DE1905058B2

DE1905058B2 - Vorrichtung fuer die beschichtung von werkstuecken durch hochfrequenzplasmazerstaeubung von werkstoffen im vakuum

Info

Publication number: DE1905058B2
Application number: DE19691905058
Authority: DE
Inventors: Walter Dr 6450 Hanau Reichelt
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1969-02-01
Filing date: 1969-02-01
Publication date: 1973-03-15
Also published as: DE1905058A1; DE1905058C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken mit einem Metall, einer Metallegierung oder einer Metallverbindung im Vakuum.

Aus der französischen Patentschrift 1 502 647 ist das Beschichten von Werkstücken mit einem Metall, einer Metallegierung oder einer Metallverbindung in einer Kammer bekannt. In dieser Kammer wird während der Beschichtung ein Druck von weniger als 10-'mm Hg aufrechterhalten. Die Kammer enthält eine Spule, die mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden ist. Die Spule besteht wenigstens an ihrer Oberfläche aus einem Werkstoff, der durch eine Hochfrequenz-Plasmaentladung zerstäubt wird. Der zerstäubte Werkstoff wird dann auf dem Gut niedergeschlagen. In der Kammer wird eine Atmosphäre aus inertem Gas aufrechterhalten, wenn der zerstäubte Werkstoff selbst auf dem Gut niedergeschlagen werden soll, oder es wird eine Atmosphäre aus einem reaktiven Gas oder einem Gasgemisch aus reaktivem unnd inertem Gas aufrechterhalten, wenn eine Verbindung des zerstäubten Werkstoffes auf dem Gut niedergeschlagen werden soll. Zerstäubt werfen durch Hochfrequenz-Plasmaentladung im wesentlichen Metalle und Metallegierungen.

Es ist aus der vorgenannten Patentschrift bekannt, die Menge an zerstäubtem Werkstoff pro Minute und damit auch die Beschichtungsgeschwindigkeit dadurch zu erhöhen, daß man die Zahl der Windungen der Spule, deren Oberfläche zerstäubt wird, erhöht oder daß man die Hochfrequenz-Plasmazerstäubung einem bekannten üblichen Kathodenzerstäubungsvorgang überlagert. Im letzteren Fall wird zwischen der die Spule enthaltenden BeschichtungsV-ammer und der Spule ein starkes Gleichspannungsfeld angelee' Diese bekannten Lösungen erwiesen sich zwar a: brauchbar, jedoch lassen sich damit nicht sehr höh Beschicntungsgeschwindigkeiten erzielen, wie sie 1? vielen Fällen in der Praxis gewünscht werden.

Versuche haben folgendes ergeben:

Die Abscheidungsgeschwindigkeit bei einer V01-richtung entsprechend der französischen Patentschrift 1 502 647 für Mo und einen Abstand zwischen End querschnitt der Spule unö Substrat von 5 cm betrag; bei einer Hochfrequenzleistung von 2 kW und Argon als Zerstäubungsgas (Druck 5-K)^-2Torr» 0,25 um/Min.

Die Abscheidungsgeschwindigkeit bei einer Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, bei gleicher Leistung, gleichem Abstand, wiederum Mo als Werkstoff und Argon als Zerstäubungsgas (Druck im Zerstäubungsraum 5 · K)-2 Torr), Magnetfeld 150 oe parallel zur Spulenachse, beträgt 0,4μΐη/Μΐη.

Außer der höheren Zerstäubungsrate ist bei einer Ano»dnung nach der vorliegenden Erfindung von Vorteil, daß der Druck im Kondensationsraum auf iO"^:>Torr und darunter herabgesetzt werden kann. Dadurch wird die Zahl der Zusammenstöße zwischen Restgas und Metalldampfatomen und die Auftreffrate von Restgasmolekülen auf das Substrat erheblich verringert. Das führt zu duktileren Schichten mit besseren optischen und elektrischen Eigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es gestattet, die Beschichtungsgeschwindigkeit mit möglichst einfachen Mitteln optimal dem jeweiligen Anwendungsfall anzupassen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken mit einem Metdll, einer Metallegierung oder einer Metallverbindung im Vakuum, in einer ein inertes und/oder reaktives Gas enthaltenden Kammer durch Plasmazerstäubung der Oberfläche einer in der Kammer angeordneten, mit einem Hochfrequenzgenerator verbundenen Spule und Niederschlagen der abgestäubten Teilchen oder ihrer Reaktionsprodukte auf dem Werkstück, erfindungsgemäß dadurch, daß in der Kammer Magnete zum Erzeugen eines Feldes mit zur Achse der Spule annähernd parallelen Feldlinien angeordnet sind.

Besonders bewährt hat sich, daß die Spule in einem innerhalb der Kammer befindlichen Gehäuse angeordnet ist und dieses Gehäuse durch Einführen eines inerten und/oder reaktiven Gases einen höheren Druck als der die Werkstücke enhaltende Raum der Kammer aufweist.

