DE10250941A1

DE10250941A1 - Quelle für Vakuumbehandlungsprozess

Info

Publication number: DE10250941A1
Application number: DE10250941A
Authority: DE
Inventors: Oliver Gstoehl; Mauro Pedrazzini
Original assignee: Unaxis Balzers AG
Current assignee: Oerlikon Surface Solutions AG Pfaeffikon
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2022-11-01
Also published as: US6869509B2; JP2003193227A; JP2010168662A; CH695807A5; JP4512311B2; JP5232190B2; US20030094362A1; DE10250941B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arcquelle bzw. eine Quelle zum Verdampfen bzw. Sputtern von Werkstoffen und ein Verfahren zum Betreiben einer Quelle. Dabei weist die Quelle eine isolierte Gegenelektrode und/oder ein Wechselmagnetsystem auf. Dadurch kann je nach Bedarf ein beliebiges Potential an die Gegenelektrode angelegt und/oder die Quelle mit unterschiedlichen Magnetsystemen, insbesondere als Arc- bzw. Sputterquelle betrieben werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Quelle für einen Vakuumbehandlungsprozess, insbesondere eine Arc- bzw. eine kombinierte Arc- und Sputterquelle gemäss den Ansprüchen 1 und 2, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Quelle gemäss den Ansprüchen 12 bis 15.

Arcquellen sowie Arc- und Sputterquellen werden in Vakuumbeschichtungsanlagen in vielfältiger Weise eingesetzt, wobei jede Quelle gemäss der ihr zugrunde liegenden physikalischen Prozesse und der jeweiligen speziellen technischen Ausführungen unterschiedliche Vorteile aufweist.

Unter Arcquelle wird im Folgenden eine Quelle verstanden, bei der auf der Oberfläche eines Targets ein Lichtbogen - in der Literatur auch Arc oder Funken genannt - gezündet wird. Arcquellen eignen sich besonders für Prozesse, bei denen eine hohe Ionisierung des Metalldampfs vorteilhaft ist. Als Beispiel seien hier das sogenannte Ionplatingverfahren zum Abscheiden besonders haftfester Schichten oder das Metallionenätzen zur Vorbehandlung und Reinigung von Oberflächen genannt.

Unter Sputterquelle wird im Folgenden eine Quelle verstanden, bei der mit Hilfe eines Plasmas von einem Target Material durch Ionenbeschuss abgestäubt wird. Wird darüberhinaus mit Hilfe eines geeignet ausgelegten Magnetsystems das Plasma im wesentlichen in Form eines geschlossenen Rings in Targetnähe konzentriert, spricht man von einer Magnetronsputterquelle.

Beispielsweise eignen sich Sputterquellen sehr gut zur Abscheidung glatter Schichten, insbesondere wenn Werkstoffe in die Gasphase übergeführt werden sollen, deren einzelne Komponenten sehr unterschiedliche Dampfdrücke aufweisen.

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Ausprägungen und Spezialanpassungen unterschiedlichster Arc- bzw. Sputterquellen bekannt, die entwickelt wurden um dem breiten Anforderungsspektrum in unterschiedlichen Anwendungsgebieten gerecht zu werden.

So offenbart beispielsweise DE 197 02 928 C2 eine Arcquelle, bei der ein den Lichtbogen stabilisierender Magnet in einem gegenüber der Vakuumkammer abgedichteten und senkrecht verschiebbaren Kathodengehäuse, angeordnet und seinerseits wiederum senkrecht zur Targetfläche bewegbar ist.

Von Nachteil ist dabei das Vorsehen von Vakuum-Dichtflächen an gegeneinander bewegten Teilen, die möglicherweise zusätzlich durch den Betrieb der Arcquelle starken Temperaturschwankungen unterworfen sind.

EP 0459137 B1 offenbart eine Arc- und Sputterquelle, bei der ein Mittelpol-Permanentmagnet in einer festgelegten Position auf der Rückseite des Targets angebracht ist, während Rand-Permanentmagnete relativ zum Target und Mittelpolmagnet axial verschiebbar gelagert sind. Dadurch wird in einer targetnahen Position der Randpermanentmagnete der Betrieb als Sputterquelle ermöglicht, in einer randfernen Position der Betrieb als Arcquelle, insbesondere zur Vorbehandlung und Reinigung mittels Metallionenätzen.

