concentrisch met de binnenste plaatring 22 en worden de twee plaatringen 12 en 22 op elkaar geklemd onder gebruik van de buitenklemmen 30, als aangegeven in fig. 3. De binnenste plaatring 22 dient als een ondersteuning voor een kathodescherm 46 (fig.
4). Het kathodescherm 46 bezit uitsnijdingen 46a en 46b voor respectievelijk de kathode 26 en het trekkeronderdeel 44. Het kathodescherm 46
<Desc/Clms Page number 20>
wordt ondersteund door een aantal schermbouten 48, die in de binnenste plaatring 22 zijn geschroefd en daarmede door grendelmoeren 49 zijn vergrendeld. De schermbouten 48 zijn bij voorkeur over de gehele lengte daarvan van schroefdraad voorzien, zodat het kathodescherm 46 langs de longitudinale hartlijn van het kathodescherm 46 opnieuw kan worden ingesteld, waarbij de longitudinale hartlijn wordt bepaald als een hartlijn, die zich door het midden van het kathodescherm 46 en loodrecht op het in het algemeen planaire gedeelte van het kathodescherm 46 uitstrekt.
Het kathodescherm 46 wordt bij voorkeur zodanig ingesteld, dat het planaire oppervlak daarvan in hoofdzaak in eén vlak ligt met het voorvlak van de kathode 26 (zie fig. 7). Opgemerkt wordt, dat hier de uitdruk- king"voorste"betrekking heeft op een oppervlak, dat naar de inwendige holte 11 van de neerslagkamer is gekeerd, en de uitdrukking"achterste" betrekking heeft op een oppervlak, dat van de kamerholte is afgekeerd.
Schermmoeren 50 aan beide zijden van het scherm 46 dienen om het scherm 46 op zijn plaats te vergrendelen. De door het scherm 46 gevormde centrale opening 46a maakt het mogelijk, dat het uiteinde van het beweegbare trekkeronderdeel 44 zich selectief in en buiten aanraking met het voorvlak van de kathode kan bewegen tijdens de werking van de neerslaginrichting, teneinde electrische bogen in te leiden, zoals boven reeds is beschreven. De tweede opening 46b, gevormd door het scherm 46, bij de omtrek van het scherm 46, maakt het mogelijk, dat het trekkeronderdeel 44 instelbaar lateraal in een richting, in hoofdzaak evenwijdig aan de longitudinale hartlijn van het scherm 46 kan worden bewogen.
Fig. 5 toont het bronplaatstelsel 8 in de gesloten stand daarvan, waarbij de schroef 16 is aangetrokken. De scharnieren 14 zijn duidelijk zichtbaar in fig. 5. Uit de figuren blijkt, dat de scharnieren 14 van een zeer eenvoudige constructie kunnen zijn. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm bezit elke scharnier 14 een buitenste-plaatringverlengstuk 14a en een kamerflensverlengsteuk 14b, dat bij voorkeur respectievelijk aan de buitenste plaatring 12 en de kamerflens 18 is gelast. De uitsteeksels 14a en 14b bepalen gecentreerde openingen, waarin een scharnierpen 14c kan worden opgenomen, die de verlengstukken 14a en 14b scharnierbaar met elkaar verbindt.
Fig. 5 toont ook op een duidelijke wijze de voorkeursconfiguratie van de buitenklemmen 30 en de binnenklemmen 32 (dat wil zeggen op gelijke afstanden van elkaar om het midden van het bron-
<Desc/Clms Page number 21>
plaatstelsel 8, in hoofdzaak gescheiden over een afstand van 120 graden).
Zoals uit de figuren 5 en 7 blijkt, bezit de binnenste plaatring 22 een dekplaat 52, welke als één wand van het koelmiddelkanaal (later meer gedetailleerd te beschrijven) binnen de binnenste plaatring 22 dient. Opgemerkt wordt, dat de koelmiddelslangen 34 en 36, het trekkerstelsel 38 en de kathodekabel 28 terwille van de duidelijkheid in fig. 5 niet zijn weergegeven. De dekplaat 52, welke bij voorkeur is vervaardigd uit roestvrij staal met een dikte van 6,25 mm, wordt op zijn plaats gelast. In fig. 5 is tevens een magneetdeksel 55 aangegeven, dat een ringvormige configuratie heeft om de vlekbesturingsmagneet te bedekken en tevens bij voorkeur losneembaar op zijn plaats te houden. Het deksel 55 bestaat bij de voorkeursuitvoeringsvorm uit roestvrij plaatstaal doch kan uit een ander geschikt materiaal, zoals een magnetisch materiaal bestaan.
