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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten
durch Kathodenzerstäubung, bei der ein Zerstäubungsraum mit einem unter der Wirkung
eines Vakuums fortlaufend abgesaugten Zerstäubungsgas gefüllt wird, wobei dem Zerstäubungsraum
- im Sinne der Gasströmung - ein weiterer Vakuumrezipient nachgeschaltet ist und
das dem Zerstäubungsraum zugeführte Füllgas durch den Rezipienten abgeführt wird.
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Bei einem bereits bekannten Kathodenzerstäubungsverfahren wird die
Zerstäubung in einer Behandlungskammer, und zwar einem Glimmentladungsraum, durchgeführt,
die von einem vakuumdichten Behälter umgeben ist. Hierdurch werden die Teilchen,
die sich nicht am Auffänger abscheiden, an ihrem Austritt aus der Behandlungskammer
gehindert und an der Innenwandung der Kammer abgesetzt. Ein Nachteil dieses Verfahrens
besteht darin, daß sich in dem die Kammer umgebenden vakuumdichten Behälter, beispielsweise
durch Austritt aus organischen Dichtungsmitteln, Fremdgase bilden, die zu Verunreinigungen
der aufgestäubten Schichten führen.
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Zur Beseitigung der unerwünschten Fremdgase ist es bereits bekannt,
die Kathodenzerstäubung in einem umlaufenden Zerstäubungsgas vorzunehmen. Dabei
werden jedoch nicht sämtliche störenden Fremdgase aus dem Zerstäubungsraum entfernt,
so daß die hiernach hergestellten dünnen Schichten ebenfalls nicht die geforderte
Reinheit besitzen.
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Es ist auch schon bekannt, den Gasdurchsatz zu regulieren, indem in
die Gaszuführungsleitung ein entsprechend einstellbares Ventil eingefügt wird. Bei
konstanter Pumpenleistung kann auf diese Weise der Druck im Zerstäubungsraum eingestellt
werden. Es gelingt damit jedoch nicht, die entstehenden Fremdgase völlig zu beseitigen.
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Bei einem weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung dünner Schichten
durch Kathodenzerstäubung, bei dem fortlaufend Füllgas in das Behandlungsgefäß eingeleitet
und das Behandlungsgefäß leergepumpt wird, ist das Behandlungsgefäß innerhalb eines
vakuumdichten Behälters angeordnet, wobei das Füllgas über eine Zuleitung in das
Gefäß eingeführt und durch Öffnungen aus diesem durch den vakuumdichten Außenbehälter
wieder abgeführt wird. Auf diese Weise können unter der Wirkung des zwischen dem
eigentlichen Behandlungsraum und dem umgebenden vakuumdichten Behälter herrschenden
Druckunterschiedes die Verunreinigungen nicht in die Behandlungskammer eindringen.
Diese werden laufend durch die Absaugung des Zerstäubungsgases abgeführt. Nachteilig
ist hierbei jedoch, daß die Gasdrücke im Zerstäubungsraum und im Rezipienten immer
in einer festen Relation zueinander stehen. Will man z. B. den Druck im Zerstäubungsraum
erhöhen, so muß man entweder die Pumpenleistung verringern oder die Gaszufuhr erhöhen.
Beide Maßnahmen sind oftmals unerwünscht; außerdem besteht die Gefahr, daß die im
Rezipienten vorhandenen Fremdgase bei verringerter Pumpenleistung durch die verbindende
Öffnung in den Zerstäubungsraum gelangen.
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Die hochreine Beschaffenheit der aufgestäubten Schichten ist u. a.
in der sogenannten Mikromodultechnik, d. h. bei der Herstellung miniaturisierter
elektrischer Baugruppen und deren Elemente, von erheblicher Bedeutung. So bildet
beispielsweise die hochreine Beschaffenheit der auf Isolierstoffträger wie Glas
oder Keramik aufgebrachten Tantalschichten die Voraussetzung für die Herstellung
von einwandfrei arbeitenden Tantaloxid-Kondensatoren. Diese Schichten werden anodisch
oxydiert und auf die hierdurch erhaltene und das Dielektrikum bildende Oxidschicht
die Gegenelektrode aufgedampft.
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Weist dabei die aufgestäubte Tantalschicht störende Fremdstoffe, wie
z. B. nicht anodisch oxydierbare Einschlüsse, wie Eisen, Nickel, Tantalcarbid usw.
auf, so verhindern diese Einschlüsse das Entstehen einer geschlossenen Oxidschicht.