Auf Grund des relativ komplizierten Aufbaus mit axial verschiebbaren, üblicherweise durch Elektromotoren bewegten, Magnetanordnungen, sind industrielle Ausführungen solcher Quellen üblicherweise gross, hoch aufbauend und aufwendig in der Herstellung.

EP 0495447 B1 beschreibt das Prinzip einer Arcquelle mit der auch Legierungen von Werkstoffen mit sehr unterschiedlichem Dampfdruck ohne übermässige Spritzerbildung in die Gasphase übergeführt werden können. Allerdings ist es mit derart gebauten Quellen beispielsweise nicht ohne weiteres möglich eine gute Targetausnutzung zu erreichen oder definierte Mehrlagenschichten abzuscheiden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Es ist insbesondere die Aufgabe durch die Verwendung der erfindungsgemässen Merkmale eine Arcquelle zu schaffen, die bessere Einstellungen der Betriebsparameter und damit eine bessere Schichtqualität ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine universelle Quelle zu schaffen, die im Aufbau gegenüber vorbekannten Quellen vereinfacht ist, eine erhöhte Wirtschaftlichkeit aufweist und eine freie Wahl der Betriebsarten Sputtern und Arcen erlaubt.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2, sowie 12 bis 15 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungen.

Eine derartige Quelle zum Verdampfen, bzw. Zerstäuben von Werkstoffen, besteht aus einem in einer Ausnehmung einer Vakuumkammer befestigten Gehäuse an bzw. in dem die einzelnen Teile der Quelle angebracht sind. An der Vorderseite des Gehäuses, d. h. in Richtung des Materialstroms der Quelle, ist wie bekannt ein Target beliebiger Form sowie zumindest eine Gegenelektrode angebracht. Zwecks kostengünstiger Herstellung der Targets bzw. anderer Komponenten der Quelle wird üblicherweise eine im wesentlichen runde oder rechteckige Form der Targets bevorzugt. Das Target selbst kann als Kathode an die negative Polung einer Strom/Spannungsversorgung angeschlossen werden. Je nach Einsatz der Quelle als Arc- bzw. Sputterquelle, kann eine bekannte Hochstrom- bzw. Hochspannungsversorgung, bzw. eine für beide Betriebsarten umschaltbare Versorgung verwendet werden. Soll die Quelle als Arc-Quelle betrieben werden, so ist zumindest eine Vorrichtung zum Zünden des Lichtbogens vorzusehen.

In einer bevorzugten erfindungsgemässen Ausführungsform wird dabei die Gegenelektrode oder die Gegenelektrode und zumindest ein Teil des Gehäuses oder auch das ganze Gehäuse gegenüber der Vakuumkammer und dem Target, bzw. den auf Erd- bzw. Targetpotential liegenden Teilen elektrisch isoliert. Somit kann die Gegenelektrode und gegebenenfalls Teile des Gehäuses elektrisch entweder frei floatend oder auf ein anderes frei wählbares Potential gelegt und damit ein zusätzlicher Steuerparameter zur Einstellung des Arc- bzw. Sputterprozesses eingeführt werden.

Gegenüber herkömmlichen Quellen, bei denen durch Erdung der Gegenelektrode praktisch die gesamte Oberfläche der Vakuumkammer als Anode geschaltet ist, kommt es bei der vorliegenden Erfindung üblicherweise zu einem stärkeren Elektronenbeschuss der Anode, wodurch diese stärker aufgeheizt wird. Dazu kann die Gegenelektrode durch einfache konstruktive Massnahmen wie dem zusätzlichen Vorsehen einer Kühlung, einer Vergrösserung der Fläche oder entsprechende Materialwahl angepasst werden. Soll die Gegenelektrode zusätzlich gekühlt werden, kann dies in üblicher Weise durch Vorsehen von Kühlkanälen bzw. durch Anbringen von Kühlschlangen im rückwärtigen Teil der Gegenelektrode und ähnlichen Mitteln erreicht werden. Vorteilhafterweise werden dabei sowohl Kathode als auch Gegenelektrode durch einen gemeinsamen, durch Wasserwiderstände elektrische getrennten, Wasserkreislauf gekühlt.

Besonders für den Einsatz als Arcquelle hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stromzuführung im rückseitigen zentralen Bereich des Targets, bevorzugt über eine mit dem Gehäuse vakuumdicht verbundene Kühlplatte erfolgt. Im Vergleich zu Quellen mit seitlich angebrachter Stromzuführung konnte mittels Überlagerung des durch den zentral eintretenden Targetstrom erzeugten Magnetfelds mit den Feldern des oder der weiteren Magnetsysteme eine nicht nur symmetrischere sondern auch bessere Ausnutzung des Targets erzielt werden.

