DD232513A1

DD232513A1 - EVAPORATOR FOR PLASMA-SUPPORTED VACUUM COATING PROCESS

Info

Publication number: DD232513A1
Application number: DD26541284A
Authority: DD
Inventors: Bernd Buecken; Eberhard Steigmann
Original assignee: Hochvakuum Dresden Veb
Priority date: 1984-07-19
Filing date: 1984-07-19
Publication date: 1986-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer fuer plasmagestuetzte Vakuum-Beschichtungsverfahren mittels Bogenentladung und zwei Verdampfungsquellen. Die Erfindung verfolgt das Ziel eine plasmagestuetzte Vakuumbeschichtung mit hohem energetischen Wirkungsgrad und hoher Betriebsdauer zu realisieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer fuer plasmagestuetzte Vakuumbeschichtigung zu entwickeln, der die Energieverluste durch das Heizen der Gluehkatode reduziert und die Standzeit derselben wesentlich erhoeht. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Verdampfer fuer plasmagestuetzte Vakuum-Beschichtungsverfahren mittels Bogenentladung und zwei Verdampfungsquellen elektrisch derart geschaltet ist, dass die beiden Verdampfungsquellen beim Start des Verdampfers anodisch und zum Verdampfungsbetrieb als Elektroden fuer eine Bogenentladung wechselnder Polaritaet arbeiten. FigurThe invention relates to an evaporator for plasma-assisted vacuum coating process by means of arc discharge and two evaporation sources. The invention aims to realize a plasma-assisted vacuum coating with high energy efficiency and long service life. The invention has for its object to develop a vaporizer for plasma-assisted vacuum assessment, which reduces the energy losses due to the heating of the Gluehkatode and the service life of the same increases significantly. According to the invention, the object is achieved in that the evaporator for plasma-assisted vacuum coating process by means of arc discharge and two evaporation sources is electrically connected such that the two evaporation sources work anodically at the start of the evaporator and the evaporation operation as electrodes for an arc of varying polarity. figure

Description

Verdampfer für plasmagestützte Vakuum-BeschichtungsverfahrenEvaporator for plasma-assisted vacuum coating process

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer für plasmagestützte Vakuum-Beschichtungsverfahren mittels Bogenentladung und zwei Verdampfungsquellen. Derartige Vakuum-Be schicht ungs verfahr en, auch Ionplating genannt, werden insbesondere für die Erzeugung von Hartstoffschichten eingesetzt.The invention relates to an evaporator for plasma-assisted vacuum coating processes by means of arc discharge and two evaporation sources. Such vacuum coating processes, also called ion plating, are used in particular for the production of hard material layers.

'Bei Verfahren mit Zwischenschichten oder Mischschichten ist die wechselweise bzw. gleichzeitige Verdampfung unterschiedlicher Materialien erforderlich.In the case of processes with intermediate layers or mixed layers, the alternate or simultaneous evaporation of different materials is required.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Als Verdampfer, die gleichzeitig ein Plasma erzeugen und damit für plasmagestützte Bedampfungsprozesse hervorragend geeignet sind, sind Einrichtungen wie der Hohlkatodenbogenentladungs-(HVBE) und der Hiedervoltbogenentladungs (UVBE)-Verdampfer bekannt geworden. Bei beiden Verdampferarten werden bis zu 30 % der zugeführten elektrischen Leistung an einer glühenden'Katode umgesetzt und stehen damit dem Verdampfungsprozeß, der ... im anodisch geschalteten Verdampfertiegel von statten geht, nicht zur Verfügung. Dies führt trotz hoherAs evaporators, which simultaneously generate a plasma and are thus outstandingly suitable for plasma-based vapor deposition processes, devices such as the hollow cathode arc discharge (HVBE) and the hiedervolt arc discharge (UVBE) evaporator have become known. In both types of evaporators, up to 30% of the electrical power supplied is converted to a glowing cathode and is thus not available to the evaporation process which takes place in the anodized evaporator crucible. This leads despite high

Leistung zu relativ geringen Verdampfungsraten. Außerdem ist die Standzeit der glühenden Katoden auf nor wenige Stunden "beschränkt. Der HVBE-Verdampfer erfordert darüber hinaus in seiner bekannt gewordenen Ausführung einen erheblichen technischen Aufwand, da er zusätzliche Magnetfelder (um Vakuumkammer angeordnet) und eine seperate Ionisierungskammer benötigt.Performance at relatively low evaporation rates. In addition, the service life of the glowing cathodes is limited to a few hours. "Moreover, the HVBE evaporator requires considerable technical effort in its known design, since it requires additional magnetic fields (arranged around the vacuum chamber) and a separate ionization chamber.

