DE19924094A1 - Vakuumbogenverdampfer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vakuumbogenverdampfer, mit dem verschiedenste Substrate mit verschiedenen Beschichtungen versehen bzw. auf denen verschiedene Schichtsysteme aufgebracht werden können. Mit der Erfindung soll eine Verbesserung der Schichtqualität bei erhöhter Materialausnutzung und höherer Beschichtungsrate erreicht werden. Hierfür wird ein Vakuumbogenverdampfer mit in einem evakuierbaren Gehäuse angeordneter Kathode aus elektrisch leitendem Material und einer Anode zur Erzeugung eines Plasmas verwendet. Das Plasma wird mit einer Kathodenmaterialverdampfung durch Bogenentladung erzeugt. Die Anode ist mit einer Isolierung umschlossen und ansonsten allseitig von Kathodenmaterial umgeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumbogenverdampfer mit dem verschiedenste Substrate mit verschiedenen Beschichtungen versehen bzw. auf denen verschiedene Schichtsysteme aufgebracht werden können. So be­ schichtete Substrate können in den verschiedensten Gebieten der Technik verwendet werden. Die Beschich­ tungen können die mechanischen Eigenschaften von Bau­ teilen beeinflussen, bestimmte optische Effekte be­ wirken und z. B. auch für die Ausbildung von Struktu­ ren in der Halbleitertechnik eingesetzt werden.

Seit geraumer Zeit wird die Vakuumbogenentladung als Plasmaquelle zur Beschichtung von Substraten einge­ setzt. Dabei entstehen neben dem Plasma auch kleinste Partikel, die sogenannten Droplets. Diese sind auch in der fertigen Schicht enthalten und wirken sich nachteilig auf die Schichtqualität aus. Da die er­ zeugten Schichten Dicken im Nano- bis Mikrometerbe­ reich aufweisen ist auch die relativ geringe Größe dieser Partikel häufig störend.

Neue potentielle Applikationen stellen jedoch immer höhere Anforderungen an die Schichtqualität, insbe­ sondere bzgl. der elektrischen, elektronischen oder optischen Eigenschaften. Hierbei soll u. a. besonders auf die Miniaturisierungsbestrebungen der Halbleiter­ technik in den Nanometerbereich hingewiesen werden.

Da die Bildung der Partikel mit steigendem Bogen­ strom, bei erhöhter Geschwindigkeit der Brennfleckbe­ wegung auf der Kathodenoberfläche abnimmt, ist man bestrebt in diesem Bereich zu arbeiten. Dies bereitet aber Probleme, da die Brennfleckbewegung schwer kon­ trollierbar ist. Man hat sich bisher damit geholfen, die Bogententladung gepulst zu betreiben, d. h. einen gezündeten Bogen durch Absenkung des Bogenstromes zu löschen, bevor der Bogenfußpunkt sich über den Rand der Kathode hinaus bewegt hat und dann gepulst neu zu zünden (vgl. DD 280 338).

Um die Einbettung solcher relativ großformatiger Par­ tikel in solchen Schichten zumindest zu behindern und deren Anzahl zu verringern, wurden bisher Blenden, die gleichzeitig als Anode dienten oder Plasmafilter verwendet, die durch starke Magnetfelder verhindern sollen, daß diese Partikel das Substrat erreichen.

Die verwendeten Magnetfelder dienen dazu, die gelade­ nen Plasmabestandteile von den neutralen Partikeln zu separieren, wobei hierfür eine gekrümmte Führung in Richtung auf das Substrat benutzt wird und die neu­ tralen Partikel nicht dem gekrümmten Weg folgen.

Da die verwendeten Magnetfelder den Bogenstrom beein­ flussen, sind diesem Prinzip konstruktiv Grenzen ge­ setzt, so daß sich Beschichtungsmaterialverluste, durch unerwünschte Abscheidung an der Kammerwand, und demzufolge verringerte Beschichtungsraten nicht ver­ meiden lassen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Vakuumbogenver­ dampfer dahingehend zu verbessern, daß eine Verbes­ serung der Schichtqualität, bei erhöhter Materialaus­ nutzung und höherer Beschichtungsrate erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs­ formen und Weiterbildungen der Erfindung, lassen sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen, auch für Beschichtungsverfahren mit einem erfindungsgemäßen Vakuumbogenverdampfer erreichen.

Der erfindungsgemäße Vakuumbogenverdampfer verwendet in einem evakuierbaren Gehäuse die herkömmlichen Ele­ mente Kathode und Anode. Dabei ist die Anode jedoch so angeordnet, daß sie allseitig von der aus einem elektrisch leitenden Material, das zur Ausbildung der Beschichtung eines Substrates verdampft wird, be­ steht, umgeben ist. Selbstverständlich ist die Anode zur Kathode elektrisch isoliert, wofür sie mit einer Isolierhülse, z. B. aus Keramik, umschlossen ist.