Als weiterer Vorteil hat sich dabei die Vielseitigkeit einer solchen Quelle bei der Kombination unterschiedlicher Verfahrensschritte erwiesen. Beispielsweise kann die Gegenelektrode in einem vorgeschalteten Ätzschritt als Anode einer Niedervoltbogenentladung geschaltet werden. Dazu wird in an und für sich bekannter Weise ein Niedervoltbogen zwischen einer oder mehreren, bevorzugt in einer von der Vakuumkammer durch eine Blende getrennten Ionisationskammer angebrachten, Glühwendeln und einer oder mehreren Anoden, in diesem Fall Gegenelektroden, gezündet und Ionen von den zu reinigenden, auf ein negatives Potential gelegten Werkstücken extrahiert. Nach Abschluss des Ätzschritts wird der Beschichtungsprozess durch Umschalten in den Arc- bzw. Sputterbetrieb gestartet. Die besten Beschichtungsergebnisse in einer industriellen Beschichtungsanlage mit niehrfachdrehenden Werkstückhalterungen wurden dabei mit einer gegenüber diesen zentralen Anordnung des Lichtbogens bzw. der Quelle erzielt, wobei die Gegenelektrode zunächst als Anode der Niedervoltbogenentladung geschaltetet und anschliessend vom Target ein Werkstoff für eine Haftschicht verdampft wurde. Der bzw. die Werkstoffe für den Aufbau der Funktionsschicht bzw. -Schichten wurden anschliessend von peripher, an den Seitenwänden der Beschichtungsanlage angebrachten Quellen unter Zugabe der jeweils benötigten Reaktivgase verdampft bzw. gesputtert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird bei einer an sich bekannten Quelle zumindest ein Magnetsystem als Wechselmagnetsystem ausgeführt. Damit kann das Magnetsystem so an die geometrischen Abmessungen des Gehäuses und/oder den Aussenumfang der Stromzuführung angepasst werden, dass es mindestens in eine Richtung frei bewegbar ist. Zusätzlich können Führungen zum Aus- und Einbringen bzw. zur Justierung des Magnetsystems vorgesehen werden. Um eine besonders einfache Handhabung zu ermöglichen, können an der Rückseite des Wechselmagnetsystems Greifhilfen wie Bügel, Vertiefungen, Knöpfe u. a. vorgesehen werden. Vorteilhafterweise wird zusätzlich die Stromzuführung mit einem ersten Schnellanschluss und das Wechselmagnetsystem mit einem zweiten Schnellanschluss versehen, wobei vorzugsweise beide Schnellverbindungen als Steckverbindungen ausgeführt werden. Am zweiten Schnellanschluss können dabei Mittel vorgesehen sein, die es ermöglichen den Typ des Magnetsystems zu erkennen, und falls erforderlich eine Stromzuführung zur Speisung und Steuerung eines Elektromagnetsystems bzw. eines oder mehrerer Antriebsmotoren zur Bewegung zumindest eines Magnetsystems. Beispielsweise kann damit, wie bekannt, ein Magnetsystem an der Rückseite des Targets bzw. der Kühlplatte bewegt werden, um die mindestens eine Arc- oder Sputterentladung in eine vorgegebene Bahn zu führen.

Damit ergibt sich erstmals die Möglichkeit durch einfaches, rasches Austauschen der Wechselmagnetsysteme die Quelle an völlig unterschiedliche Prozessanforderungen optimal anzupassen. Beispielsweise seien hier die oftmals vorteilhafte Anpassung des Magnetsystems auf unterschiedliche Targetwerkstoffe oder der wechselweise Einsatz derselben Quelle als Arc- oder Sputter-, insbesonders bevorzugt als Magnetronsputterquelle genannt, wobei der Wechsel falls erforderlich ohne Unterbruch des Vakuums, während eines Aufheiz-/Reinigungs-/Beschichtungs-Zyklus erfolgen kann. Dabei kann beispielsweise durch Erkennen des Magnetsystems über die Prozesssteuerung ein automatisches Umschalten vom Arc- auf den Sputterbetrieb erfolgen. Während beispielsweise für das Arcverdampfen eine relativ schwache, auch mit einer oder mehreren elektrischen Spulen erzeugbare magnetische Flussdichte an bzw. über der Oberfläche des Targets ausreicht, sind für das Sputtern vieler Materialien hohe Flussdichten vorzusehen, die vorteilhafterweise mit Permanentmagneten aufgebaut werden. Zur Optimierung der Targetausbeute können die Magnetfelder dabei in Bezug zur Oberfläche verschoben oder geändert werden. Dies kann in bekannter Weise durch elektrische Steuerung verschiedener, ein Magnetsystem bildender Spulen oder durch mechanische Bewegung des Magnetsystems erfolgen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an einer wie oben beschriebenen, mit elektrisch isolierter Gegenelektrode und gegebenenfalls mit Wechselmagnetsystem versehene Quelle zusätzlich ein Schalter zum Umschalten der Betriebsarten des Targets und der Gegenelektrode angebracht. Gleichzeitig ist dabei noch eine oder mehrere Vorrichtungen zum Zünden eines Lichtbogens, sowie Mittel vorzusehen, um den Wirkungsbereich eines oder mehrerer Lichtbögen auf die Vorderseite der Gegenelektrode zu beschränken.

Dadurch kann mittels kathodischer Lichtbogenentladung auch Material der Gegenelektrode in die Gasphase übergeführt werden. Besonders vorteilhaft kann eine derart ausgeführte Quelle eingesetzt werden, wenn die Gegenelektrode aus einem Haftschichtmaterial, wie beispielsweise Titan oder Chrom angefertigt ist, das sich zusätzlich noch gut und möglichst spritzerfrei verdampfen lässt. Als Mittel zum Zünden eines Lichtbogens eignet sich ebenso wie zum Zünden auf dem Target beispielsweise ein bekannter Zündfinger oder zumindest eine die Gegenelektrode bzw. das Gehäuse und das Target verbindende Brücke aus nichtleitendem, vorzugsweise keramischen Grundmaterial, mit einer darauf abgeschiedenen nano- oder wenige µm dünnen Deckschicht, die die Gegenelektrode bzw. das Gehäuse und das Target elektrisch leitend verbindet. Die dünne leitende Deckschicht wird durch Anlegen der Arcversorgung an Target bzw. Gegenelektrode verdampft und zündet dadurch den Lichtbogen. Wird die verbindende Brücke so angebracht, dass während des Behandlungsprozess eine Wiederbeschichtung erfolgt, so können Lichtbögen in rascher Abfolge abwechselnd auf Kathode oder Gegenelektrode gezündet werden. Eine weitere Möglichkeit zum Zünden von Lichtbögen kann unter anderem durch Anbringen eines dreh- und schwenkbar gelagerten Zündfingers geschehen, der vorteilhafterweise nach der Zündung auf Target bzw. Gegenkathode aus der Sichtverbindung Quelle/Substrat geschwenkt wird. Als Mittel zum Beschränken bzw. Führen des Lichtbogens eignen sich beispielsweise bekannte Massnahmen wie das Anlegen eines zusätzlichen Magnetfelds, das Anbringen eines die Gegenelektrode aussen im wesentlichen umfassenden Begrenzungsringes, isolierte Abdeckungen im rückwärtigen bzw. seitlichen Bereich der Gegenelektrode bzw. des Gehäuses unter Beachtung des Dunkelraumabstandes, oder eine Kombination verschiedener Massnahmen.

Mit einer oder mehreren beispielhaft aber nicht in allen Ausführungsvarianten beschriebenen erfindungsgemässen Quellen, lässt sich eine Reihe von Vakuumbehandlungsverfahren mit einem geringeren Aufwand als bisher oder mit besonders günstigen Schichteigenschaften durchführen.

So kann eine erfindungsgemässe Quelle mit Wechselmagnetsystem in beliebig wechselnder Reihenfolge als Arcquelle und nach Wechsel des Magnetsystems, falls erforderlich ohne Unterbrechung des Vakuums, mit einem anderen Magnetsystem, insbesondere einem Magnetronmagnetsystems, als Sputterquelle betrieben werden, wenn gleichzeitig eine oder mehrere, bevorzugt umschaltbare, für den jeweiligen Prozess geeigneten Strom-/Spannungsversorgungen vorgesehen sind.