Im Gegensatz zu Elektronenstrahlverdampfern ist bei beiden Systemen eine Verdampfung aus zwei Tiegeln nicht bekannt geworden*In contrast to electron beam evaporators, evaporation from two crucibles has not become known in both systems *

Wenn es die Beschichtungsaufgäbe erfordert, daß aus zwei Tiegeln verdampft werden muß, dann sind zwei Einrichtungen parallel anzuordnen.If the coating operation requires that two crucibles be evaporated, then two devices should be arranged in parallel.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine plasmagestützte Vakuumbeschichtung mit hohem energetischen Y/irkungsgrad und hoher Betriebsdauer zu realisieren.The invention pursues the goal of realizing a plasma-assisted vacuum coating with a high degree of energy efficiency and a long service life.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verdampfer für die plasmagestützte Vakuum-Beschichtung zu entwickeln, der die Energieverluste durch das Heizen der Glühkatode reduziert und die Standzeit' derselben wesentlich erhöht.The invention has for its object to develop an evaporator for the plasma-assisted vacuum coating, which reduces the energy losses due to the heating of the Glühkatode and the service life 'substantially increased.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verdampfer für plasmagestützte Vakuum-Beschichtungsverfahren mittels Bogenentladung und zwei Verdampfungsquellen elektrisch derart geschaltet ist, daß die beiden Verdampfungsquellen beim Start des Verdampfers anodisch und zum Verdampfungsbetrieb als Elektroden für eine Bogenentladung wechselnder Polarität arbeiten.According to the invention, the object is achieved in that the evaporator for plasma-assisted vacuum coating method by means of arc discharge and two evaporation sources is electrically connected such that the two evaporation sources at the start of the evaporator anodic and working for evaporation as electrodes for an arc of alternating polarity.

Beim Einsatz des Verdampfers wird in der Startphase in bekannter Weise eine Glühkatode so geheizt, daß eine Giühemission eintritt und daß die Elektronen durch den Potentialunterschied auf die anodischen Verdampfungsquellen gelenkt werden, so, daß eine Bogenentladung gezündet wird, deren Elektronenstrom zur Erwärmung und Verdampfung des Verdampfungsgutes führt. Dabei kann je Verdampfungsquelle eine gesonderte Glühkatode vorgesehen sein oder es ist nur eine Glühkatode vorgesehen, die intermittierend mit den beiden Verdampfungsquellen zusammengeschaltet wird und in gleicher Weise intermittierend brennende Bogenentladung bewirkt· Uach ausreichend langer Aufheizzeit des Verdampfungsgutes in den Verdampfungsquellen wird die Startphase des Verdampfers beendet und auf Verdampfungsbetrieb umgeschaltete Die beiden Verdampfungsquellen werden als Elektroden an eine Wechselspannungsquelle geschaltet, derart, daß sich eine Bogenentladung wechselnder Polarität zwischen den beiden Verdampfungsquellen ausbildet. Die vorteilhafte Wirkung besteht darin, daß während des gesamten Verdampfungsbetriebes die Glühkatode, bzw, die zwei Glühkatoden, außer Betrieb sind, damit keine Heizenergie verbrauchen und keinem Verschleiß unterliegen. Je nach Verdampfungsgut innerhalb der Verdampfungsquellen und den technologischen Aufgaben, ist es auch möglich, die wechselnde Polarität mit variablem Tastverhältnis zu betreiben. D. h., daß z. B. aus einer Verdampfungsquelle mehr Verdampfungsgut verdampft wird als aus der anderen, bzw. unterschiedliche erforderliche leistungsschichten, sind gut realisierbar. Im einfachsten Pail kann gleiches Verdampfungsgut verdampft werden·When the evaporator is used in the starting phase in a known manner, a Glühkatode heated so that a Giühemission occurs and that the electrons are directed by the potential difference on the anodic evaporation sources, so that an arc discharge is ignited, the electron flow for heating and evaporation of the vaporization leads. It can be provided for each evaporation source a separate Glühkatode or it is only a Glühkatode provided, which is interconnected intermittently with the two evaporation sources and causes intermittent burning arc discharge · After sufficiently long heating time of the vaporized in the evaporation sources, the start phase of the evaporator is terminated and switched to evaporation mode The two evaporation sources are connected as electrodes to an AC voltage source, such that an arc of alternating polarity between the two evaporation sources is formed. The advantageous effect is that during the entire evaporation operation, the Glühkatode, or, the two Glühkatoden, are out of order, so do not consume heating energy and are not subject to wear. Depending on the evaporating material within the evaporation sources and the technological tasks, it is also possible to operate the alternating polarity with a variable duty cycle. D. h., That z. B. from a source of evaporation more evaporating material is evaporated than from the other, or different required performance layers are well feasible. In the simplest Pail, the same vaporization material can be evaporated ·

AusführüngsbeispielAusführüngsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige ZeichnungThe invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment. The accompanying drawing

zeigt einen erfindungsgemäßen Verdampfer mit einer Glühkatode in schematischer Darstellung.shows an inventive evaporator with a Glühkatode in a schematic representation.