Het magneetdeksel 55 wordt bij voorkeur met een epoxyhars op zijn plaats geplakt. Door het deksel 55 wordt een permanente magneet 54 bepaald, zoals beter is weergegeven in fig. 7. De permanente magneet 54 is eveneens ringvormig uitgevoerd en is coaxiaal met de plaatringen 12 en 22 gecentreerd en vormt een component van het kathodestelsel 24. De permanente magneet 44 kan uit een willekeurig-ge- magnetiseerd materiaal bestaan, zoals bijvoorbeeld ijzer of verbindingen, die ijzer bevatten. De magneet 54 is bij voorkeur coaxiaal met de kathode 26 gecentreerd en wel om redenen, welke later zullen worden beschreven.
Fig. 7 toont een dwarsdoorsnede van het bronplaatstelsel 8 over de lijn VII-VII van fig. 5. Fig. 7 toont op een meer duidelijke wijze de met elkaar samenwerkende centrering van de binnenste en buitenste plaatonderdelen 22 respectievelijk 12 en van het kathodestelsel 24 met het binnenste plaatonderdeel 22, evenals de werking van de respectieve buiten-en binnenklemmen 30 en 32. De buitenste en binnenste plaatringen 12 respectievelijk 22 bezitten met elkaar samenwerkende ringvormige schoudergedeelten 12a en 22a, waarvan de afmetingen z6 zijn, dat wanneer zij op de wijze aangegeven in fig. 7 worden gepositioneerd met elkaar zijn gecentreerd.
Wanneer de buitenklemmen 30, die aan de buitenste plaatring 12 zijn bevestigd, worden"aangetrokken"oefenen zij op de binnenste plaatring 22 een axiale kracht uit, waardoor de schouder 22a in samenwerking met schouder 12a wordt bewogen. Een isolerende afdichtingsring 56, opgesteld in de ruimte tussen de buitenste en binnenste plaatringschouders 12a en 22a wordt daardoor tussen deze schou-
<Desc/Clms Page number 22>
ders samengedrukt. De isolerende afdichtring 56 belet, dat de plaatringschouders 12a en 22a in electrisch contact met elkaar komen en vormt tegelijkertijd een vacuumafdichting tussen de plaatringen 12 en 22.
Op een soortgelijke wijze bepalen het kathodestelsel 24 en het binnenste plaatstelsel 22 respectievelijk ringvormige schoudergedeelten 24b en 22b, waarvan de afmetingen zodanig zijn, dat zij met elkaar samenwerken wanneer zij op de wijze aangegeven in fig. 7 worden gepositioneerd. Wanneer de binnenklemmen 32 worden"aangetrokken", oefenen zij op het kathodestelsel 24 een axiale kracht uit, waardoor de schouder 24b in samenwerking met de schouder 22b wordt bewogen. Eenisolerende afdichtingsring 58, opgesteld in de ruimte tussen de schouders 24b en 22b, wordt daardooor tussen deze schouders samengedrukt.
De isolerende afdichtringen 56 en 58 bestaan bij voorkeur uit een veerkrachtig materiaal, dat tevens een electrische isolator is. Dergelijke isolerende afdichtingsringen isoleren op een doeltreffende wijze het kathodestelsel 24, inclusief de kathode 26, ten opzichte van de kamerwand 10, zodat de neerslaginrichting met electrische boog op de juiste wijze kan werken.
Een plaatvormig afstandsorgaan 53 is tevens los tussen de schouderonderdelen 24b en 12b aangebracht, als aangegeven in fig. 7.
Het afstandsorgaan 53 bestaat bij voorkeur uit een polytetrafluoretheenmateriaal zoals teflon. Het afstandsorgaan voorziet voorts in een electrische isolatie tussen het kathodestelsel 24 en het binnenste plaatringstelsel 22. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm wordt de isolerende afdichtingsring 56 zodanig uitgevoerd, dat deze wanneer de ring tussen de schouders 12a en 22a samendrukbaar wordt aangebracht, daartussen een eerste ruimte 57 bepaalt. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm bedraagt de ruimte 57 bij benadering 0,75 mm. Op een soortgelijke wijze bepaalt de isolerende afdichtingsring 58 een tweede ruimte 59 tussen de schouders 24b en 22b, welke bij de voorkeursuitvoeringsvorm bij benadering 0,75 mm bedraagt, doch een maximale waarde van 1,25 mm kan hebben.
De op deze wijze bepaalde ruimten 57 en 59 zijn nog steeds bij benadering één orde van grootte kleiner dan die van de bekende inrichtingen. Dientengevolge zijn bekledingsplasmadeeltjes in de kamer 11 praktisch niet in staat de lange smalle ruimten (57 en 59) over te steken en het afstandorgaan 53 of de afdichtingsonderdelen 56 en 58 op een schadelijke wijze
<Desc/Clms Page number 23>
te bekleden. Het afstandsorgaan beveiligt ook het afdichtingsonderdeel 58 tegen beschadiging, veroorzaakt door boogvlekken, die zich langs de zijde van de kathode naar beneden en over de ruimte 59 kunnen bewegen, doordat deze boogvlekken worden gedoofd, waardoor een verdere voortbeweging van de vlek of vlekken naar het afdichtingsonderdeel 58 wordt belet.
Zoals uit fig. 7 blijkt, ligt het kathodescherm 46 bij voorkeur in hoofdzaak in één vlak met het voorvlak van de kathode 26 en wordt het scherm ondersteund door een aantal schermbouten 48, zoals boven is besproken. Het kathodestelsel bezit een onderste huis 60, dat als een ondersteuningsbasis voor de kathode 26 dient. De kathodesteun 26 bestaat bij voorkeur uit roestvrij stalen plaat. De kathodesteun 60 is van boringen en schroefdraad voorzien voor het in het achtervlak daarvan opnemen van een schroefdraadverbinding van de kathodekabel 28. Aan het voorvlak bezit de kathodesteun 60 een van inwendige schroefdraad voorziene opening, waarin één uiteinde van een kathode-ondersteuningspen 62 kan worden ondergebracht.
Het andere uiteinde van de ondersteuningspen 62 is in de achterzijde van de kathode 26 geschroefd en houdt de kathode 26 tegen de kathodesteun 60 op zijn plaats, zoals later zal worden beschreven.
De kathodesteun 60 bezit ook een ringvormig verlengd gedeelte 66, dat via een centrale opening 22c, die concentrisch in de binnenste plaatring 22 is gevormd, steekt. Het centrale-openingsoppervlak 22c en het buitenoppervlak van het verlengde gedeelte 66 bepalen daartussen de ruimte 59, welke boven is besproken. Het verlengde gedeelte 66 omvat een O-ringgroef 68 aan het voorste oppervlak van het gedeelte 66, bestemd voor het opnemen van een 0-ring 70, welke het mogelijk maakt, dat de kathode 26 in fluldumdichte samenwerking-tegen het verlengde gedeelte 66 van de kathodesteun 60 wordt gehouden.
De bovenrand van het verlengde gedeelte 66 bezit een aantal inkepingen 68a, welke uitkomen in de O-ringgroef 68, via welke een vloeibaar koelmiddel zich vanuit de O-ringgroef 68 naar het inwendige van de kathodesteun 60 en terug kan bewegen, waardoor de O-ring 70 wordt gekoeld en de nuttige levensduur daarvan wordt verlengd.
Het"achter"-vlak van de kathodesteun 60 is van een holte voorzien voor het vasthouden van een magneet 54 en het magneetdeksel J.
