DE1934328A1 - Device for the optional atomization of solid substances by ion bombardment using the plasma or ion beam method - Google Patents
Device for the optional atomization of solid substances by ion bombardment using the plasma or ion beam methodInfo
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Description
Institut für Elektronische 1934328Institute of Electronics 1934328
BauelementeComponents
117 Berlin117 Berlin
Bendigstr. 11Bendigstrasse 11th
Vorrichtung zur. wahlweisen Zerstäubung fester Substanzen durch Ionenbeschuß nach der Plasma- oder IonenstrahlmethodeDevice for. optional atomization of solid substances by ion bombardment after the plasma or ion beam method
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wahlweisen ■ Zerstäubung fester' Substanzen durch Ionenbeschuß nach der Plasma- oder Ionenstrahlmethode. Das Verfahren der Ionenzerstäubung (Sputtering) wird vielseitig angewendet ι z.B. als Verfahren zur Herstellung dünner Schichten auf einem Träger oder zum Reinigen und Ätzen von Oberflächen fester Stoffe. Auf Grund der besonderen Qualitäten der damit hergestellten Schichten wird die Ionenzerstäubung in zunehmendem Maße für die Herstellung elektronischer . Bauelemente eingesetzt. ■The invention relates to a device for the optional ■ atomization of solid 'substances by ion bombardment the plasma or ion beam method. The process of ion atomization (sputtering) is used in many ways e.g. as a process for producing thin layers on a carrier or for cleaning and etching surfaces solid substances. Due to the special qualities of the layers produced with it, ion sputtering increasingly for the manufacture of electronic. Components used. ■
Es sind bereits eine Vielzahl von Vorrichtungen und Anlagen zur Durchführung der Ionenzerstäubung bekannt. In ihrem Aufbau werden sie davon bestimmt, ob die Zerstäubung als Plasmazerstäubung oder nach der Ionenstrahlmethode erfolgen soll. Bei der Plasmazerstäubung wird in einer verdünnten Edelgasatmosphäre eine Bogenentladung etzeugt und die Ionen werden aus dem Plasma durch das Target abgesaugt, das dabei zerstäubt wird. Plasmazerstäubungsanlagen arbeiten je nach Art der angelegten Spannung entweder nach der Gleichst rommethode (DC-Sputtering) oder nach der Hochfrequenzmethode (BF-Sputtering). Dabei werden Elektrodensysteme mit zwei oder mehr Elektroden (Dioden - Trioden - Sputtering) eingesetzt^ Für Hochleistungsapparaturen benötigt man entsprechend große Stromversorgungseinheiten. In solchen•Anlagen brennt der Bogen über eine große Elektrodendistanz. Die erforderliche Sauberkeit des Entladungsraumes erreicht. man durch Ausheizen und anschließende Kühlung des Rezlpienten und der Elektroden im Vakuum. Durch Einführung zusätzlicher Hilfsentladungen ist es möglich, die Bogenentladung bei. kleineren Gasdrücken aufrecht zu erhalten, die StreuungThere are already a large number of devices and systems known for performing ion sputtering. In their structure they are determined by whether the atomization as Plasma atomization or according to the ion beam method target. With plasma atomization, an arc discharge is generated in a dilute noble gas atmosphere and the Ions are sucked out of the plasma by the target, which is atomized in the process. Plasma atomization systems ever work Depending on the type of voltage applied, either the direct current method (DC sputtering) or the high-frequency method (BF sputtering). Electrode systems are included two or more electrodes (diode - triode - sputtering) used ^ For high-performance equipment one needs accordingly large power supply units. In such systems the arc burns over a large electrode distance. The required cleanliness of the discharge space is achieved. by heating and then cooling the recipient and the electrodes in a vacuum. By introducing additional auxiliary discharges, it is possible to reduce the arc discharge at. lower gas pressures maintain the scattering
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der abgestäubten Atome am Füllgas zu verringern und damit die Intensität der Aufstüubung zu erhöhen. Mit Hilfe eines schwachen Magnetfeldes in Richtung der Achse des Bogens kann die Entladung besser lokalisiert und der Gasdruck noch weiter erniedrigt werden, so daß Zerstäubungen im Druckbereich von IO Torr möglich sind· Die Plasmazerstlubung hat in der Dünnschichttechnik zunehmend eingang gefunden»to reduce the number of sputtered atoms on the filling gas and thus to increase the intensity of the ventilation. With help of a weak magnetic field in the direction of the axis of the arc the discharge can be localized better and the gas pressure lowered even further, so that atomization in the pressure range of 10 Torr is possible. Plasma atomization has found increasing acceptance in thin-film technology »
Bei der Ionenstrahlmethode werden die Ionen in einer Ionenquelle erzeugt, im Vakuum beschleunigt und auf das zu aer-311I übe ad e Target geschossen. Die meisten heute verwendeten Quellentypen arbeiten mit Bogenentladungen, au3 denen die Ionen mit Hilfe spezieller Elektrodensysteme extrahiert we ΓΙ den. Weit verbreitet ist die Duoplasmatronquelle. Die wesentlichen Teile dieser Quelle sind die Heißkatode, die Zwischenelektrode, die Anode und die Absaugelektrode. Zwischenelektrode und Anode sind gleichzeitig die Magnetpole des zur Kompression des Plasmas dienenden Magnetfeldes. Zur Fukusaierung des Ionenstrahles dient ein Linsensystem, das am Ausgang der Quelle angeordnet ist. Eine wesentliche Erhöhung des Ionenstromes auf dem Target laßt sich mit Hilfe einer modifizierten Form des Duoplasmatron erreichen. Es handelt sich dabei um die Einführung einer zusätzlichen Anode, mit deren Hilfe der Entladungsbogen durch die relativ große Emissionsöffnung der Quelle gezogen werden kann. Neben dem Duoplasmatron können auch Hochfrequenz- oder Penning-Ionen- f quellen zur Ionenerzeugung verwendet werden. Ein Problem, das bei allen Quellen auftritt, ist die Abnutzung von Elektrodenteilen in der Quelle während des Betriebes und damit verbunden die Verschmutzung des Targets und der z.B. herzustellenden Schichten. Es handelt sich hierbei um-Zerstäubungsprozesae in der Quelle, deren Intensität sehr stark von der Entladungsspannung abhängt. Beispielsweise-werden für den Betrieb von Kaltkatoden-Penningquellen relativ hohe Bogenapannungen benötigt und dementsprechend starke Katodenabtragungen beobachtet. Verschmutzungseffekte dieser Art kann man zwar durch magnetische Ablenkung des Ionenstrahles ausschalten, jedoch muß man damit einen erheblichen apparativen Mehraufwand in Kauf nehmen. Unter diesem Gesichtspuükt WJWt mim y^4en ,verachiodenen. qaölLentypen zurIn the ion beam method, the ions are generated in an ion source, accelerated in a vacuum and shot at the target to be aer-31 1 I via ad e. Most of the source types used today work with arc discharges, from which the ions are extracted with the help of special electrode systems. The duoplasmatron source is widespread. The main parts of this source are the hot cathode, the intermediate electrode, the anode and the suction electrode. The intermediate electrode and anode are at the same time the magnetic poles of the magnetic field used to compress the plasma. A lens system, which is arranged at the exit of the source, serves to focus the ion beam. A substantial increase in the ion current on the target can be achieved with the aid of a modified form of the duoplasmatron. This involves the introduction of an additional anode, with the help of which the discharge arc can be drawn through the relatively large emission opening of the source. In addition to the duoplasmatron also high frequency or Penning ion f can swell be used for ion generation. A problem that occurs with all sources is the wear and tear of electrode parts in the source during operation and the associated contamination of the target and the layers to be produced, for example. These are sputtering processes in the source, the intensity of which depends very much on the discharge voltage. For example, relatively high arc voltages are required for the operation of cold cathode Penning sources and correspondingly strong cathode erosion is observed. This kind of pollution effects can be eliminated by magnetic deflection of the ion beam, but this means that considerable additional expenditure on equipment has to be accepted. Under this point of view, WJWt mim y ^ 4en, verachiodenen. qaölLtypen for
Durchführung von Ionenzerstäubungen beispielsweise zur Herstellung dünner Schichten hoher Qualität solche Quellen, die eine relativ geringe Verschmutzung verursachen, z.B. Quellen mit kleinen Entladungsspannungen.Carrying out ion sputtering, for example for manufacturing thin layers of high quality those sources that cause relatively little pollution, e.g. springs with small discharge voltages.