Die Kathode kann in Form eines Kreisringes ausgebil­ det sein, in dessen Zentrum die Anode angeordnet ist. Die Kathodenoberfläche kann eben aber auch konkav bzw. konvex gewölbt sein.

Die Anode kann stabförmig ausgebildet sein und mit ihrer in Richtung auf das zu beschichtende Substrat weisenden Spitze über die Oberfläche der Kathode hin­ ausragen.

Das infolge der Bogenentladung erzeugte Plasma ge­ langt zu einem Substrat, das mit einer Schicht bzw. einem Schichtsystem versehen werden kann. Die Schicht kann aus dem Kathodenmaterial, z. B. einem Metall bzw. einer Legierung oder mittels zugeführtem Gas reaktiv als eine Verbindung eines Metalles (Nitride, Oxide) ausgebildet werden.

Es ist auch die Ausbildung eines Schichtsystems mit Einzelschichten aus verschiedenen Materialien her­ stellbar, die alternierend aufgebracht werden können.

Hierzu ist es möglich, eine segmentierte Kathode zu verwenden, bei der verschiedene Materialien lokal voneinander getrennt sind. So können auch ver­ schiedene Legierungen in einer Schicht abgeschieden werden oder es können beispielsweise reaktiv karbidi­ sche Schichten erhalten werden, wenn ein Segment der Kathode aus Kohlenstoff und ein anderes Segment aus einem karbidbildenden Metall besteht.

Der erfindungsgemäße Vakuumbogenverdampfer kann auch mit einem Plasmafilter betrieben werden, wobei sich die erfindungsgemäße Anordnung der Anode vorteilhaft zur Bündelung des Plasmas durch das verwendete Mag­ netfeld auswirkt.

Durch den verringerten Einfluß des Magnetfeldes auf das Plasma und den Bogenstrom kann ein geringerer Abstand des Magnetfeldes zur Kathode eingehalten wer­ den.

Zur Zündung der Bogenentladung kann mindestens eine Zündvorrichtung vorhanden sein, die in einem Abstand von der Anode auf der Kathode angeordnet sein kann. Insbesondere bei einer segmentierten Kathode können mehrere Zündvorrichtungen vorhanden sein. In jedem Fall sollten aber mehrere Zündvorrichtungen symme­ trisch zueinander und in Bezug zur Anode angeordnet sein.

Eine segmentierte Kathode kann mit ihren verschiede­ nen Segmenten beispielsweise acht- oder kleeblattför­ mig sein. Die Oberflächengröße der einzelnen Segmente muß nicht gleich sein, sondern sie kann in Abhängig­ keit von der materialspezifischen Bewegunsgeschwin­ digkeit der Kathodenbrennflecken oder der abzutragen­ den Materialmenge variieren. Sollen z. B. zwei ver­ schiedene Materialien in einem bestimmten Verhältnis von verschiedenen Segmenten zur Ausbildung einer Be­ schichtung abgetragen werden, kann die Summe der Im­ pulsdauer für die Vakuumbogenentladung auf den jewei­ ligen Segmenten im gleichen Verhältnis gewählt wer­ den.

Die verschiedenen Segmente können auch jeweils eine ihnen zugeordnete Anode aufweisen, so daß die Bogen­ entladung für jedes Segment gesondert gezündet bzw. beeinflußt und demzufolge auch die Zusammensetzung der abgeschiedenen Schicht beeinflußt werden kann.

Die erfindungsgemäße Ausbildung wirkt sich in Verbin­ dung mit einem außen angelegten Magnetfeld, als Plas­ mafilter vorteilhaft aus. Das Eigenmagnetfeld des Bogenstromes, der Stromfluß zur Anode und das äußere Magnetfeld bewirken eine stärkere Bündelung des Plas­ mas, die zur effektiveren Nutzung des verdampften Materials und zur Erhöhung der Beschichtungsrate führt. Äußere Magnetfelder zur Führung des Plasma zum Substrat können bis in die unmittelbare Nähe von Ano­ de bzw. Kathode wirken, ohne das Brennverhalten der Bogenentladung zu stören.

Werden Leistungsabschalter mit kurzen Schaltzeiten im Bogenstromkreis verwendet können Kurzschlüsse, die infolge unerwünschter Beschichtungen auf der Isolie­ rung zwischen Anode und Kathode auftreten, durch kur­ ze Stromimpulse leicht entfernt werden.

Ein erfindungsgemäßer Vakuumbogenverdampfer kann mit einem kontinuierlichen Bogenstrom betrieben werden. Dabei kann ein äußeres Magnetfeld den Vakuumbogen mit seinem Fußpunkt ringförmig auf der Oberfläche der Kathode führen und verhindern, daß sich der Bogen zur Anode bewegt und dort, nahe der Anode, an einem Punkt stehen bleibt. Die Zündung der Bogenentladung kann beispielweise am Rand der Kathode mittels Gleitentla­ dung oder Kontaktzündung erfolgen.

