DE1960641A1

DE1960641A1 - Hochfrequenz-Zerstaeubungseinrichtung

Info

Publication number: DE1960641A1
Application number: DE19691960641
Authority: DE
Inventors: Jackson Geoffrey Norman
Original assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Current assignee: Edwards High Vacuum International Ltd
Priority date: 1968-12-12
Filing date: 1969-12-03
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR2026021A1; GB1284224A

Description

PATENTANWÄLTE

dr. W. Schalk · dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEINHOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

GR. ESCHENHEfMER STRASSE 39

1. Dezember I969
PW/Ar

EDWAEDS HIGH VACUUM
ÜBERNATIONAL LBIITED
Manor Royal
Crawley, Sussex, England

Ho chfre quenz-Zers täubungs e inrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenz-Zerstäubungseinrichtung.

Die Erfindung geht von einer Hochfrequenz-Zerstäubungsvorrichtung aus, bei der innerhalb einer evakuierbaren Kammer mindestens eine Target-Elektrode (Prallelektrode) vorgesehen ist, an die während des Betriebs eine Hochfrequenz-Spannung angelegt wird. Erfindungsgemäss ist die aktive Vorderfläche der Target-Elektrode ein Rechteok mit einer Länge, die grosser als seine Breite ist, wobei eine Vorrichtung zum Abtasten bzw. zum Vorbeischieben eines die Unterlage oder das Werkstück tragenden Trägers an der Target-Elektrode vorbei in Querrichtung zu deren aktiver Vorderseite vorgesehen ist und ein Erzeuger für ein Magnetfeld vorgesehen ist, das im Bereich der Elektrode wirksam ist.

Die aktive Elektroden-Vorderfläche ist vorzugsweise mehrmals so lang als sie breit ist, z. B, fünfmal so lang. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass durch Verschieben der Unterlage quer zur Streifenlängsrichtung einer solchen Elektrode mit streifen- oder bandartiger Bauart gewährleistet wird, dass einer relativ kleinen Hache der Target-Elekbrode eine grosee Fläche der Oberfläche der Unterlage bzw. des Werkstücks dargeboten wird. Einrichtungen, bei denen ortsfeste Unterlagen verwendet werden, haben den Nachteil, dass der Targetbereich der Elektrode für ge-

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wohnlich grosser oder mindestens ebenso gross wie die Flache der Unterlage sein muss, wodurch offensichtlich kostspieligere 'i'arget-Elektroden mit weniger guter Raumausnützung erforderlich werden» Auch wird die Gleichmässigkeit des Niederschlags des zerstäubten Materials vermindert oder gestört, wenn Unterlagen bzw. Werkstücke in Querrichtung an dem grösseren Teil der Länge der Target-Elektrode vorbeigehen, weil dann jede Unterlage während der gleichen Zeitspanne und/oder gleichzeitig der gleichen Bäche der Target-Elektrode, des sog. Targets gegenübersteht und ausgesetzt ist. Es ergibt sich zwar eine gute Gleichmkssigkeit des Niederschlags auf einer Unterlage entlang ihrer relativen Drehrichtung, (d.h.

^ in Querrichtung zur Elektrode), jedoch nimmt die GleichmLs sigkeit· in der dazu senkrecht verlaufenden bzw. in lotrechter Richtung nach den Enden des Targets zu ab» Jedoch wird diese Ungleichmüssigkeit bzw. diese Abnahme der GIeichmLssigkeit durch die Anwendung eines magnetischen Feldes so gering wie möglich gehalten, durch das die Abnahme der GIeichmi.ssigkeit an den Enden des Targets verringert wird. Das Magnetfeld verbessert auch die Geschwindigkeit bzw. die in der Zeiteinheit erfolgende Menge der Ablagerungj es kann durch eine Wicklung erzeugt werden, die entweder die Vakuumkammer umgibt oder nahe den Elektroden lotrecht, oder senkrecht zu diesen angeordnet ist. In beiden Fällen ist eine Feldstärke von etwa 100 Gauss in der Mitte der Wicklung zweckentsprechend. Da die Verwendung des magnetischen Feldes Kosten bereitet, die beträchtlich mit der erforderlichen Fläche zunehmen, wird dadurch, dass die Unterlage bzw. das Werk-

P stück an einer streifenförmigen Elektrode vorbei abgetastet wird, gewährleistet, dass diese Kosten gleichfalls gering gehalten werden.

Das zu verwendende Elektrodensystem kann in jeder beliebigen geeigneten Bauart ausgeführt sein, z.B. als rechteokige Einzelelektrode in einem geerdeten bzw» mit Masse verbundenen Dioden-System, oder eine Anordnung von zwei rechteckigen Elektroden in einem nicht geerdeten System. Die letztgenannte Anordnung ist zu bevorzugen, und in diesem Falle werden zwei nicht geerdete bzw. nicht mit Masse verbundene Elektroden, die reohteckiga aktive Vorderseiten haben, nebeneinander angeordnet, wobei die Hochfrequenz-Energiequelle zwischen den Elektroden so an diese angelegt wird, dass eine Entladung in der Gegenwart des Magnetfeldes aufrecht er-'halten wird. Eine der Elektroden der vorgenannten Bauart ist in der mit •Antrag vom 28. November 19^9 eingereichten deutschen Patent- bzw,

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Gebrauchsmusteranmeldung der gleichen Anmelderin, mit dem Titel "Elektrode mit Abschirmung, insbesondere für mit Hochfrequenz arbeitende Zerstäubungsvorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung" beschrieben und entspricht der britischen Patentanmeldung 57 076/68 vom 2. Dez.. I968.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind sowohl die Einzelelektrode (oder das Elektrodenpaar) als auch der !Träger der Unterlage bzw. des Werkstücks lotrecht angeordnet. Es hat sich herausgestellt, dass diese Anordnung von beträchtlichem Vorteil ist, wenn ein sehr reiner Film des Niederschlages auf einer Unterlage verlangt wird, da bei dieser Anordnung die Gefahr der Ablagerung irgendwelchen Schmutzes oder Staubes auf der Unterlage oder dem Target auf ein Minimum herabgesetzt wird· liie waagrecht angeordneten Elektroden und xargets, die früher oft verwendet wurden, haben den Nachteil solcher Ablagerungen.

Es ist ferner von Vorteil, die Unterlage entlang einer kühlen oder gekühlten Oberfläche oder solchen Flächen abzutasten, (z.B. der Wandung der Vakuumkammer, die wassergekühlt sein kann). Es hat sich gezeigt, dass die Unterlagen b^w. ϊ/erkstücke während des Zerstäubungsprozesses innerlich erhitzt werden und dass diese Wärmeeinwirkung die Unterlage und die Eigenschaften des Niederschlags schädigen kanne Kühlung durch Wärmeableitung (WLrmeleitung) von Substratträgern ist unzuverlässig, da man dazu ein thermisch gut leitendes Kontaktmedium, wie Fett benötigt und dessen ■anwendung in einem rein gehaltenen Vakuumsystem in jedem Falle unerwünscht ist. Ferner kann mun die Erwärmung zwar durch Herabsetzung der zugeführten Hochfrequenzenergie verringern, ist diese Massnahme aber gleichfalls unerwünscht, weil durch sie die Ablagerungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher ein im grossen und ganzen zylindrischer drehbarer Substratträger vorgesehen, der die Abtastung des Substrates bzw. der Unterlage, z.B. dessen Drehung, an der Elektrode oder den Elektroden vorbei und an einer gekühlten Oberfläche vorbei bewirkt, um den Niederschlag auf der Unterlage und darauf öeren Kühlung durch Abstrahlung herbeizuführen. Diese sum Wärmeaustausch dienende Oberfläche kann auch c-ine Fle-che eines Erhitzers sein, der im übrigen zur Vorbehandlung der Unterlage dient, während und/oder bevor der NiederijchDup erfolgt.

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nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung "beispielsweise anhand der Zeichnung "beschrieben, die schematisch eine erfindungsgemäss ausgeführte Hochfrequenz-Zerstäubungseinrichtung darstellt.

