DE1515294B2 - Trioden-anordnung zur zerstaeubung von stoffen mittels einer ellektrischen niederspannungsentladung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Trioden-Anordnung zur Zerstäubung von Stoffen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung (Bogenentladung) zwischen einer Glühkathode und einer Anode in Anwesenheit eines die Entladung bündelnden Magnetfeldes, wobei in der evakuierbaren Zerstäubungskammer ein Träger für einen Vorrat des zu zerstäu- benden Stoffes und ferner eine Haltevorrichtung für zu beschichtende Gegenstände vorgesehen sind.

Solche Anordnungen sind bereits bekannt. Es wurde jedoch bei der Zerstäubung von Stoffen durch Einbringen derselben in eine elektrische Gasentladung bisher als wesentlicher Nachteil empfunden, daß die Zerstäubungsgeschwindigkeit verhältnismäßig gering ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man zwar versucht, die Zerstäubungsrate durch Erhöhung der Ionenenergie, d. h. durch Anwendung höherer Beschleunigungsspannungen, zu erhöhen, konnte aber damit keine wesentliche Steigerung erzielen.

Ein anderer entscheidender Nachteil der bekannten Zerstäubungstechnik besteht darin, daß sie in einer Gasatmosphäre verhältnismäßig hohen Druckes ausgeführt werden muß, damit genügend Ionen zur Verfügung stehen. Durch Anwendung von magnetischen Feldern, welche eine Verlängerung der Bahn der Ladungsträger in der Entladung bewirken, ist es auch gelungen, eine gewisse Verbesserung zu erzielen.

Man kann bei Kathodenzerstäubungsanlagen zwischen Diodenanordnungen und Triodenanordnungen unterscheiden. Eine Diodenanordnung besitzt nur zwei Entladungselektroden, eine Triodenanordnung deren drei. Bei Diodenanordnungen können, da der gesamte Entladungsstrom über das als Anode zu benutzende, zu beschichtende Substrat geleitet werden muß, grundsätzlich keine hohen Entladungsströme angewendet werden, und dementsprechend sind alle bekannten Kathodenzerstäubungseinrichtungen mit Diodenanordnungen als Hochspannungsentladungen mit kalter Kathode ausgebildet.

Bei der Triodenanordnung dagegen wird eine durch ein axiales Magnetfeld gebündelte stromstarke Entladung (»Bogenentladung«) zwischen einer Glühkathode und einer Anode betrieben, wobei die zu zerstäubende Fläche (Target) als dritte Elektrode an der Entladung teilnimmt. Über diese dritte Elektrode fließt nur der Ionenstrom, der durch diejenigen Ionen gebildet wird, welche aus der stromstarken Entladung durch ein elektrisches Feld extrahiert werden und durch Zerstäubung des Targets den gewünschten Stoffniederschlag auf einer in der Nähe befindlichen Fläche erzeugen.

Bekannte Triodenzerstäubungsanordnungen besitzen den Nachteil, daß Substrat und Target in der Nähe der Anode zu beiden Seiten des Entladungskanals in geringem Abstand voneinander angeordnet sind und deshalb nur relativ kleinflächige Substrate beschichtet werden können. Wenn Substrate beschichtet werden, deren Fläche größer ist als die gegenüberliegende Fläche des zu zerstäubenden Materials, besteht die Gefahr, daß die Qualität der Schichten beeinträchtigt wird, weil dann die Ionen teilweise schräg auf die Substratfiäche auftreffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne großen Aufwand eine wesentliche Steigerung der Zerstäubungsrate zu erreichen und dabei ein sicheres Arbeiten mit verhältnismäßig niedrigen Spannungen und relativ geringem Druck zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anordnung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das vom Träger gehaltene Zerstäubungsmaterial von der Anode umgeben ist, wobei die der Zerstäubung unterworfene Fläche innerhalb einer Aussparung der Anode liegt.

Dadurch läßt sich vorteilhafterweise eine Steigerung der Zerstäubungsrate erzielen; außerdem ist es bei der beschriebenen Anordnung möglich, die zu beschichtenden Flächen an dem von der Anode abgewandten Ende des Entladungskanals anzuordnen, wodurch wegen des größeren Abstandes von der Quelle des zerstäubten Materials gleichmäßigere Schichten erhalten werden und großflächigere Substrate als bisher Platz finden können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der beschriebenen Anordnung ist darin zu sehen, daß die den zu zerstäubenden Stoff umgebende Anode ring- oder rahmenförmig ausgebildet ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Er-