Bei der.Plasmaserst!übung arbeitet man mit hohen Bogen- strSmen bei kleinen Bogenspannungen und relativ zur Ionenstrahleerstäuhung mit kleinen Target-Zerstäubungsspannungen. .für die lonenstrahlBerstäubung benötigt man zur Extraktion und Beschleunigung höhere Spannungen, dagegen für die Speisung des Sntladungebogene in der Quelle geringere Ströme bei etwas höheren Bogenspannungen, Zur Durchführung von tfF-Plasmftterstäubungen wird susätzlich oder auch ausschließlich ein HF-Sender mit einem geeigneten Anpassungsglied an das gewählte Elektrodensystem benötigt. In Ionenstrahlapparat ure n werden während des Betriebes nur die Quelle und das Target aufgeheizt. Dementsprechend brauchen nur diese beiden Teile·gekühlt «u werden. D,er Druck im Rezipienten wird so klein gehalten, daß am Absäug- und Linsensystem keine elektrischen Überschläge auftreten. Zur Durchführung der verschiedenen Verfahren benötigt man entsprechende unterschiedliche Stromversorgungseinheiten.In the first plasma exercise, one works with high arc currents with low arc voltages and, relative to ion beam atomization, with low target atomization voltages. .for the lonenstrahlBerstäubung are required for extraction and acceleration higher voltages, on the other hand for supplying the Sntladungebogene in the source lower currents at somewhat higher arc voltages, to carry out TFF Plasmftterstäubungen is susätzlich exclusively an RF transmitter with a suitable adapter member to the or selected electrode system is required. In the ion beam apparatus only the source and the target are heated during operation. Accordingly, only these two parts need to be "cooled". D, the pressure in the recipient is kept so low that no electrical flashovers occur on the suction and lens system. Corresponding different power supply units are required to carry out the various processes.
Die bekannten Vorrichtungen und Anlagen zur Ionenserstäubung haben den Kachteil, da3 sie entweder speziell für die Plasmazeretäubung oder für die IonenstrahlzerstSubung gebaut sind und damit nicht vielseitig genug angewendet werden können· Eine Vorrichtung, mit der man ohne Veränderung der Elektrodenanordnung im Rezipienten unter Benutzung der gleichen Stromversorgungeeinheit wahlweise die Flasmazeretäubung oder die Ionenstrahlseretäabung durchführen kann, ist nicht bekannt. Da aber beide Methoden auf Grund ihrer unterschiedlichen Anwendungsbereiche sich gegenseitig wertvoll ergänzen, würde eine solche Vorrichtung ein vielseitig anwendbares Zerstäubungssystem darstellen, mit dem man eine separate Zerstlubungsapparatur und eine extra Stromversorgung einsparen könnte. Will man aus ökonomischen Grinden bereits vorhandene komerzielle Hochvakuumpumpe! :inde für ZerstSubungsexperimeate einsetzen, so erfordert die Anpassung The known devices and systems for ion atomization have the disadvantage that they are built either specifically for plasma atomization or for ion beam atomization and thus cannot be used in a versatile enough way.A device that allows you to use the same power supply unit without changing the electrode arrangement in the recipient is not known to be able to perform either the plasma deadening or the ion beam deadening. However, since both methods complement each other in a valuable way due to their different areas of application, such a device would represent a versatile atomization system with which one could save a separate atomization apparatus and an extra power supply. If you want an existing commercial high vacuum pump for economic reasons! : use inde for atomization experiments, requires adaptation
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des aasgewählten Zerstäubungssystems an den Pumpstand in 'der Regel umfangreiche apparative Veränderungen und Ergänzungen. Die Möglichkeit einer einfachen Anpassung eines solchen kompakten Zeratäubungasystems an beliebige komerzielle Hochvakuurnapparaturen, auch an solche kleiner Pumpleistung, ist mit den bekannten Anlagen nicht* realisierbar.of the selected atomization system to the pumping station in '' Usually extensive equipment changes and additions. The possibility of a simple adaptation of such a compact inhalation system to any commercial High vacuum equipment, including such low pumping power, cannot * be implemented with the known systems.
Auf Grund der höheren Zerstäubüngsintensität werden heute in der Technik hauptsächlich Plasma-Zerstäubungsapparaturen eingesetzt. Ihr Nachteil ist, daß im Zerstäubungsraum ein Inertgasdruck von mindestens 10 Torr aufrechterhalten werden muß, was z.B. bei der Herstellung dünner Schichten zu Gaseinschlüssen in den Schichten und damit zu einer Be- ' eint rächt igung der Qualität führen, kann. Wegen der günsti- W geren Vakuumbedingungen und der damit verbundenen besseren apparativen Kombinationemöglichkeiten (Widerstandsverdampfung, Elektronenstrahlverdampfung, Xonenstrahlzerstäubung) besitzt das Verfahren der Ionenstrahlzerstäubung einen breiteren Anwendungsbereich in der Technik. Die Vorrichtungen, die bis jetzt, dazu entwickelt wurden, liefern jedoch zu geringe Ionenströme auf dem Target und damit z.B. für eine serienmäßige Herstellung dünner Schichten zu geringe Aufwachsraten. Due to the higher atomization intensity, plasma atomization devices are mainly used in technology today. Their disadvantage is that an inert gas pressure of at least 10 Torr must be maintained in the atomization chamber, which, for example, can lead to gas inclusions in the layers when producing thin layers and thus to a deterioration in quality. Because of the favorable W Geren vacuum conditions and improved apparatus Kombinationemöglichkeiten associated (resistive evaporation, electron beam evaporation, Xonenstrahlzerstäubung) has the process of ion-beam sputtered a broader scope in the art. The devices that have been developed up to now, however, deliver too low ion currents on the target and thus, for example, growth rates that are too low for the serial production of thin layers.
Zweck der Erfindung ist es, für die physikalische Forschung und für die Technik ein vielseitig einsetzbares lonenzeretäÜbungssystem zu schaffen, mit dessen Hilfe die angeführ- f ten Mängel überwunden werden können.Purpose of the invention is to provide a versatile lonenzeretäÜbungssystem for physics research and for the technique angeführ- f th shortcomings can be overcome with the aid of.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der man wahlweise die beiden Verfahren
der Ionenzerstäubung, die Plasma- und die lonenstrahlzerstäubung,
in einer Vakuumapparatur unter Benutzung der •gleichen Stromversorgungseinheit durchführen kann,
die Vorrichtung als komplettes Zerstäubungssystem so aus- zuführen, daß ein Anschluß an komerzielle Vakuumapparaturen
ohne Einschränkung ihrer sonstigen Funktionsweise möglich ist und
im Ionenstrahlbetrieb,den Ionenstrom auf dem Target zuThe invention is based on the object of developing a device with which the two methods of ion sputtering, plasma and ion beam sputtering, can be carried out in a vacuum apparatus using the same power supply unit, and the device can be implemented as a complete sputtering system that a connection to commercial vacuum equipment is possible without restricting its other functionality and
in ion beam mode, the ion current on the target increases
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erhöhen, damit diese Methode ökonomischer als bisher für die Herstellung dünner Schichten eingesetzt werden kann.increase to make this method more economical than before for the production of thin layers can be used.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein kompaktes Entladungssystem, das in einer Kombination sowohl Bauteile zur Durchführung der Ionenstrahlzerstäubung als auch der Piasinazerstäubung besitzt, an einem Hochvakuumpumpstand angeordnet ist, in dem sich das Target mit der zu zerstäubenden Substanz befindet und zur Stromversorgung jeweils die gleiche Stromversorgungseinheit vorgesehen ist. Das kompakte Sntladungssystem ist durch eine Elektrodenanordnung, vorzugsweise vom Finkelstein-Typ gekennzeichnet, die von einem doppelwandigen gekühlten Zylinder aus nichtferromagnetischem Material umgeben ist. Es steht mit einem besonderen Absaugsystem, das als separat justierbare Einheit aus Gegenkatode, Isolierzylinder, Absaug- und Schutzelektrode aufgebaut ist, in Verbindung. Als Elektrodenzuführungen für Heizkatode und Anode sind polierte Metallstäbe, die von Buchsen aus flexiblem elektrisch isolierendem Dichtungsmaterial, vorzugsweise Viton, umgeben sind, vorgesehen. Sie stehen in Kontakt zum Kühlkreislauf, besitzen in einer Abschlaßplatte, die das Kühlmittel nach aa3en abdichtet, eine zweite Führung und werden von dieser Platte mittels Glasröhrchen in die Einfassung der Buchsen gedrückt. Die Gegenkatode besteht aus zwei Scheibenringen aus ferromagnetischem Material und einem.Einsatz aus hoch- « schmelzendem Blech, der mehrere voneinander getrennte runde oder eckige Lacher besitzt und durch' Verschraubung der beiden öcheiben festgeklemmt wird. Die glockenförmige Absaugelektro^de besitzt einen hutförmigea Einsatz aus hochschmelzendem Blech, vorzugsweise Tantal, mit der gleichen Anzahl und geometrischen Anordnung von Löchern wie die Oegenkatode, der auf dem Einsatz der Gegenkatöde justiert und mittels Stellring festgeklemmt ist. Am Ausgang des Absaugsysteras sind eine oder mehrere kegelförmige Schutzelektroden aus hochschmelzendem Blech mit geringem Wärmekontakt zueinander und zur Absaugelektrode befestigt. Zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes ist in' dem iüntladungsraum eine SpuleAccording to the invention the object is achieved in that a compact discharge system, which in a combination both Components for carrying out the ion beam sputtering as also possesses the Piasina atomization, is arranged on a high vacuum pumping station in which the target with the substance to be atomized is located and the power supply the same power supply unit is provided in each case. The compact discharge system is characterized by an electrode arrangement, preferably of the Finkelstein type characterized by a double-walled cooled cylinder made of non-ferromagnetic Material is surrounded. It is available with a special suction system that works as a separately adjustable unit is made up of a counter cathode, insulating cylinder, suction and protective electrode, in connection. As electrode leads for the heating cathode and anode are polished metal rods, which are made of flexible electrically insulating sockets Sealing material, preferably Viton, are surrounded, provided. You are in contact with the cooling circuit, own in a drain plate, which the coolant after aa3en seals, a second guide and are taken from this Insert the plate into the socket surround by means of a glass tube pressed. The counter cathode consists of two disc rings made of ferromagnetic material and one. Melting sheet metal, which has several separate round or angular puddles and by 'screwing the two oil washers is clamped. The bell-shaped suction electrode has a hat-shaped insert made of high melting point Sheet metal, preferably tantalum, with the same number and geometrical arrangement of holes as the Oegenkatode, which is adjusted to the insert of the counter cathode and clamped by means of an adjusting ring. At the outlet of the suction hysteresis are one or more conical protective electrodes made of high-melting sheet metal with little thermal contact to one another and attached to the suction electrode. To create a axial magnetic field is a coil in 'the discharge space
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mit einem Eisenmantel zwischen der Metalleinfassung angeordnet, die im Kontakt zum Kühlkreislauf steht. 2ur Anpassung an den zur Verfügung stehenden Pumpstand sind die Einsätze in Gegerikatode und Absaugelektrode auswechselbar, je nach Saugleistung und gewünschtem Druck, bei dem die Zerstäubung stattfinden soll.. Die Anzahl der Löcher in den Einsätzen sind unter Beibehaltung von Durchmesser und Abstand variierbar.arranged with an iron jacket between the metal frame, which is in contact with the cooling circuit. 2 for adjustment The inserts are on the available pumping station exchangeable in counter electrode and suction electrode, each according to suction power and desired pressure at which atomization should take place .. The number of holes in the inserts can be varied while maintaining the diameter and spacing.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß ein Zerstäubungssystem zur Verfügung gestellt wird, mit dem wahlweise nach der Plasmamethode zerstäubt werden kann, wobei man die für die Technik erwünschten hohen Zerstäubungsintensitäten erreicht oder nach der Ionenatrahlmethode, womit man bes- ^ sere Vakuumbedingungen und günstigere Voraussetzungen zur Kombination mehrerer Verfahren, z.B. zur Herstellung dünner Schichten erhält. Die erfindungsgemäße Lgsong besitzt ferner den Vorteil einer einfachen Anpassung an komerzielle Hochvakuumapparaturen ohne Einschränkung der Funktion ihrer Innenaufbauten. Sie erlaubt die Untersuchung physikalischer Grundlagenprobleme mit geringem apparativen Aufwand.The advantages of the invention are that an atomization system is made available, with which the plasma method can optionally be atomized, whereby the high atomization intensities desired for the technology achieved or according to the ion beam method, which is ^ sere vacuum conditions and more favorable conditions for Combination of several processes, e.g. for the production of thinner Layers received. The Lgsong according to the invention also has the advantage of a simple adaptation to commercial high vacuum equipment without restricting the function of their Interior structures. It allows the investigation of physical Fundamental problems with little expenditure on equipment.