Die an sich dielektrisch hochwertige Oxidschicht erhält durch diese feinverteilten
leitenden Einschlüsse einen zu hohen elektrischen Leitwert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere
Verbesserung der vorstehend erwähnten Vorrichtung zu schaffen, die möglichst einfach
gestaltet sein soll. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Zerstäubungsraum
und
nachgeschalteter Rezipient über eine in ihrem Querschnitt steuerbare Durchlaßöffnung
miteinander gasdurchlässig verbunden sind.
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Damit ergeben sich die Vorteile, daß die Strömungsgeschwindigkeit
des Füllgases im Zerstäubungsraum außer durch die Rate der Füllgaszufuhr und das
im Rezipienten herrschende Vakuum auch durch den Querschnitt der Durchlaßöffnung
gesteuert werden kann. Hält man die Füllgaszufuhrrate und die Förderleistung der
zur Evakuierung des Rezipienten dienenden Vakuumpumpe konstant, so kann die Strömungsgeschwindigkeit
des Füllgases im Zerstäubungsraum allein durch geeignete Wahl der Querschnittsgröße
der Durchlaßöffnung gesteuert werden. Dadurch ist die Zahl der Steuerungsmöglichkeiten
vermehrt. Durch den geringen Druck im nachgeschalteten Rezipienten ist die freie
Weglänge für die Fremdgasatome bzw. -moleküle so groß, daß sie praktisch nicht durch
die enge Durchlaßöffnung in den Zerstäubungsraum gelangen können.
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Außerdem wird es vermieden, daß von Dichtungen und den Gefäßwänden
des Rezipienten herrührende Gasverunreinigungen in den Zerstäubungsraum eindringen
und mit dem zerstäubten Material unerwünschte Verbindungen - wie beispielsweise
im vorerwähnten Fall Tantalcarbid - bilden. Durch die Hintereinanderschaltung von
Zerstäubungsraum, Rezipient und Vakuumpumpe ist es möglich, alle Teile der Zerstäubungsanlage
rasch und gründlich zu evakuieren, da gasdurchlässige Verbindungen zwischen den
einzelnen Räumen bzw. zwischen dem Rezipienten und der Vakuumpumpe so groß bemessen
werden können, daß sie etwa dem Durchmesser der einzelnen Räume entsprechen. Durch
die Hintereinanderschaltung von Zerstäubungsraum und Rezipient können sämtliche
Zuleitungen, wie z. B. die Gas- und elektrischen Leitungen, unmittelbar von außen,
d. h. ohne zusätzliche Durchführung durch den Rezipienten, in das Innere des Zerstäubungsraumes
geführt werden. Darüber hinaus können zur Entgasung der Wände des Zerstäubungsraumes
und der Schichtträger sowie zur Erzeugung eines Magnetfeldes, beispielsweise bei
der Herstellung magnetischer Schichten, dienende Heizvorrichtungen bzw. elektrische
Spulen unmittelbar und jederzeit leicht entfernbar angeordnet werden.
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Vorteilhaft ist die Vorrichtung mit einem becherartig ausgebildeten
Zerstäubungsgefäß versehen, das im Bereich seines Bodens zur Kathodenanordnung sowie
zur Gas- und Hochspannungszufuhr dienende Durchbrechungen aufweist und dessen vom
Behälterboden abgekehrtes Ende als eine in Richtung zum Behälterinneren z. B. konus-
oder kegelförmig verjüngte Wandung ausgebildet ist, die vorzugsweise mit einem zur
Verbindung des Zerstäubungsgefäßes mit dem Rezipienten dienenden Stirnflansch versehen
ist. Die kegelförmige Wandung des Zerstäubungsgefäßes dient u. a. zur gasdichten
Aufnahme eines in Richtung seiner rotationssymmetrischen Achse verschiebbar angeordneten
Dichtkegels. Der Dichtkegel selbst weist eine vorzugsweise zentrisch angeordnete
und in Richtung zum Behälterinneren kegel-bzw. konusförmig verjüngte Durchbrechung
auf, die über einen in Richtung seiner rotationssymmetrischen Achse verschiebbar
angeordneten weiteren Dichtkegel gasdicht schließbar bzw. in ihrem öffnungsquerschnitt
steuerbar ist. Vorzugsweise wird man zur Betätigung der beiden Dichtkegel eine gemeinsaure
Vorrichtung verwenden. Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an
Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Mit 1 ist ein Rezipient bezeichnet, der über eine Auslaßöffnung 2
mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Hochvakuumpumpe und mit einem Bereich
seiner einen Stirnseite mit einem Zerstäubungsgefäß 3 gasdurchlässig verbunden ist.