<Desc/Clms Page number 24>
55. Zoals boven is vermeld, bestaat bij de voorkeursuitvoeringsvorm het magneetdeksel 55 uit een betrekkelijk dunne plaat en is het deksel door een hechtmiddel, zoals een epoxyhars, aan de kathodesteun 60 bevestigd. De kathodesteun 60 is-tevens-van, een-boring voorzien voor het vormen van een paar fluidumkanalen-64, welke uitkomen in een reservoir, dat in het kathodesteungedeelte 66-is gevormd. De-. fluldumkanalen 64 zijn verbonden met de koelmiddelslangen-36 en voeren een koelfluidum langs en
EMI24.1
in aanraking met het achtervlak van de. water als koelmiddel bij de voorkeursuitvoeringsvorm wordt toegepast, kunnen ook andere geschikte koelmiddelen worden gebruikt.
Een dergelijke koeling is nodig in verband met de zeer hoge temperaturen, welke worden veroorzaakt door het boogproces aan het voorvlak van de kathode 26, welke wanneer het kathodestelsel. 24 niet. zou worden gekoeld, ertoe zouden kunnen leiden, dat de O-ringafdichting, die met de kathode samenwerkt, smelt en een zeer sterke druppel vorming optreedt.
Zoals weergegeven in fig. 4, is ook de binnenste plaatring 22 van een boring voorzien voor het bepalen van een-inwendig koelka-- naai 23, waaraan een koelfluidum via de binnenste plaatringkoelslangen 34 wordt toegevoerd. Het buitenste deksel 52 is op het kanaal 23 gelast
EMI24.2
teneinde in de binnenste-plaatring afgesloten koelmiddelkanaal te vormen. Het koelen van de 22 draagt bij tot de di- recte koeling van het achtervlak van de kathode 26, welke eerder is besproken. De levensduur van de 0-ring wordt daardoor verlengd en druppelvorming tijdens het neerslagproces wordt in een nog sterkere mate tegengegaan.
De koelmiddelslangkoppelingen 34a zijn bij de voorkeurs-
EMI24.3
uitvoeringsvorm via schroefdraad de dekselplaat 52. de binnenste plaatring 22 verbonden, zoals het-best. delslangkoppelingen 36a zijn op een soortgelijke wijze via schroefdraad met het ondersteuningsonderdeel 60 van. het kathodestelsel verbonden. Het is duidelijk, dat ofschoon een schroefdraadconfiguratie is weergegeven, evengoed andere verbindingswijzen kunnen worden toegepast.
Onder verwijzing naar de bovenbeschreven figuren zal thans de werking van het bronplaatstelsel 8 als een component tvan de neerslaginrichting met electrische boog worden besproken. De algemene techniek van. dampneerslag met electrische boog is bekend en behoeft hier
<Desc/Clms Page number 25>
geen nadere toelichting. Slechts het bronplaatstelsel 8 zal gedetailleerd worden besproken.
Het bronplaatstelsel 8 is in fig. 3 in de operationele toestand daarvan weergegeven. Bij een dergelijke instelling kan de binnenste neerslagkamer tot een geschikte druk, meer in het bijzonder van de orde van 2 x 10-5 Torr worden leeggepompt. Het is duidelijk, dat de uitvinding ook een evacuatie van de kamer tot nog lagere drukken van bij benadering 10-6 Torr omvat. D. w. z., dat de schroef 16 zodanig wordt aangetrokken, dat de buitenste plaatring 12 in afdichtend en electrisch contact staat met de kamerflens 18. De binnenste plaatring 22 is electrisch ten opzichte van de buitenste plaatring 12 geïsoleerd aangezien de buitenste isolerende afdichtingsring 56 als een isolator tussen de plaatringen 12 en 22 werkt. Zoals aangegeven in fig. 7, is de buitenste isolatiering 56 bij voorkeur L-vormig.
Deze vorm maakt het mogelijk, dat de buitenste isolerende afdichtingsring 56 in wezen in de buitenste plaatring 12 wordt"gelocaliseerd"en de buitenste omtreksrand van de binnenste plaatring 22 omgrijpt voordat de plaatringen 12 en 22 worden gemonteerd. De buitenste isolerende afdichtingsring 56 zal derhalve zijn positie behouden wanneer deze ring eenmaal in het door de binnenste schouder 12a van de buitenste plaatring 12 gevormde"kanaal"is aangebracht, zodat een enkele bedienende persoon het bronplaatstelsel 8 kan monteren en demonteren zonder dat een tweede bedienende persoon nodig is om de isolerende afdichtring 56 vast te houden.