Es ist aber auch ein gepulster Betrieb mit gepulstem Bogenstrom möglich, wie dies aus DD 280 338, dort aber mit blendenförmiger Anode bekannt ist. Im Gegen­ satz dazu wird der Bogen außermittig mit einer ent­ sprechend angeordneten Zündelektrode, als Zündvor­ richtung, mit einer Gleitfunkenentladung zwischen Zündelektrode und Kathode gezündet. Bei einem hohen Bogenstrom I < 1 kA bilden sich mehrere Kathoden­ brennflecken. Die Brennflecke bilden sich um die Ano­ de und laufen radial nach außen. Der Bogenstrom wird abgesenkt bzw. ganz abgeschaltet bevor die Brenn­ flecken den äußeren Rand der Kathode erreichen.

Ohne Zündelektrode kann eine Gleitentladung zwischen Anode und Kathode ebenfalls zur Zündung des Vakuumbo­ gens führen.

Bei einem gepulsten Bogenstrom kann die Zündung eines Vakuumbogens auch mit einer Gasentladung initiiert werden. Die Zündung sollte auch so außermittig, mit Hilfe einer entsirechend dort angeordneten Gaszufüh­ rung durch die Kathode, erfolgen. Die Druckstufen im Gasfluß können so eingestellt werden, daß die Gasent­ ladung auf der Kathodenoberfläche zwischen einer Zündelektrode und Kathode erfolgt, wofür eine ausrei­ chend hohe negative Spannung kurzzeitig angelegt wird.

Die Zündung kann aber auch mit einer Gasentladung, ohne Zündelektrode, mit gepulstem Bogenstrom zwischen Anode und Kathode erfolgen, wenn zwischen Anode und Kathode kurzzeitig eine ausreichen hohe negative Spannung, die ausreicht um das Gas zu ionisieren, angelegt wird.

Die Zündung kann auch mit einem gepulsten Energie­ strahl (z. B. Elektonen- oder Laserstrahl) erfolgen, wobei mit dem auf die Kathodenoberfläche fokussierten Strahl lokal ein Plasma, zur Zündung des Bogenplasmas erzeugt wird.

Es kann aber auch ausschließlich mit moduliertem Bo­ genstrom gearbeitet werden. Während der Bogenentla­ dung wird der Bogenstrom oberhalb 1 kA gehalten. Nach der Entladung bzw. dann wenn der Bogenfußpunkt zumin­ dest die Nähe des Kathodenrandes erreicht, wird der Bogenstrom auf einen Wert unter 100 A verringert, so daß mindestens ein Brennfleck existiert. Der Brenn­ fleck läuft unter diesen Bedingungen in Richtung Ano­ de. Erreicht der Brennfleck die Nähe der Isolierung der Anode, erfolgt durch Erhöhung des Bogenstromes ein neuer Entladungsimpuls und es bilden sich mehrere Brennflecke, die wieder radial zum äußeren Rand der Kathode laufen. Dieser Vorgang kann nach einmaliger Zündung so oft wiederholt werden, bis die gewünschte Schicht ausgebildet ist. Die Zündung kann am Rand der Kathode durch eine Gleitentladung oder durch Kontakt­ zündung mit einer auf die Kathode aufsetzbaren Zünd­ elektrode erfolgen. Die Bogenstrommodulierung kann ausgehend von einem Grundstrom von ca. 100 A mit Überlagerung eines pulsförmigen Stromes durchgeführt werden. Die Gesamtamplitude während eines Pulses kann bis 5000 A betragen.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Vakuumbogenverdampfer mit blendenför­ miger Anode, nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen Vakuumbogenverdampfer mit blendenför­ miger Anode und zusätzlichem äußeren Magnetfeld, als Plasmafilter nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Bei­ spiels eines erfindungsgemäßen Vakuumbogen­ verdampfers;

Fig. 4 Beispiele von Ausführungen und Anordnungen von Kathoden, Anoden und Zündvorrichtungen;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Bei­ spiels eines erfindungsgemäßen Vakuumbogen­ verdampfers mit einem Plasmafilter.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel eines herkömm­ lichen Vakuumbogenverdampfers wird eine blendenförmi­ ge Anode 2 mit zentraler Durchbrechung verwendet, durch die das mit einer Vakuumbogenentladung erzeugte Plasma in Richtung auf ein hier nicht dargestelltes Substrat gelangen kann. Unterhalb der Anode 2 ist die Kathode 1 angeordnet. Der Bogenstrom 6 tritt aus der Kathode 1 aus und fließt zur Anode 2. Dadurch wird die Kathode 1 erodiert und es wird ein expandierender Plasmastrom 5 ausgebildet. Das Eigenmagnetfeld des Bogenstromes 6 erreicht bei I_Arc = 1 kA ca. 20 mT. Es übt eine Kraft auf den Bogenstrom und auf die gelade­ nen Teilchen des Plasma aus. Die Elektonen des Plasma werden zur Mitte des Plasmastromes beschleunigt. Der Plasmastrom 5 richtet sich aus und bewegt sich von der Kathode zur Anode. Die Bündelung des Plasma wird so weiter verstärkt, da der Bogenstrom im Zentrum des Plasmastromes 5 zu weiterer Aufheizung und entspre­ chender Erhöhung der Leitfähigkeit des Plasma führt.