Die Verbindung des Zerstäubungsgefäßes 3 mit dem Rezipienten 1 erfolgt über einen
Stirnflansch 4, der am stirnseitigen Ende des kegel- bzw. konusförmig ausgebildeten
einen Endes des Zerstäubungsgefäßes angeordnet und beispielsweise über Schraubenbolzen
od. dgl. mit einem entsprechenden Gegenflansch 5 des Rezipienten 1 verschraubt werden
kann. Zur Gewährleistung einer gasdichten Verbindung des Rezipienten 1 mit dem Zerstäubungsgefäß
3 ist zwischen die beiden Flansche 4 und 5 eine in der Zeichnung nicht dargestellte
und zweckmäßigerweise in einer Ringnut angeordnete ringförmige Dichtung z. B. ein
Gummiring geschaltet. Eine im Rezipienten angeordnete Vorrichtung bewirkt, daß ein
im kegelförmigen Teil des Zerstäubungsgefäßes 3 untergebrachter und zweckmäßigerweise
anodisch geschalteter Dichtkegel 6 je nach Drehrichtung einer Drehdurchführung 7
in den kegelförmig geschliffenen Gefäßteil des Zerstäubungsgefäßes 3 eingeführt
oder aus diesem entfernt wird. Zur besseren Übersicht in der Zeichnung ist die hierzu
dienende Mitnehmevorrichtung in der Zeichnung nicht dargestellt. Der Dichtkegel
6 weist eine sich in Richtung zum Zerstäubungsgefäßinneren hin konus- oder kegelförmig
verjüngende Durchbrechung 8 auf. In diese Durchbrechung greift ein ebenfalls durch
die Drehdurchführung 7 betätigbarer Dichtkegel 9 ein. Durch die beiden Dichtkegel
6 und 9 ist das Zerstäubungsgefäß 3 gasdicht gegen den Rezipienten 1 schließbar,
so daß sich im Zerstäubungsgefäß selbst organische und zur Verunreinigung des Füllgases
führende Dichtungen erübrigen. Durch geeignete Stellung des Kegels 9 kann bei konstanter
Füllgaszufuhr und Förderleistung der Vakuumpumpe die Strömungsgeschwindigkeit des
Füllgases im Zerstäubungsgefäß 3 gesteuert werden. Die vom Dichtkegel 6 abgekehrte
Stirnseite des Zerstäubungsgefäßes 3 ist mit Durchbrechungen versehen, die zur Aufnahme
bzw. Durchführung einer Füllgasleitung 10 und einer Hochspannungsdurchführung 12
für die Kathode 11 die-. nen. Beim Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ragt in
das Zerstäubungsgefäßinnere eine zylinderförmige Einrichtung 13 mit polygonem Querschnitt,
die zur Aufnahme von Schichtträgern 14 dient. Zusammen mit dem Dichtkegel 6 kann
diese Einrichtung als Anode verwendet werden.
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Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung wird die mit Schichtträgern 14
bestückte und üblicherweise als Auffänger bezeichnete Einrichtung 13 in das zunächst
vom Rezipienten 1 abgetrennte Zerstäubungsgefäß 3 eingesetzt. Das Zerstäubungsgefäß
wird anschließend an den Rezipienten 1 angeschlossen und evakuiert. Zur Erzielung
eines möglichst großen Absaugquerschnitts ist der Dichtkegel 6 weit geöffnet. Nach
einer bestimmten Ausheizzeit und anschließender Abkühlung der Vorrichtung wird der
Dichtkegel 6 bis zu seiner gasdichten Verbindung mit der Wandung des Zerstäubungsgefäßes
3 verschoben. Der Dichtkegel 9 bleibt dabei geöffnet. Der Druck im Zerstäubungsgefäß
wird nun auf z. B. einige 10-2 Torr abgesenkt
und anschließend der
Dosierkegel 9 geschlossen und das Zerstäubungsgefäß mehrmals mit Füllgas durchspült.
Durch Öffnen des Dosierkegels 9 wird das Zerstäubungsgefäß wieder bis auf z. B.
10-2 Torr ausgepumpt und anschließend durch entsprechende Wahl der Öffnung des Dosierkegels
9 die gewünschte Füllgasrate (]/Sek.) eingestellt. Zur Erzielung kurzer Pumpzeiten
und zur Vermeidung von Verunreinigungen erfolgt die Füllgaszufuhr und die Evakuierung
des Rezipienten 1 kontinuierlich.