Zoals eerder is beschreven, worden de buitenste en binnenste isolerende afdichtingsringen, 56 respectievelijk 58, ten opzichte van de binnenzijde van de neerslagkamerholte 11 gescheiden door de smalle langwerpige kanalen 57 en 59. In het geval van de afdichting 56 belet het smalle kanaal 57 op-een doeltreffende wijze, dat plasmadeeltjes de afdichting 56 bereiken en bekleden, waardoor de levensduur van de afdichting en de betrouwbaarheid van het stelsel op een significante wijze worden vergroot. De afdichting 58 wordt op een doeltreffende wijze beschermd tegen een bekleding door plasmadeeltjes niet slechts door het smalle kanaal 59 doch ook direct door het uit teflon bestaande afstandsorgaan 53, dat tevens belet, dat zwervende kathodevlekken de afdichting 58 bereiken en beschadigen.
Derhalve verzekert de configuratie de afdichtingsintegriteit van het stelsel over lange bedrijfsperio-
<Desc/Clms Page number 26>
den.
Een vergroot perspectivisch gedeeltelijk aanzicht van een voorkeursconfiguratie in L-vorm van de buitenste en binnenste isolerende afdichtingsringen 56 en 58 vindt men in fig. 6. Onder verwijzing naar deze figuur blijkt, dat een van de benen of secties van de isolatorring een"verdikking"61 bevat. De verdikking vergroot het afdichtvermogen van het afdichtonderdeel door te voorzien in een groter dwarsdoorsnede-oppervlak, dat tussen de onderdelen, die ten opzichte van elkaar moeten worden afgedicht, kan worden samengedrukt. Er wordt op gewezen, dat de verdikking 61 niet noodzakelijkerwijs aanwezig behoeft te zijn in het midden van één van de secties van de isolatorringen 56 en 58, als aangegeven in fig. 6, doch zich ook meer bij een rand van de sectie kan bevinden. Voorts behoeft de verdikking 61 geen cirkelvormige dwarsdoorsnede te hebben, zoals aangegeven in fig. 6.
Ofschoon niet weer-
EMI26.1
gegeven in fig 7, dient het verdikkingsgedeelte 61 van de isolerende afdichtingsringen 56 of 58 bij voorkeur te zijn gelegen op dát been of die sectie van de isolerende afdichtring, dat in hoofdzaak loodrecht op de longitudinale hartlijn van het bronplaatstelsel 8 staat. In dit opzicht wordt er op gewezen, dat van de plaatringen 12 en 22, de kathode 26, de magneet 54 en andere componenten van het bronplaatstelsel 8 de longitudinale hartlijnen daarvan alle in hoofdzaak coaxiaal zijn gecentreerd wanneer het bronplaatstelsel 8 zich in de in fig. 7 afgebeelde gemonteerde toestand bevindt.
Het is duidelijk, dat de longitudinale hartlijn van elk van deze componenten in het algemeen in het midden van de component ligt en in hoofdzaak loodrecht staat op een vlak, dat evenwijdig is aan bf het achtervlak òf het voorvlak van de component. Verder wordt er op gewezne, dat ofschoon de isolerende afdichtingsringen 56 en 58 in fig. 7 zijn weergegeven als ringen met een L-vormige-confi- guratie, de segmenten, waaruit elke isolerende afdichtingsring 56 en 58 bestaat, niet noodzakelijkerwijs loodrecht op elkaar behoeven te staan. Het is voorts duidelijk, dat volgens de uitvinding de isolerende afdichtingsringen ook meer complexe vormen kunnen hebben doch nog steeds een in hoofdzaak L-vormige doorsnede hebben.
De isolerende afdichtingringen 56 en 58 bestaan bij voorkeur uit een veerkrachtig materiaal met een redelijk grote electrische specifieke weerstand. Voorts dienen de ringen 56 en 58 bij voorkeur bestendig te zijn tegen versnelde veroude-
<Desc/Clms Page number 27>
ringseffecten, veroorzaakt door een herhaald verhitten en afkoelen.