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findung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Darin und trotz Fehlens einer unmittelbaren Sichtverbinbedeutet 1 das Gehäuse einer Vakuumanlage zur Her- dung zwischen Kathode 13 und Anode 6 die Stärke stellung dünner Schichten, die auf die auf einer der Entladung offenbar kaum beschränkt wird. Es Kalotte 2 befestigten Unterlagen, z. B. Glasplatten 3, wurden beim Betrieb dieser Einrichtung Entladungsaufgebracht werden sollen. Zu diesem Zweck ist in 5 Stromstärken von 30 Ampere bei einer beispielsweider Anlage auf einem isoliert durch die Bodenplatte sen Anodenspannung von 60 V ohne weiteres erhindurchgeführten elektrisch leitenden Träger 5 der reicht, wobei im Raum 18 der Gasdruck nicht mehr zu zerstäubende Stoff in Form einer Platte 6 angeord- als 10~⁴ bis 10~³ Torr betragen mußte. Allerdings net, die von der ringförmig ausgebildeten Anode 7 wurde dabei ein der Achse 20 der Anlage paralleles umgeben ist; letztere ist von dem Metallzylinder 8 io Magnetfeld von einigen hundert Gauß angewendet, (mit Öffnung 9 zur Entlüftung beim Evakuieren) ge- das durch eine das Gehäuse 1 umgebende Magnettragen und über eine Leitung 10 und Spannungs- wicklung 21 erzeugt wurde, und an die Platte 6 des zu durchführung 11 mit dem positiven Pol einer Gleich- zerstäubenden Stoffes eine negative Hilfsspannung Spannungsquelle verbunden. Zur Durchführung einer von 1000 V angelegt.

die Zerstäubung bewirkenden Gasentladung ist in 15 Es ist zweckmäßig, das über das Ventil 14 einge-

einer an das Gehäuse 1 angeflanschten getrennten lassene Gas laufend aus der Anlage durch die an die

Kammer 12 eine elektronenemittierende Glühkathode Öffnung 22 anzuschließende Vakuumpumpe in sol-

13 vorgesehen. Zwischen dieser und der Anode 7 fin- chem Maße abzupumpen, daß in der Anlage der det im Betrieb die Hauptentladung statt. Zur Einfüh- gerade erwünschte Gasdruck aufrechterhalten wird, rung des Gases, in welchem die Entladung stattfinden ao Diese Arbeitsweise hat gegenüber der Verwendung soll, ist ferner das Ventil 14 vorhanden; das betref- einer stationären Atmosphäre den Vorteil, daß die fende Gas, z. B. Argon, wird über die Leitung 15 zu- Druckeinstellung von Schwankungen infolge nichtbegeführt. Den nötigen Heizstrom erhält die auf Erd- herrschbarer Gasaufzehrung an den Wänden (Getterpotential liegende Glühkathode über die Stromzu- effekt des zerstäubten Stoffes) unabhängig ist.
führungen 16. Um beim Betrieb das durch das Ventil 25 An Stelle der erwähnten negativen Hilfsspannung

14 eingelassene Gas mittels der Glühkathode 13 bes- kann auch eine vorzugsweise hochfrequente Wechselser ionisieren zu können, ist eine Lochblende 17 vor- Spannungsquelle angeschlossen werden, namentlich gesehen, welche das Abströmen des Gases drosselt zur Zerstäubung von Dielektriken.

und dadurch in der Kammer 12 eine höhere Gas- Zur Erleichterung der Zündung der Gasentladung dichte als im Vakuumraum 18 unterhalb dieser Blende 30 kann, wie an sich bekannt, in der Nähe der Glühzuläßt. Bemerkenswert ist, daß bei der beschriebenen kathode eine zusätzliche Hilfselektrode vorgesehen Anordnung trotz dieser Blende und der weiteren Be- werden. An diese wird zur Zündung über einen schränkung des Entladungsquerschnittes durch die Strombegrenzungswiderstand eine positive Spannung verhältnismäßig enge Öffnung 19 in der Kalotte 2 von einigen hundert Volt angelegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Trioden-Anordnung zur Zerstäubung von Stoffen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung (Bogenentladung) zwischen einer Glühkathode und einer Anode in Anwesenheit eines die Entladung bündelnden Magnetfeldes, wobei in der evakuierbaren Zerstäubungskammer ein Träger für einen Vorrat des zu zerstäubenden Stoffes und ferner eine Haltevorrichtung für zu beschichtende Gegenstände vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Träger (5) gehaltene Zerstäubungsmäterial (6) von der Anode (7) umgeben ist, wobei die der Zerstäubung unterworfene Fläche (6) innerhalb einer Aussparung der Anode liegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (7) als ein den zu zerstäubenden Stoff (6) umschließender Ring ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung für die zu beschichtenden Gegenstände (3) als Kalotte (2) ausgebildet ist und die Haltevorrichtung (5) für den zu zerstäubenden Stoff (6) derart angeordnet ist, daß dieser sich ungefähr im Krümmungsmittelpunkt der Kalotte (2) befindet.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte (2) eine zentrale Durchlaßöffnung (19) für die Gasentladung aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu zerstäubende Stoff (6) von einer Unterlage getragen ist, die sich beim Betrieb gegenüber der Kathode (13) auf einem negativem Potential zwischen 100 und 3000 Volt befindet.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu zerstäubende Stoff (6) von einer Unterlage getragen ist, die beim Betrieb an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist.