DE1905058C3

DE1905058C3 - Vorrichtung für die Beschichtung von Werkstücken durch Hochfrequenz-Plasmazerstäubung von Werkstoffen im Vakuum

Info

Publication number: DE1905058C3
Application number: DE19691905058
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. 6450 Hanau Reichelt
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG; Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1969-02-01
Filing date: 1969-02-01
Publication date: 1973-10-04
Also published as: DE1905058B2; DE1905058A1

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 K)"¹ 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 zers! iubte Werkstoff selbst auf dem Gut niedcrgeschla-"(M-. 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 werden durch Hochfrequenz-Plasmaentladung im wesentlichen Metalle und Metallegierungen.

Es ist aus der vorgenannten Patentschrift Ixkannt. 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 Hochfiequenz-Plasmazerstäubung einem bekannten üblichen Kathodenzerstäubungsvorgang überlagert. Im letzteren Fall wird zwischen der die Spule enthaltenden Beschiehtungskammer und der Spule ein starkes Gleichspannungsfeld angelegt. Diese bekannten Lösungen erwiesen sich zwar als brauchbar, jedoch lassen sich damit nicht sehr hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten erzielen, wie sie in vielen Fällen in der Praxis gewünscht werden.
Versuche haben folgendes ergeben:
Die Abscheidungsgeschwindigkeit bei einer Vorrichtung entsprechend der französischen Patentschrift 1 502 647 für Mo ut.d einen Abstand zwischen Endquerschnitt der Spule und Substrat \on 5 cm beträgt bei einer Hochfrequenzleistung von 2 kW und Argon als Zerstä'.'bungsgas (Druck 5-10 -Torr) 0,25 um Min.

Die Abscheidungsgeschwindigkeit bei einer Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, bei gleicher Leistung, gleichem Abstand, wiederum Mo als Werkstoff und Argo.. als Zerstäubungsgas (Druck im Zerstäubungsraum 5 · 10 -Torr), Magnetfeld 150 oe parallel zur Spulenachse, beträgt 0,4 um Min.

Außer der höheren Zerstäubung^rate ist bei einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung von Vorteil, daß der Druck im Kondensationsraum auf 10~^:iTorr 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 Metall, 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 inerlen und/oder reaktiven Gases einen höheren Druck als der die Werkstücke enhaltcnde Raum der Kammer aufweist.

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Hs 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 \on etwa K)-' mm Hg aufrechterhalten und in dem Kaminerraum, in weichem das zu beschichtende Werkstück angeordnet ist, ein Druck \on etwa K)-⁴ mm Hg. Die in dem Gehäuse auf der den Werkstücken zugewandten Seite angebrachte Ötinung zum Durchtritt der von der SpulenoberfUiehc abgestäubten Teilchen besitzt etwa die Größe de- Innendurchmessers der zu zerstäubenden Spule. Du Ebene der Öffnung stein praktisch senkrecht auf der Achse der zu zerstäubenden Spule. Die die Öffnung enthaltende Wand des die zu zerstäubende Spule enthaltenden Gehäuses wird vorteühafterweise aus einem solchen Werkstoff hergestellt, welcher das in dem von der Spule umschlossenen Raum erzeugte Hoch.'requenzfeld 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 Spule her ein ineries 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, v,j_L-sie beispielsweise bei der bekannten Vorricluuns: durch Überlagern einer üblichen KathodenzersUiu-

bunu auftreten können, sind bei der erlindunesuemäLien Vorrichtung ausgeschlossen.

In der Figur ist schematisch ein Ausfülmnigshe;-spiei einer errindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, welche sich besonders bewährt hat. xo In der Kammer 1 i>ι das /.u beschichtende Weikstück 2 und die Spule 3 angeordnet. Die Spule. \ ■--, deren Oberfläche Teilchen durch HoehfreqiK: Plasmaentladiing abgestäubt werden sollen, ist !in: dem Hochfrequenzgenerator 4 verbunden. |.>_:.

Kammer I wird während der Beschichtung des W . ι i. Stücks 2 mittels des Vakuum-Pumpenaggregats 5 _:. _:: einem Druck von etwa K)"¹ mm Hg gehalten. Is-. zu zerstäubende Spule 3 ist innerhalb des Gehalt _L-s f> angeordnet. Dieses Gehäuse ,eist von der Spule ;i.

ίο Richtung Werkstück gesehen eine Öffnung 7 auf /im.ι Durchtritt der von der Spule abgestäubten Teilchen oder ihrer Reaktionsprodukte. Das Gehäuse 6. inbehindere aber die dem zu beschichtenden Wegstück 2 zugekehrte Gchäusevvand, besteht aus Kupl· .

und ist vorzugsweise gekühlt. Zur Kühlung sind k:- spielsvveise Kühlschlangen 8 an dem Gehäuse K festigt. Die Kühlschlangen werden mittels Was durchspült. Zur Erhöhung der Ionendichte in d, . zylindrischen, von der Spule umschlossenen Rau■<■,

sind die Magnetspulen 9 vorgesehen. Mittels dieses Magnetspulen wird ein Magnetfeld mit zur Achse ι!·.·ι Spule annähernd parallelen Feldlinien erzeugt. Zm;, Zuführen eines inerten und/oder reaktiven Gases in den von der Spule umschlossenen Raum ist das Roh; 10 vorgesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Beschichten von Werkstücken mit einem Metall, einer Metall-Legierung oder einer Metallverbindung im Vakuum in einer ein inertes und oder reaktives Gas enthaltenden Kammer, durch Plasmazerstäubunü 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 Feldlinien 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 Gases einen höheren Druck als der die Werkstücke enthaltende Raum der Kamm, r aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse auf der den Werkstücken zugewandten Seite eine Öffnung in Größe des Innendurchmessers der Spule besitzt und die Ebene der Öffnung aul der Achse dieser Spule senkrecht steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß wei.igstens die die Öffnung aufweisende Wand des Gehäuses aus einem das Hochfrequenzfcld nicht wesentlich beeinflussenden Werkstoff besieht.

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 eines inerten und/oder reaktiven Gases in den von der Spule umschlossenen Raum von dem den Werkstücken abgekehrten Ende dieser Spule her.