Die Zeichnung zeigt eine Vakuumkammer mit einer Grundplatte 1 und einer unvollständig dargestellten Abdeckung 2. Die Grundplatte hat eine erste oder mittlere Öffnung 3> die zum Anschluss einer Pumpenanlage dient, und besitzt eine Reihe von kleineren Öffnungen 4> durch die die Träger für zwei Hochfrequenz-Elektroden 5 und 6, deren Wasseranschlussleitungen und deren Speiseleitungen für die Hochfrequenzenergie hindurchgehen, die auf Rundfunkfrequenz abgestimmt sein kann. Wie zuvor erwähnt, können die Elektroden 5 und 6, die mit je einer geerdeten bzw. an Masse liegenden Abschirmung 7 bzw,. 8 versehen sind, in der Weise ausgeführt sein, wie dies in der mit Antrag der gleichen Anmelderin am 28. Eov. 19^9 eingereichten Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung beschrieben ist. Die Elektroden 5 und 6 sind lotrecht nebeneinander &o angeordnet, dass ihre Vorderflächen nach innen gegen den Träger einer Unterlage oder Trommel gerichtet sind, die mit 9 bezeichnet ist. Wenn eine Unterlage oder Unterlagen bzw. 7/erkstücke auf der Trägertromrnel 9 angebracht sind, befinden sich diese in einem Abstand von den Elektroden 5 und b, der viel geringer ist als die aktiven Längen der Elektroden und in typischen Fällen 2 bis 10 cm beträgt, wenn sich die Trägertrommel dreht und die Unterlagen bzw. Werkstücke beim Vorbeigang an den Elektroden zur- Abtastung bringt. Die Trommel kann durch eine (nicht gezeichnete) Antriebsvorrichtung in Drehung versetzt werden, die durch die Öffnung 3 der Grundplatte 1 in die Kammer hinein ragt.

An der Abdeckung 2/6der der Grundplatte 1 ist ein Elektromagnet 10 angebracht, der im Bereich des Niederschlags ein Magnetfeld erzeugt. Wie erwähnt hat dieses Feld in typischen Fällen eine Feldstärke von etwa 100 Gauss. Man kann ein zweckentsprechendes gleichmaseiges Feld durch Verwendung einer Wicklung erzeugen, die geformte Polstüoke besitzt, und anstelle eines Elektromagneten kann ein Dauermagnet verwendet werden*

Bei der Drehbewegung der Trommel werden die Unterlagen oder Werkstücke erst an den Elektroden vorbei geführt, um den niederschlag au er

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und dann an den Wandungen der Abdeckung 2 vorbei geführt, um Kühlung durch Abstrahlung herbeizuführen, wobei zu diesem Zweck ein Kühlmittel führende Rohre 11 vorgesehen sind. Ausserdem kann die Temperatur der Unterlage in geregelter Weise durch Strahlungsheizung gewünschtenfalls erhöht werden, die durch Heizelemente bewirkt wird, welche entlang der Innenseite der Abdeckung 2 verlegt sind· Ein solches Heizelement 12, das mit einem Strahlungsschirm 13 versehen ist, ist in der Zeichnung dargestellt«,

Auf die aktiven Yorderflachen der Target-Elektroden 5 und 6 kann Targetmaterial jeder beliebigen zweckentsprechenden Art aufgebracht werden» Dieses Targetmaterial kann aus siner Vielzahl von kleinen rechteckigen Materialstücken bestehen, deren grösste Kantenlänge jeweils etwa 2 cm grosser als die Breite der Elektrode 5 bzw. 6 ist, auf die die Stücke aufgebracht werden. Die Stücke können dann zur dachziegelartigen Abdeckung der Elektrode in der Weise dienen wie die Schieferplatten eines Daches angeordnet sind. Wie ersichtlich können die Targets an den Elektroden auch in anderer Art und Weise aufgebaut werden, die hauptsächlich von den physikalischen Eigenschaften des erforderlichen Targetmaterials abhängen.

In der Zeichnung ist zwar nur ein Paar von Elektroden dargestellt, nämlich ein Paar von nicht geerdeten Hochfrequenz-Elektrodenj indessen können zusätzliche Paare verwendet werden, wenn verschiedene Schichten unterschiedlichen Materials versprüht bzw. zerstäubt werden sollen. Statt dessen können alle Paare von Elektroden gemeinsam mit Energie gespeist werden, wenn- ein zusammengesetzter Film aus verschiedenen Materialien niedergeschlagen werden soll.

Es ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt ist und im Eahmen das Erfindungsgedankens andere Ausführungsformen möglich siad. Zum Beispiel können die Unterlagen einen einzigen Vorbeigang an der Elektrode oder den Elektroden ausführen wie bei einem System mit geradliniger Eelativbewegung. Bei einem solchen System kann der Träger der Unterlage bzw. des Werkstückes die Unterlage

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von der Atmosphäre her in die Kammer hinein und quer an der Elektrode oder den Elektroden vorbei und dann in die Atmosphäre zurück bringen, sofern die Einrichtung zweckentsprechend für einen fortlaufenden Transport der Unterlage in den Vakuumbereich hinein eingerichtet ist.

Bei einer anderen Einrichtung, die der dargestellten ähnlich ist, können die Elektroden innerhalb des Raumes des !Trägers der Unterlage oder innerhalb der Trommel angeordnet sein und mit ihren aktiven bleichen nach aussen zeigen und gegen nach innen zeigende Oberflächen der Unterlagen sprühen.

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Claims

IUTERIiATIOHAL LIKHED Manor Royal, Crawley, Sussex England Patent, bzw. Schutzansprüche

1. Hochfrequenz-Zer fcuubungseinrichtung mit mindestens einer innerhalb einer evakuierbaren Kammer angebrachten Target-Elektroäe, an die während des Betriebs der Einrichtung Hochfreq.uenzspannuiig angelegt wird, und mit eimern Träger für eine Unterlage oder ein Werkstück innerhalb dieser Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Vorderfläche der Target-Elektroöe (5 bzw. 6) ein Rechteck mit einer Länge ist, die grosser als seine Breite ist, und dass eine Vorrichtung zum Abtasten bzw,, zum Vorbeischieben eines die Unterlage oder das Werkstück ti- .;*<mden Trägers (9) an der 'l'arget-Elektrode vorbei in Verrichtung :u deren aktiver Vorderseite vorgesehen ist, und dass ein Erzeuger (10; für ein Magnetfeld vorgesehen ist, öas in: Bereich der Elektrode wirksam ist«

k. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da^b das Elektrodensystem aus zv.^:(i nicht geerdetem Elektroden besteht.

it KIi. richtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch _öeke im so lohnet, dass eine ".,'■-rmeaustauschf3 .«he (2) oder «Värmeaustausciij'lächen vorgesehen Sinfl* an denen entlang die Unterlage oder das Werkstück beim Betrieb der Einrichtung vor! _;i schiebbar ist und die; zur Erhitzung· öler Kühlung der Unterlage oder des Werkstücks dienen.

4. Einrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauschfläche aurch mindestens einen Teil der Innenwandung (2) der evakuierbaren Kammer gebildet wird.

5c Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4j dadurch gekennzeichnet, c?aßB mindestens eine Heizvorrichtung (1*0 im Innern der evakuierbaren Kammer vorgesehen ist und dazu dient, .jio Temperatur der Unterlage oder des Werkstück!; uurch W<.rmeuusstrahlung in geregelter Weiße zu erhöhen·

6. Einrichtung. i-"ci. eiücm der Jaisprüche 1 hin ^. darlurch ^kennzeichnet.

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flat-f, der 'ϊτ; ,-nr rar Unterlagr bo anf-Gordnet ist, dans die Unterlage

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oder das Werkstück einen Abstand von der Elektrode oder von den Elektroden besitzt, der geringer als die Länge der aktiven Elektrodenfläche der oder jeder der Elektroden ist.

7· Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d&duroh gekennzeichnet, dass der Träger (9) der Unterlage oder des Werkstückes zylindrische Gestalt hat und im Betrieb um seine Mittelachse derart drehbar ist, dass die Unterlage bzw. das Werkstück an der Elektrode oder den Elektroden (7» 8) vorbeigeschoben wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode oder. Elektroden (5i 6) und der Träger (9) der Unterlage oder des Werkstückes lotrecht angeordnet sind·

Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Θ, dadurch gekennzeichnet, dass das Target-Material, das an den aktiven Vorderflächen der Target-Elektrode oder Target-Elektroden angebracht ist, aus einer Mehrzahl von rechteckigen Stücken dieses Materials besteht.

Der Patentanwalt

00 98 27/1724

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