In einer Vakuum-BeSchichtungskammer 1 sind die nicht dargestellten zu beschichtenden Substrate angeordnet und der erfindungsgemäße Verdampfer· Die Glühkatode 2 ist als Hohlkatode ausgebildet und im oberen Teil der Beschichtungskammer 1 angeordnet. Die Glühkatode 2 kann auch an anderer Stelle, z. B. zwischen den zwei Verdampfungsquellen 3 und 4 angeordnet sein. Mit 5 ist die ansich nicht erfinderische Schalt- und StromYersorgungseinrichtung bezeichnet.The substrates to be coated, which are not shown, are arranged in a vacuum coating chamber 1 and the evaporator according to the invention. The thermal cathode 2 is designed as a hollow cathode and is arranged in the upper part of the coating chamber 1. The Glühkatode 2 can also elsewhere, z. B. between the two evaporation sources 3 and 4 may be arranged. With 5 the ansich not inventive switch and Stromersers supply is called.

Die Punktion des erfindungsgemäßen Verdampfers wird nachfolgend beschrieben.The puncture of the evaporator according to the invention is described below.

Nach dem Erzeugen eines Vakuums innerhalb der Beschichtungs kammer 1 wird die Glühkatode 2 auf Arbeitstemperatur aufgeheizt und die Verdampfungsquellen 3 und 4 intermittierend an eine Gleichspannung gelegt. Danach wird über die Hohlkatode Argon als Trägergas bis zu einem Druck von 2 χ 10 Pa eingelassen und es bildet sich eine Bogenentladung zwischen der Glühkatode 2 und intermittierend mit der anodisehen Verdampfungsquelle 3 bzw. 4 aus. Der Potentialunterschied beträgt dabei 70 V Gleichspannung. Der intermittierende Betrieb wird symbolisch dadurch erreicht, daß der Schalter 6 innerhalb der Schalt- und Stromversorgungseinrichtung 5 zwischen den Stellungen I und II pendelt. Die sich ausbildenden Bogenentladungen sind mit 7 bzw. 8 bezeichnet. Nach ausreichender Aufheizzeit des Verdampfungsgutes innerhalb der Verdampfungsquellen 3 und 4, wenn diese selbst in der Lage sind Elektronen zu emittieren, wird der Schalter 6 auf die Stellung III umgeschaltet. Damit verlischt die intermittierende Bogenentladung von der Glühkatode 2 zu den Verdampfungsquellen 3 bzw 4 und es bildet sich eine Bogenentladung 9 wechselnder Polarität "zwischen den beiden Verdampfungsquellen 3 und 4 aas. Die Wechsel-spannung beträgt ebenfalls 70 V und sichert, unterstützt von der thermischen Trägheit der Verdampfungsquellen 3 und 4, eine gleichmäßige Verdampfung des Verdampfungsgutes. In der Schaltstellung 0 wird der Prozeß beendet.After generating a vacuum within the coating chamber 1, the Glühkatode 2 is heated to working temperature and the evaporation sources 3 and 4 intermittently connected to a DC voltage. Thereafter, argon is introduced as a carrier gas through the hollow cathode to a pressure of 2 χ 10 Pa and it forms an arc discharge between the glow cathode 2 and intermittently with the anodisehen evaporation source 3 and 4, respectively. The potential difference is 70 V DC. The intermittent operation is symbolically achieved in that the switch 6 oscillates within the switching and power supply device 5 between the positions I and II. The forming arc discharges are designated 7 and 8, respectively. After sufficient heating time of the vaporized material within the evaporation sources 3 and 4, if they are themselves able to emit electrons, the switch 6 is switched to position III. Thus, the intermittent arc discharge from the thermionic cathode 2 to the evaporation sources 3 and 4 is extinguished and an arc 9 of alternating polarity is formed between the two evaporation sources 3 and 4. The alternating voltage is also 70 V and ensures, supported by the thermal inertia the vaporization sources 3 and 4, a uniform evaporation of the vaporized material. In the switching position 0, the process is terminated.

Claims

Patent application

1 · Evaporator for plasma-assisted vacuum coating process by arc discharge with two evaporation sources, characterized in that the two evaporation sources (3> 4) are connected anodically at the start of the evaporator and the evaporation operation as electrodes for an arc discharge (9) of alternating polarity.

2. evaporator according to item 1, characterized in that at the start of the arc discharge between the evaporation sources and a respective Glühkatode burns.

3. evaporator according to item 1, characterized in that at the start of the 'arc discharge (7, 8) between a thermionic cathode (2) and the two evaporation sources (3,

4) burns intermittently.

4. evaporator according to item 1, characterized in that the arc discharge (9) during the evaporation operation in dependence of Evampfungsgut and the amount variable duty cycles and / or energy amounts.

For this 1 sheet drawing