Mit einer erfindungsgemässen Quelle mit isolierter Gegenelektrode kann beispielsweise erstmalig ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem mit nur einer Quelle zwei unterschiedliche Werkstoffe in beliebiger zeitlicher Reihenfolge verdampft bzw. gesputtert werden. Dazu wird beispielsweise nach Anlegen einer für Beschichtungen üblichen Substratspannung von ca. 10-300 V, bevorzugt zwischen 40 und 200 V, eine Haftschicht durch Arcverdampfen von der Gegenelektrode auf die Werkstücke aufgebracht. In der Folge kann nach Erlöschen der Lichtbogenentladung auf der Gegenelektrode, durch Umschalten der Quellen bzw. Versorgungspolungen und Zünden eines Lichtbogens auf der Kathode ein zweiter Werkstoff verdampft werden.

Eignet sich der zweite Werkstoff auf Grund seiner Neigung zur Spritzerbildung während des Arcprozesses besser zur Zerstäubung von einem Sputtertarget, und ist an der Quelle auch zumindest ein Magnetsystem für den Betrieb als Sputterquelle vorgesehen, so kann zusätzlich zum Vertauschen der Polungen auf eine Hochspannungsquelle umgeschaltet und Material vom Target zerstäubt werden. Vorzugsweise erfolgt dabei die Änderung der Betriebsart durch Umschalten einer einzigen dafür ausgelegten Strom/Spannungsversorgung.

Zusätzlich kann noch ein dem Beschichten vorgeschalteter Schritt zur Reinigung der Werkstücke durch ein sogenanntes Metallionenätzen durchgeführt werden, wozu auf dem Target oder der Gegenelektrode ein Lichtbogen gezündet und an die Werkstücke ein hohes negatives Potential, bevorzugt grösser als 800 V, gelegt wird.

Eine Verwendung als Arc- und Sputterquelle kann auch dann sinnvoll sein, wenn jeweils dieselben Gegenelektroden bzw. derselbe Targetwerkstoff verwendet wird. Beispielsweise kann nach dem Metallionenätzen direkt ein Sputterprozess angeschlossen werden, oder die unterschiedlichen Eigenschaften von Arc- und Sputterschichten in Zwei- oder Mehrschichtsystemen ausgenutzt werden.

Daneben kann eine solche Quelle auch in vielen anderen bekannten Prozessfolgen, beispielsweise mit anderen oder zusätzlichen Ätz- und Heizschritten kombiniert, oder zur Herstellung von Mehrlagenschichten, besonders aber auch zur Herstellung von Hart- und Gleitschichten bzw. einer Kombination dieser Schichten insbesondere in Kombination mit einer Haftschicht abgeschieden werden.

Die Erfindung wird nun an Hand von schematischen Figuren beispielhaft beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Arc- und/oder Sputterquelle;

Fig. 2 eine Quelle mit umschaltbarer Betriebsart.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte erfindungsgemässe Quelle mit elektrisch isolierter Gegenelektrode und Wechselmagnetsystem zum Arcverdampfen bzw. Sputtern eines Targets.

Dabei ist das Gehäuse 4 der Quelle 1 über einen, vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Kunststoff oder ähnlichem bestehenden, elektrischen Isolator 3, an der Vakuumkammer 2 befestigt. Zusätzlich sind bei der in Fig. 1 gezeigten Positionierung des Isolators 3 hier nicht näher dargestellte Dichtelemente angebracht um eine vakuumdichte Befestigung der Quelle zu gewährleisten. Alternativ dazu kann statt des gesamten Gehäuses 4 auch nur ein Teil des Gehäuses 4 oder nur die Gegenelektrode 8 elektrisch von der Vakuumkammer 2 bzw. dem Gehäuse 4 isoliert werden, wodurch die zusätzliche Dichtfunktion des Isolators entfallen kann.

Gegenelektrode 8 bzw. Gehäuse 4 sind vom Target 11 durch einen weiteren, vorzugsweise keramischen, Isolator 7 von der Kühlplatte 10 getrennt. Auch dieser Isolator 8 ist mit nicht näher gezeigten Vakuumdichtelementen versehen. Das hinter der Kühlplatte 10 an Atmosphäre befindliche Wechselmagnetsystem 5 ist damit gut zugänglich und kann, nach Abziehen der Steckverbindung 13 und eines bei Bedarf am Wechselmagnetsystem 5 anzubringenden, hier nicht dargestellten weiteren Schnellanschlusses, leicht nach hinten gezogen und ausgetauscht werden.