Die Erfindung soll nachstehend an einear Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:
Fig. 1: die Zerstäubungsvorrichtung,Fig. 1: the atomizing device,
Fig. 2: das EntladungssystemFig. 2: the discharge system
Fig· 3; die Elektrodeneinsätze zur EmissionFig. 3; the electrode inserts for emission
der Ladungsträger.the load carrier.
Die Zerstäubungsvorrichtung besteht aus einem kompakten Entladungssystem 1, das an einen Glasrezipienten 2 oder Über einen Isolator 3 an einen Metallrezipienten 4 angeschlossen werden kann und dem Target 5, das die zu zerstäubende Substanz enthält und im Reaipienten positioniert wird, beispielsweise in flg. 1 zur Herstellung von dünnen Schichten ' auf einem darüber befindlichen Substrat β* Bin wesentlicher Teil der Vorrichtung ist das iäntladuagssystem, 4as in Fig. 2 gesondert dargestellt ist. Dieses System kaim wahlweise als Ionenquelle axt Ionenbeschleunigung «ar Ionenstrahl sserstäu-The atomization device consists of a compact discharge system 1, which can be connected to a glass recipient 2 or via an insulator 3 to a metal recipient 4 and the target 5, which contains the substance to be atomized and is positioned in the reagent, for example in Fig. 1 for production of thin layers on a substrate located above it. An essential part of the device is the charging system, which is shown separately in FIG. This system can optionally be used as an ion source ax ion acceleration.
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bung im Hochvakuum oder als "Ionisationskammer zur Aufrechterhaltung einer Entladung in verdünnter Gasatraosphäre am Ausgang der Vorrichtung zur Plasmazerstäubung eingesetzt werden. Es besteht aus einem Doppelzylinder 7 aus nichtmagnetischem Werkstoff ι der aus einem s'tück hergestellt Und im Durchfluß gekählt ist. Der äußere Zylinder schließt mit einem Flansch 8 ab, womit die Vorrichtung vakuumdicht an einen Hochvakuum-Pumpstand angeschlossen werden kann.Exercise in a high vacuum or as an "ionization chamber for maintenance a discharge in a dilute gas atmosphere at the outlet of the device for plasma atomization will. It consists of a double cylinder 7 made of non-magnetic material which is made from one piece And is chilled in the flow. The outer cylinder closes with a flange 8, making the device vacuum-tight can be connected to a high vacuum pumping station.