Es ist besonders vorteilhaft, in dem innerhalb der Kammer befindlichen Gehäuse, in welchem die zu zerstäubende Spule angeordnet ist, einen höheren Druck aufrechtzuerhalten als in dem Kammerraum, in welchem das Werkstück angeordnet ist. Beispielsweise wird in dem Gehäuse ein Druck von etwa 10"¹ITIm Hg aufrechterhalten und in dem Kammerraum, in welchem das zu beschichtende Werkstück angeordnet ist, ein Druck von etwa 10~⁴ mm Hg. Die in dem Gehäuse auf der den Werkstücken zugewandten Seite angebrachte öffnung zum Durchtritt der von der Spulenoberfläche abgestäubten Teilchen besitzt etwa die Größe des Innendurchmessers der zu zerstäubenden Spule. Die Ebene der öffnung stein praktisch senkrecht auf der Achse der zu zerstäubenden Spuk. Die die öffnung enthaltende Wand des die zu zerstäubende Spule enthaltenden Gehäuses wird vorteilhafterweise aus einem solchen Werkstoff hergestellt, welcher das in den. von der Spule umschlossenen Raum erzeugte Hochfrequenzfeld nicht wesentlich schwächt. Als besonders geeignet hat sich hierfür eine mit einer Öffnung versehene Kupferplatte erwiesen, welche vorzugsweise gekühlt ist. in den von der zu zerstäubenden Spule umschlossenen Raum wird von dem zu beschichtenden Werkstück abgekehrten Ende der Spuie her ein inertes und/oder reaktives Gas eingeleitet. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung wird die Ionendichte in dem von der zu zerstäubenden Spule umschlossenen Raum erhöht, woraus eine Erhöhung der Zerstäubungsrate und damit der Beschichtungsgeschwindigkeit resultiert. Durch die Anordnung der Spule in einem Raum, in welchem gegenüber dem Beschichtungsraum ein wesentlich erhöhter Druck aufrechterhalten wird, kann die kinetische Energie der abgestäubten Teilchen voll ausgenutzt werden. Unerwünschte Gasentladungen, wie sie beispielsweise bei der bekannten Vorrichtung durch Überlagern einer üblichen Kathodenzerstäubung auftreten können, sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeschlossen.

In der Figur ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, welche sich besonders bewährt hat.

In der Kammer 1 ist das zu beschichtende Werkstück 2 und die Spule 3 angeordnet. Die Spule, von deren Oberfläche Teilchen durch Hochfrequenz-Plasmaentladung abgestäubt werden sollen, ist mit dem Hochfrequenzgenerator 4 verbunden. Die Kammer 1 wird während der Beschichtung des Werkstücks 2 mittels des Vakuum-Pumpenaggregats 5 auf einem Druck von etwa 10~⁴mm Hg gehalten. Die zu zerstäubende Spule 3 is,* innerhalb des Gehäuses 6 angeordnet. Dieses Gehäuse weist von der Spule in Richtung Werkstück gesehen eine öffnung 7 auf zum Durchtritt der von der Spule abgestäubten Teilchen oder ihrer Reaktionsprodukte. Das Gehäuse 6, insbesondere aber die dem zu beschichtenden Werkstück 2 zugekehrte Gehäusewand, besteht aus Kupfer und ist vorzugsweise gekühlt. Zur Kühlung sind beispielsweise Kühlschlangen P an dem Gehäuse befestigt. Die Kühlschlangen werden mittels Wasser durchspült. Zur Erhöhung der Ionendichte in dem zylindrischen, von der Spule umschlossenen Raum sind die Magnetspulen 9 vorgesehen. Mittels dieser Magnetspulen wird ein Magnetfeld mit zur Achse der Spule annähernd parallelen Feldlinien erzeugt. Zum Zuführen eines inerten und/oder reaktiven Gases in den von der Spule umschlossenen Raum ist das Rohr 10 vorgesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken mit einem Metall, einer Metall-Legierung oder einer Metall verbin dung im Vakuum in einer ein inertes und/oder reaktives Gas enthaltenden Kammer, durch Plasmazerstäubung der Oberfläche einer in der Kammer angeordneten, mit einem Hochfrequenzgenerator verbundenen Spule und Niederschlagen der abgestäubten Teilchen oder ihrer Reaktionsprodukte auf dem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer Magnete zum Erzeugen eines Feldes mit zur Achse der Spule annähernd parallelen FelJünien angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule in einem innerhalb der Kammer befindlichen Gehäuse angeordnet ist, und dieses Gehäuse durch Zuführen eines inerten und oder reaktiven Oses einen höheren Druck als der die Werkstücke enthaltende Raum der Kammer aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, άλύ das Gehäuse auf der den Werkstücken zugewandten Seite eine Öffnung in Größe des Innendurchmesser.; der Spule besitzt und die Ebene der öffnung auf d; - Achse dieser Spule senkrecht steht.

4. Vorrichtung nach An* ruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die die öffnung aufweisende Wand des Gehäuses aus einem das Hochfrequenzfeld nicht wesentlich beeinflussenden Werkstoff besteht.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die die Öffnung aufweisende Gehäusewand gekühlt ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Rohr zum Zuführen eiues inerten und/oder reaktiven Gases in den von der Spule umschlossenen Raum von dem den Werkstücken abgekehrten Ende dieser Spule her.

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