De vakman op het gebied van afdichtingen en 0-ringen zal het bekend zijn, dat een aantal van bijvoorbeeld rubbersamenstellingen aan de bovengenoemde eisen voldoet.
De kathode 26 werkt met schroefdraad samen met de kathodepen 62, die verder in het kathodeondersteuningsonderdeel 60 is geschroefd. De 0-ring 70 voorziet in een afdichting om de omtrek van de achterzijde van de kathode, zodat een koelmiddel, dat naar het achtervlak van de kathode 26 wordt gevoerd, niet in de neerslagkamerholte lekt.
Ten aanzien van de permanente magneet 54 wordt opgemerkt, dat deze bij voorkeur een ringvorm heeft, als aangegeven in fig.
7. Een dergelijke vorm leidt tot een meer uniform magnetisch veld aan het voorvlak van de kathode 26 waardoor de beweging van de kathodevlek beter wordt bestuurd, zoals boven is besproken. Bij de voorkeursuitvoeringsvorm wekt de magneet 54 bij voorkeur een magnetisch veld evenwijdig aan de longitudinale hartlijn van de kathode 26 op, dat bij het voorvlak van de kathode 26 een waarde van bij benadering 15 Gauss heeft.
Het pneumatische trekkerstelsel 38 en de werking daarvan bij een neerslaginrichting met electrische boog is boven besproken.
Meer in het bijzonder wordt een (niet afgebeelde) vierwegsbesturingsklep met de pneumatische slangen 40 en 42 verbonden en voorts bij de derde poort met een drukluchtbron en bij de vierde poort met de omgevingslucht verbonden. Een manipulatie van de vierwegklep veroorzaakt, dat de slangen 40 en 42 afwisselend een druk leveren en ontluchten, waardoor de zuiger in het trekkerstelsel 38 heen en weer wordt bewogen, zodat het trekkeronderdeel 44 op een wijze wordt bewogen, waarbij een boog wordt ingeleid.
Na of voor het bekleden-kan-het bronplaatstelsel 8 van de kamerwand 10 en de flens 18 worden afgescharnierd nadat de schroef 16 is gelost en om het draaipunt daarvan, het schroef juk 20, is weggezwaaid. In deze positie kan de electrode (d. w. z. de kathode 26) op een eenvoudige wijze worden vervangen door de verbruikte electrode eenvoudig los te schroeven en de vervangingselectrode in te schroeven. Het vervangingsonderdeel kan zijn eigen kathodepen 62 hebben of gebruikmaken van de kathodepen 62 van de versleten kathode 26. Andere kamerroutineonderhoudshandelingen, evenals het hanteren van de substraten, welke wor-
<Desc/Clms Page number 28>
den bekleed, kunnen plaatsvinden via de toegangspoort tot de inwendige holte, welke wordt gevormd door de"open"bronplaat 8.
Tijdens het gehele bekledingsproces laat men een koelfluidum, meer in het bijzonder water, door het binnenste plaatringkanaal 23, als bepaald door de dekplaat 52 en de binnenste plaatring 22, en door de kanalen 64 en de kathodesteun 60 vloeien, zodat de kathode 26 en onderdelen, die zich in de buurt van de kathode 26 bevinden, op een meer doeltreffende. wijze kunnen worden gekoeld, waardoor druppelformatie wordt beperkt en de levensduur van de naastgelegen 0-ingaf- dichtingen wordt vergroot.
Er wordt opnieuw met nadruk op gewezen, dat de uitvinding niet is beperkt tot een bepaald type kathode 26, kathodescherm 46, trekkermechanisme 38 of andere van dergelijke basiscomponenten van een dampneerslaginrichting met electrische boog. De uitvinding is meer in het bijzonder gericht op verbeterde isolerende afdichtorganen voor de kamer, op een verbeterde koelconstructie, een verbeterde configuratie van een magneet 54 voor boogvlekregeling, en de vereenvoudigde constructie, welke een eeenvoudig onderhoud mogelijk maakt, bijvoorbeeld verkregen door de scharnierophanging van het bronplaatstelsel 8.