' Im inneren Zylinder befindet sich der Ionisationsraum 9 mit einem Elektrodensystem, das in seiner Anordnung dem der Ionenquelle vom Finkelstein-Typ entspricht. Mit Hilfe einer geheizten Katode 10, einer zylinderförmigen Anode 11, einer Gegenkatode 12 und einem parallel zur Zylinderachse angelegten Magnetfeld wird in diesem Raum .eine Bogenentladung aufrechterhalten. Das Magnetfeld wird von einer Spule 13 erzeugt, die zwischen den beiden Zylindern in Kontakt zum Kühlkreislauf steht und von einem Eisenmantel 14 eingefaßt ist, der eine Verstärkung des Feldes im lonisationsraum bewirkt. Als Blektrodenzuführungen dienen polierte Kupferstäbe 15. Ihre Abdichtung gegen das Vakuum erfolgt mit Hilfe von Buchsen 16 aus flexiblem elektrisch isolierendem Dichtungsmaterial', vor«ugsweise Viton. Die Elektrodenatäbe besitzen eine zweite Führung in der Abschlußplätte 17, die das Kühlmittel nach außen abdichtet. Die Elektrodenatäbe und ein in der liitte'eingesetztee Röhrchen 18, das zum Gaeeinlaß dient, sind von Glasröhrchen 19 umgeben, die beim Anschrauben der Abschlußplatte an den Flansch sämtliche Dichtungsbuchsen andrücken. Die Glasröhrchen sind an zwei Stellen geschlitzt, so daß die Elektrodenstäbe im Durchfluß gekühlt werden. Der Einsatz für den Kühlmittelzulauf 20 ist über einen flexiblen Schlauch 21 mit einem im Eisenaiantel der Magnetspule befindlichen Röhrchen, verbunden, aus dessen Ende das Kühlmittel ausströmt und über den Ausflußstutzen 22 abgeleitet wird.The ionization space 9 is located in the inner cylinder an electrode system the arrangement of which corresponds to that of the Finkelstein-type ion source. With the help of a heated cathode 10, a cylindrical anode 11, a counter cathode 12 and a parallel to the cylinder axis applied Magnetic field is maintained in this space, an arc discharge. The magnetic field is generated by a coil 13, which is in contact with the cooling circuit between the two cylinders and is surrounded by an iron jacket 14, which causes a strengthening of the field in the ionization space. Polished copper rods 15 serve as lead electrodes. They are sealed against the vacuum with the help of sockets 16 made of flexible electrically insulating sealing material ', preferably Viton. Own the electrode rods a second guide in the end plate 17, which seals the coolant to the outside. The electrode rods and an in the inserted tube 18, which is used for the gas inlet, are surrounded by glass tubes 19, which press all sealing bushings when screwing the end plate onto the flange. The glass tubes are slit in two places so that the electrode rods are cooled in the flow. Of the Use for the coolant inlet 20 is via a flexible Hose 21 connected to a tube located in the iron casing of the magnetic coil, from the end of which the coolant is discharged flows out and is discharged via the outflow nozzle 22.
, Zum Entladungssystem gehört ferner die Elektrodenanordnung, die zur Absaugung und Beschleunigung der Ladungsträger dient. Be handelt sich um eine separat justierbare Einheit aus Gegenkatode 12, Isolierzylinder 231 Absaugelektrode 24 und The discharge system also includes the electrode arrangement, which is used to extract and accelerate the charge carriers. Be is a separately adjustable unit consisting of counter cathode 12, insulating cylinder 231 and suction electrode 24
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,Schutzelektrode 25, die als Ganzes an die gekühlte Metallei'nfassung angeschraubt ist. Die Gegenkatode 12 besteht aus zwei Scheibenringen aus ferromagnetischem Material und einem Einsatz 26, vorzugsweise aus Wolfram, in Form einer dünnen Scheibe, die durch Verschrauben der beiden Scheibenringe festgeklemmt wird. Dieser Einsatz ist siebförmig ausgebildet. Sr besitzt mehrere voneinander getrennte Löcher, durch welche die Emission der Ladungsträger erfolgt. Der Durchmesser des Emissionssiebes wird nicht größer ausgebildet als der Querschnitt der Heizkatode 10, da der Entladungsbogen in einer Säule über der Heizkatode brennt und eine maximale Ladungsträgeremission nur in diesem Bereich erzielt werden kann. Die Absaugelektrode 24 ist glockenförmig ausgebildet und besitzt im Zentrum einen Einsatz 27, vorzugsweise aus Tantal, der hutförmig gebogen ist und in der Mitte die gleiche Anzahl und geometrische Anordnung von Löchern besitzt, wie die Gegenkatode 12. Der Einsatz wird so justiert, daß beide Lochsysteme genau übereinstimmen. Zar Befestigung dient ein Stellring 28, der von der Innenseite her ange- ' schraubt wird. In dieser Anordnung können die Einsätze gut justiert und bei Abnutzung leicht ausgewechselt werden. Der Isolierzylinder 23 zwischen Gegenkatode 12 und Absaugelektrode 24, vorzugsweise aus Keramik, legt die minimale Distanz der beiden Elektroden fest. Mit Hilfe zusätzlicher Distanzringe 29 wird der günstigste