Auf der Vorderseite der Kühlplatte 10 ist das Target 11 angebracht, zwischen Target 11 und Gegenelektrode 8 ist ein Begrenzungsring 9 positioniert, der seinerseits sowohl von Target 11 als auch von der Gegenelektrode 8 elektrisch isoliert, selbst aber gut leitend ist. In einer weiteren Ausführungsform kann der Begrenzungsring selbst aus einem Material mit einer im Vergleich zum Target geringen Sekundärelektronenemissionsrate und geringer Oberflächenenergie wie beispielsweise BN oder TiN sein.

Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Quelle mit umschaltbarer Betriebsart und einer (von mehreren möglichen) umschaltbaren Strom-/Spannungsversorgung 16 sowie einem zusätzlichen Begrenzungsring 14, der vorteilhafterweise elektrisch isoliert auf einer Abdeckung 15 befestigt ist. Letztere kann entweder an der Vakuumkammer 2 oder, ihrerseits wiederum bei Bedarf elektrisch isoliert am Gehäuse 4 der Quelle 1 und mit dieser gemeinsam von der Vakuumkammer 2 lösbar angebracht sein. Eine weitere vorteilhafte Ausführung einer derartigen Quelle ist es, die Stromzuführung 12 elektrisch isoliert bis unmittelbar an die Gegenelektrode 8 zu führen und die sonst zwischen Vakuumkammer 2 und Gehäuse 4 angebrachte Isolierung zwischen Gegenelektrode 8 und Gehäuse 4 anzubringen.

Weiters können im rückwärtigen Bereich der Gegenelektrode 8 noch zusätzliche, hier nicht dargestellte, Magnete bzw. Elektromagnete zur Führung des Lichtbogens vorgesehen werden.

Eine wie in Fig. 2 beschriebenen Quelle eignet sich besonders gut dazu Werkstoffe sowohl vom Target 11 als auch von der Gegenelektrode 8 in die Gasphase überzuführen.

Beispiele für den Betrieb einer erfindungsgemässen Quelle

Bevorzugte Betriebsparameter und Grenzwerte für den Betrieb eines kreisförmiges Targets als Arcquelle sind in Tabelle 1 zusammengestellt (Targetdurchmesser ca. 160 mm, d = 6-12 mm, Targetwerkstoff: Ti). Tabelle 1
Bevorzugte Betriebsparameter und Grenzwerte für den Betrieb eines kreisförmiges Targets als Sputterquelle sind in Tabelle 2 zusammengestellt (Targetdurchmesser ca. 160 mm, d = 6-12 mm, Targetwerkstoff: Ti). Tabelle 2

Bezugszeichenliste 1 Quelle
2 Vakuumkammer
3 Gehäuseisolator
4 Gehäuse
5 Magnetsystem
6 Stromzuführung Gegenelektrode
7 Targetisolator
8 Gegenelektrode
9 Begrenzungsring
10 Kühlplatte
11 Target
12 Stromzuführung Target
13 Schnellanschluss
14 Begrenzungsring
15 Abdeckung
16 Strom-/Spannungsversorgung

Claims

1. Arcquelle zum Verdampfen von Werkstoffen in einer Vakuumkammer, mit einem als Kathode geschalteten Target (11) mit einer Stromzuführung (6), zumindest einer das Target (11) im wesentlichen seitlich umschliessenden Gegenelektrode (8) und einem Gehäuse (4) an bzw. in dem die einzelnen Teile der Arcquelle (1) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (8) oder die Gegenelektrode (8) und zumindest ein Teil des Gehäuses (4) gegenüber der Vakuumkammer und dem Target (11) elektrisch isoliert ist.

2. Quelle, insbesondere nach Anspruch 1, zum Verdampfen, bzw. Zerstäuben von Werkstoffen in einer Vakuumkammer, mit einem als Kathode geschalteten Target (11) mit einer Stromzuführung (6), zumindest einem Magnetsystem (5), zumindest einer das Target (11) im wesentlichen umschliessenden Gegenelektrode (8) und einem Gehäuse an bzw. in dem die einzelnen Teile der Quelle (1) angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem (5) als Wechselmagnetsystem ausgebildet und derart an die geometrischen Abmessungen des Gehäuses (4) und der Stromzuführung (6) angepasst ist, dass es in mindestens einer Richtung frei bewegbar ist.

3. Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung (6) im rückseitigen zentralen Bereich des Targets (11) angebracht ist.

4. Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise elektrisch isolierter Begrenzungsring (9) im wesentlichen zwischen Target (11) und Gegenelektrode (8) angebracht ist, und das Target (11) im wesentlichen umschliesst.

5. Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetsystem (5) an der Rückseite einer mit dem Gehäuse (4) vakuumdicht verbundenen Kühlplatte (10) bzw. mit zum Target (11) einstellbarem Abstand angebracht ist und die Stromzuführung (6) zentral über die Kühlplatte (10) erfolgt.

6. Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführung (6) mit einem ersten Schnellanschluss (13) und das Wechselmagnetsystem mit einem zweiten Schnellanschluss versehen ist, wobei letzterer vorzugsweise Mittel aufweist, die es ermöglichen den Typ des Magnetsystems (5) zu erkennen.

7. Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wechselmagnetsysteme unterschiedlicher Feldstärke vorgesehen sind, wobei zumindest ein Wechselmagnetsystem, eine oder mehrere elektrische Spulen und zumindest ein Wechselmagnetsystem Permanentmagnete enthält.

8. Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Gegenelektrode (8) bzw. die Gegenelektrode (8) und zumindest ein Teil des Gehäuses (4) anodisch geschaltet ist.

9. Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter zum Umschalten der Betriebsarten des Targets (11) und der Gegenelektrode (8), eine oder mehrere Vorrichtungen zum Zünden eines Lichtbogens, sowie Mittel vorgesehen sind, um den Wirkungsbereich eines oder mehrerer Lichtbögen auf die Vorderseite der Gegenelektrode (8) zu beschränken.

10. Quelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode (8) aus einem Haftschichtmaterial, insbesondere aus Cr oder Ti besteht.

11. Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Zünden eines Lichtbogens ein dreh- und schwenkbar gelagerter Zündfinger oder zumindest eine die Gegenelektrode (8) bzw. das Gehäuse (4) und das Target (11) verbindende Brücke aus nichtleitendem, vorzugsweise keramischen Grundmaterial, mit einer darauf abgeschiedenen dünnen Deckschicht ist, die die Gegenelektrode (8) bzw. das Gehäuse (4) und das Target (11) elektrisch leitend verbindet.

12. Verfahren zum Betreiben einer Arc- bzw. einer kombinierten Arc- und Sputterquelle, dadurch gekennzeichnet, dass in beliebig wechselnder Reihenfolge ein Lichtbogen auf einer kathodisch geschalteten Gegenelektrode (8) gezündet und von dieser Material verdampft wird, wobei ein Target (11) anodisch geschaltet ist und anschliessend, nach Erlöschen der Lichtbogenentladung auf einer Gegenelektrode (8) und Umschalten der Betriebsart ein Lichtbogen auf dem Target (11) gezündet und von diesem Material verdampft wird, wobei die Gegenelektrode (8) anodisch geschaltet ist.

13. Verfahren zum Betreiben einer kombinierten Arc- und Sputterquelle, dadurch gekennzeichnet, dass in beliebig wechselnder Reihenfolge ein Lichtbogen auf einer kathodisch geschalteten Gegenelektrode (8) gezündet und von dieser Material verdampft wird, wobei ein Target (11) anodisch geschaltet ist und anschliessend, nach Erlöschen der Lichtbogenentladung auf der Gegenelektrode (8) und Umschalten der Betriebsart Material vom Target (11) zerstäubt wird, wobei die Gegenelektrode (8) anodisch geschaltet ist.

14. Verfahren zum Betreiben einer Quelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass in beliebiger wechselnder Reihenfolge, die Quelle (1) mit einem Magnetsystem (5) als Arc- oder Sputterquelle und nach Wechsel des Magnetsystems (5), vorzugsweise ohne Unterbrechung des Vakuums, mit einem anderen Magnetsystem als Arc- oder Sputterquelle betrieben wird.

15. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 14, zum Betreiben einer Arc- bzw. einer kombinierten Arc- und Sputterquelle, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gegenelektrode (8) abwechselnd als Anode einer Niedervoltbogenentladung und als Anode einer Arcentladung betrieben wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüchen 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass damit eine Hart- bzw. Gleitschicht bzw. eine Kombination dieser Schichten auf einem Werkstück aufgebracht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Haftschichten zwischen Substrat und Hartschicht bzw. zwischen Hartschicht und Gleitschicht abgeschieden wird.