DE1253369B - Anordnung zur Behandlung der Oberflaeche eines Koerpers mit Ionen - Google Patents

Description

DEUTSCHES WJ9Gs& PATENTAMT DeutscheKl.: 21g-21/01

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1 253 369

Aktenzeichen: B 88643 VIII c/21 g

1253369 Anmeldetag: 26. August 1966

Auslegetag: 2. November 1967

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Behandlung der Oberfläche eines Körpers mit Ionen. Wie bekannt, kann eine solche Behandlung verschiedenen technischen Zwecken dienen. Bei der Aufdampfung dünner Schichten im Hochvakuum müssen z. B. die Unterlagen vor der Bedampfung sorgfältig gereinigt werden. Es ist üblich, sie nach einer chemischen Vorreinigung einer elektrischen Entladung, das bedeutet einer Behandlung mit Ionen, auszusetzen, um die letzten festhaftenden Spuren von Verunreinigungen von der Oberfläche abzutragen. Eine Behandlung einer Oberfläche mit Ionen findet auch bei der bekannten Technik der Kathodenzerstäubung statt, wobei das von der Kathodenoberfläche durch die auftreffenden Ionen abgetragene Material von einer gegenüberliegenden Glasplatte aufgefangen und dort zum Aufbau einer Schicht verwendet werden kann. Ionenbehandlung kann ferner dazu dienen, dicke Schichten durch Materialabtragung in genau kontrollierbarer Weise in erwünschtem Maße dünner zu machen. Bei der sogenannten Ionenätzung, einer neuen Technik zur Vorbereitung metallischer Proben vor der Betrachtung im Mikroskop, wird eine polierte Metalloberfläche durch Beschuß mit Ionen an ihren verschiedenen Teilen verschieden stark angegriffen, so daß ein Relief erzeugt wird und die verschiedenen kristallographischen Bereiche sichtbar werden. In den meisten Fällen ist die Wirkung der Ionenbehandlung anscheinend mit einer Materialabtragung verknüpft; darüber hinaus müssen aber auch rein thermische oder chemische Wirkungen der auf die zu behandelnde Oberfläche auftreffenden Ionen in Betracht gezogen werden. Als Mittel zur Behandlung einer Oberfläche mit Ionen dient im einfachsten Fall, wie bekannt, eine elektrische Gasentladung, bei der die zu behandelnde Fläche als Kathode geschaltet wird. Näheres hierüber findet man z. B. in dem Buch: Manfred K am in sky: Atomic and ionic impact phenomena on metal surfaces, Springer-Verlag, Berlin — Heidelberg — New York, 1965.

In neuerer Zeit ist man dazu übergegangen, an Stelle von elektrischen Gasentladungen im Bereich der mit Ionen zu behandelnden Oberfläche auch sogenannte Ionenkanonen zu verwenden, d. h. Vorrichtungen, die einen gerichteten Ionenstrahl liefern. Durch eine öffnung in der Wand eines Gasentladungsraumes treten die Ionen in die Behandlungskammer ein und treffen dort auf die durch Ionenbeschuß zu behandelnden Flächen, die in den Weg des Strahles gestellt sind. Reine Ionenstrahlen haben den Vorteil, daß sie zur Erhöhung ihrer Energie Anordnung zur Behandlung der Oberfläche eines Körpers mit Ionen

Anmelder:

Balzers Vakuum G. m. b. H.,
Frankfurt/M. 70, Seehofstr. 11

Als Erfinder benannt:

Rudolf Jenne, Triesenberg (Liechtenstein)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 22. September 1965 (13 124)

elektrisch nachbeschleunigt werden können. Die Wirkung der Raumladung macht es jedoch schwierig, eine genügende Ionenstromstärke zu erhalten, um damit nützliche Experimente durchführen zu können. Erst recht nicht eignen sich diese geringen Strahlintensitäten für Produktionszwecke.

Um für die fabrikationsmäßige Herstellung dünner Schichten nützliche Zerstäubungsraten zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, elektrisch quasineutrales Plasma — als solches bezeichnet man das Gemisch von Elektronen und Ionen—zu verwenden. Die Verwendung eines Plasmas bietet den Vorteil, daß dieses, auch wenn dessen Ionen nur geringe Energie besitzen, leicht bis dicht an die zu behandelnde Oberfläche herangeführt werden kann, wobei die Ionen erst unmittelbar an der vor der zu behandelnden Fläche liegenden Plasmagrenze beginnend auf kurzer Strecke in der Größenordnung von einigen Zehntelmillimetern beschleunigt werden können. Es genügen einige hundert Volt Ziehspannung an der zu behandelnden Oberfläche, um Ionenstromstärken von einigen hundert Milliampere zu erzielen. Es bildet sich vor der genannten Fläche eine elektrische Doppelschicht mit sehr hoher Feldstärke aus, die trotz niedriger Beschleunigungsspannung ausreicht, die Ionen und Elektronen des quasineutralen Plasmastrahls zu separieren. Das Plasma wird hierbei in einer vom Zerstäubungsraum abgetrennten Kammer durch eine elektrische Gasentladung erzeugt und tritt durch eine Öffnung in die Behandlungskammer ein.