Elektrodenabstand ein- f gestellt. An der Absaugelektrode 24 befestigt und mit ihr leitend verbunden sind ein oder mehrere kegelförmige Schutzelektroden 25, vorzugsweise aus Tantal, die im Falle der Plasmazerstäubung von Elektronen stark aufgeheizt werden. Die Spannung erhält das Absaugsystem über eine Hochspannungsdurchführung 30 durch den Flansch der Vorrichtung. Bei Anwendung der Vorrichtung zur Ionenstrahlzerstäubung im Hochvakuum werden die Absaugelektrode 24 auf Erdpotential gelegt und die Ionen auf kurzer Distanz auf die gewünschte Zerstäubungsenergie beschleunigt. Zur Durchführung der Plasmazerstäubung erhält die Absaugelektrode 24 gegenüber der Gegenkatode 12 ein positives Potential. Dadurch werden Elektroden extrahiert und anschließend im Raum zwischen der, Protective electrode 25, which is screwed as a whole to the cooled metal lead. The counter-cathode 12 consists of two disk rings made of ferromagnetic material and an insert 26, preferably made of tungsten, in the form of a thin disk, which is clamped by screwing the two disk rings. This insert is designed in the shape of a sieve. Sr has several separate holes through which the charge carriers are emitted. The diameter of the emission screen is not made larger than the cross section of the heating cathode 10, since the discharge arc burns in a column above the heating cathode and maximum charge carrier emission can only be achieved in this area. The suction electrode 24 is bell-shaped and has an insert 27 in the center, preferably made of tantalum, which is bent into the shape of a hat and in the middle has the same number and geometric arrangement of holes as the counter cathode 12. The insert is adjusted so that both hole systems match exactly. An adjusting ring 28, which is screwed on from the inside, is used for fastening. In this arrangement, the inserts can be adjusted well and easily replaced when worn. The insulating cylinder 23 between the counter cathode 12 and the suction electrode 24, preferably made of ceramic, defines the minimum distance between the two electrodes. With the aid of additional spacer rings 29, the most favorable distance between electrodes is switched found f. Attached to the suction electrode 24 and conductively connected to it are one or more conical protective electrodes 25, preferably made of tantalum, which are strongly heated by electrons in the case of plasma atomization. The suction system receives the voltage via a high-voltage bushing 30 through the flange of the device. When using the device for ion beam atomization in a high vacuum, the suction electrode 24 is placed on earth potential and the ions are accelerated over a short distance to the desired atomization energy. In order to carry out the plasma atomization, the suction electrode 24 receives a positive potential in relation to the counter cathode 12. This will extract electrodes and then place them in the space between the
009818/11U009818 / 11U
Schutzelektrode 25 und dem Target 5 reflektiert. Wird der Gasdruck erhöht, so entsteht hier eine Gasentladung, aus welcher die Ionen vom Target abgesaugt werden* Bei beiden Zerstäubungsverfahren, befindet sich die Metalleinfassung mit dem Ionisationsraum auf Hochspannungspotential und das Target auf Srdpotential, lediglich die Äbsaugelektrode besitzt unterschiedliche Polarität.Protective electrode 25 and the target 5 reflected. Will the gas pressure increased, a gas discharge occurs here, from which the ions are sucked from the target * With both Sputtering process, the metal surround is located with the ionization room on high voltage potential and that Target at Srdpotential, only has the suction electrode different polarity.
Die Anpassung der Zerstäubungsvorrichtung an den jeweils zur Verfügung stehenden Vakuumpumpstand erfolgt mit Hilfe leicht auswechselbarer Elektrodeneinsätze (Fig. 3). Je nach Saugleistung des Pumpstandes und gewünschtem Druck, in dem die Zerstäubung stattfinden soll, wird die Anzahl der Löcher* in den Einsätzen und damit die Gesamtemissionsöffnung variiert. Lochdurchmesser und Lochabstand bleiben· unverändert, so daß die Pokussierungseinstellung, die besonders bei kleiner Ionenabsaugspannung kritisch ist, erhalten bleibt.The adaptation of the atomizing device to the respective available vacuum pumping station takes place with the help of easily exchangeable electrode inserts (Fig. 3). Depending on Suction power of the pumping station and the desired pressure in which the atomization is to take place, the number of holes * in the inserts and thus the total emission opening varies. Hole diameter and hole spacing remain unchanged, so that the focusing setting, which is particularly useful for smaller Ion extraction voltage is critical, is maintained.
OO9Ö16/11UOO9Ö16 / 11U
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