Die Erfindung betrifft nun eine neue Anordnung zur Behandlung der Oberfläche eines Körpers mit Ionen, die aus einem elektrisch quasineutralen Plasma

709 680/3Z4

Claims (4)

entnommen werden, welches mit Hilfe eines magnetischen Führungsfeldes im Raum vor der zu behandelnden Oberfläche verdichtet wird, und stellt sich die Aufgabe, den Wirkungsgrad einer solchen Behandlung gegenüber dem bisher Erreichten wesentlieh zu erhöhen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem das magnetische Führungsfeld erzeugenden Magneten auf der dem Plasma abgewandten Seite der zu behandelnden Oberfläche ein Hilfskörper aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist. Am einfachsten wird der genannte Hilfskörper als Träger für den zu behandelnden Körper ausgebildet. Zum Beispiel kann ein Körper, dessen Oberfläche durch Ionen zu behandeln ist und der die Form einer dünnen Scheibe aufweist, mit einer Unterlagsscheibe aus ferromagnetischem Material verbunden werden. Bemerkt sei, daß es an sich in der Plasmatechnik bekannt ist, Plasma durch magnetische Felder zu verdichten oder zu führen. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es zeigt eine Behandlungskammerl, die mittels eines Flansches 2 auf einen Vakuumpumpstand aufgesetzt werden kann. Bei 3 ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmastrahls, eine sogenannte Plasmakanone angeflanscht, wobei das Plasma durch die öffnung 4 in die Behandlungskammer eintritt und durch den Magneten 5 im Raum 6 vor der zu behandelnden Oberfläche 7 eines Körpers 8 verdichtet wird. Auf der vom Plasma abgewandten Seite der zu behandelnden Oberfläche ist im Sinn der Erfindung ein Hilfskörper 9 aus ferromagnetischem Material vorgesehen, und zwar ist er im Beispielsfall, wie ersichtlich, als Unterlagsscheibe für den ebenfalls scheibenförmigen Körper 8 ausgebildet. Der Körper 8 und der Hilfskörper 9 sind von dem Stab 10 und dieser von der an die Behandlungskammer angeflanschten Platte 11 getragen und durch eine Scheibe 12 aus elektrisch isolierendem Material gegenüber dem Gehäuse der Behandlungskammer elektrisch isoliert, damit dem zu behandelnden Körper eine elektrische Spannung zugeführt werden kann. Der spannungsführende StablO ist in bekannter Weise von einem Schutzrohr 13 umgeben, das sich elektrisch auf gleichem Potential wie die Behandlungskammer befindet und das verhindert, daß sich eine unerwünschte Entladung zwischen dem Stab und Teilen der Gehäusewand ausbildet. Im Beispielsfall ist dem Körper 8 gegenüber eine Glasplatte 14 angeordnet, so daß die gezeigte An-Ordnung dazu dienen kann, das durch Ionenbeschuß von der Fläche 7 abgetragene Material teilweise auf der Platte 14 niederzuschlagen, um dort eine dünne Schicht herzustellen; die Platte 14 wird durch die an die Wand der Behandlungskammer angeflanschte Haltevorrichtung 15 getragen. Die Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas kann an sich von beliebiger Art sein. Gezeichnet ist eine einfache bekannte Anordnung mit einer Glühkathode 20, einem Fokussierungsmagneten 21 und den Elektroden 22 und 23. Die elektrische Entladung brennt im Raum 24 zwischen Glühkathode und der Wand 25, wobei ein Teil des durch die Entladung erzeugten Plasmas beim Betrieb durch die öffnung 4 in die Behandlungskammer eintritt. Beim Anlegen einer negativen Ziehspannung an den Körper 8 ergibt sich die oben beschriebene Wirkung, daß die Ionen durch das elektrische Feld auf die zu behandelnde Oberfläche zu beschleunigt werden. Es zeigt sich, daß die Ionenströme, die allein durch Anlegen einer elektrischen Spannung dem Plasma entnommen werden könnten, trotz Plasmaverdichtung mittels des Magneten 5 immer noch für technische Anwendungen unzureichend wären. Dagegen kann durch die beschriebene Anordnung, d. h. durch das Vorsehen eines zusätzlichen Hilfskörpers aus ferromagnetischem Material eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades des Ionenbeschusses erzielt werden, was z. B. an der Vergrößerung der Geschwindigkeit, mit der die Oberfläche 7 abgetragen bzw. auf der gegenüberliegenden Glasplatte 14 eine Schicht aufgetragen wird, sichtbar wird. Durch Anbringen einer zusätzlichen positiv vorgespannten Elektrode 16, der die Spannung über die Leitung 17 zugeführt wird, kann außerdem noch eine Verstärkung der Ionisation im Raum 6 erreicht und damit eine weitere Erhöhung des Ionenstromes zu der zu behandelnden Fläche erzielt werden. Der Hilfskörper 9 kann selbstverständlich auch eine andere Form als die gezeichnete besitzen. Man kann ihm z. B. die Form verleihen, so daß sich eine vorgeschriebene Feldlinienverteilung auf der zu behandelnden Fläche ergibt. Wie Versuche ferner gezeigt haben, braucht der dem Körper 8 hinterlegte Hilfskörper nicht die gleich große Ausdehnung wie dieser zu besitzen. Es kann z. B. oft genügen, daß nur der Stab 10 als Hilfskörper aus ferromagnetischem Material dient, und dieser kann auch selbst als zusätzlicher Magnet ausgebildet sein. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Behandlung der Oberfläche eines Körpers mit Ionen, die aus einem elektrisch quasineutralen Plasma entnommen werden, welches mit Hilfe eines magnetischen Führungsfeldes im Raum vor der zu behandelnden Oberfläche verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem das magnetische Führungsfeld erzeugenden Magneten auf der dem Plasma abgewandten Seite der zu behandelnden Oberfläche ein Hilfskörper aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskörper aus ferromagnetischem Material als Träger für den zu behandelnden Körper ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu behandelnde Körper in Form einer dünnen Scheibe oder eines Belages mit einer Unterlagsscheibe aus ferromagnetischem Material verbunden ist.

4. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskörper als Pol eines zusätzlichen Hilfsmagneten ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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