Gelangt der Plasmastrom 5 durch die Durchbrechung in der Anode 2 verliert sich die Bündelung des Plasma­ stromes 5 und das diffuser werdende Plasma expandiert im Raum. Diese Auflösung der Bündelung ist durch den Bogenstrom bedingt, der spätestens nach der Anode 2 seitlich abfließt. Die Umwandlung in diffuses Plasma erfolgt infolge von Stoßprozessen und elektromagneti­ sche Wechselwirkung im Plasma. Es hat sich gezeigt, daß von einer Kathode verdampftes Kupfer zu etwa 50% an einer Gehäuseinnenwand 7 abgeschieden wird, was für die Beschichtung verschiedener Substrate sicher unerwünscht ist. Außerdem muß in der Regel eine so beschichtete Innenwand aufwändig wieder gereinigt werden.

Auch bei Verwendung torus- oder rohrförmiger Anoden ändern sich die Plasmabildung und der Plasmastrom um die Kathode bzw. die Kammerwandung, wie beschrieben.

Der in Fig. 2 gezeigte herkömmliche Vakuumbogenver­ dampfer unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 durch die an der Kathode 1 angeordnete Zündelektrode 4 und besonders durch ein äußeres Magnetfeld 8 (Plasmafilter), das im Nachgang zur Ano­ de 2 vor einem nicht dargestellten Substrat ausgebil­ det ist, durch das der Plasmastrom geführt wird.

Dabei tritt bei bekannten Anodenausbildungen in Ver­ bindung mit einem solchen Plasmafilter zwar eine Bün­ delung des Plasmastromes auf, da die geladenen Plas­ mateilchen sich in spiralförmigen Bahnen entlang der magnetischen Feldlinien bewegen. Dadurch wird der elektrische Widerstand des Plasma orthogonal zu den Feldlinien erhöht. Da jedoch in diese Richtung auch der Bogenstrom fließen muß, wenn er zur Anode fließt, muß eine Mindestdistanz zwischen Magnetfeld 8, Anode 2 bzw. Kathode 1 eingehalten werden, um zu verhin­ dern, daß das Brennverhalten des Vakuumbogens durch den erhöhten elektrischen Widerstand des Plasma zwi­ schen Kathode 1 und Anode 2 gestört wird.

Insbesondere durch die neue Ausbildung und Anordnung einer Anode in einem Vakuumbogenverdampfer können diese Probleme ohne weiteres einfach beherrscht wer­ den.

Eine mögliche Ausführungsform ist in Fig. 3 darge­ stellt. Hier wird eine mittig in der Kathode 1 ange­ ordnete stabförmige Anode 2 verwendet, die gegenüber dem elektrisch leitenden Material der Kathode 1 mit einer Isolierhülse 4 aus einem hochohmigen Keramikma­ terial isoliert ist.

Zur Zündung des Vakuumbogens ist hier in einem Ab­ stand zur Anode 2 angeordnete Zündelektrode, als Zündvorrichtung 4, vorhanden. Das infolge der Bogenentladung entstehende Plasma wird als Plasma­ strom durch ein äußeres Magnetfeld 8 zum Substrat 9 geführt. Dabei wirkt sich die erreichbare Bündelung des Plasmastromes mit dem Magnetfeld 8 vorteilhaft aus und eine Beeinflussung der Bogenentladung durch das Magnetfeld 8 kann weitestgehend vernachlässigt werden.

Die Zündung und die Bogenentladung kann auf verschie­ dene Art und Weise erfolgen bzw. beeinflußt werden, wie dies im allgemeinen Teil der Beschreibung genannt worden ist.

Bei diesem Beispiel bestehen Kathode 1 und Anode 2 aus Kupfer und sind wassergekühlt. Der Durchmesser der Kathode 1 beträgt 100 mm, der der Anode 2 15 mm und der Außendurchmesser der Isolierhülse 3 (aus BN 22 mm. Die Isolierhülse 3 ragt 20 mm über die Katho­ denoberfläche hinaus. Die Anode 2 überragt die Katho­ denoberfläche um 60 mm, so daß sie einen Bereich hat, der 40 mm über der Isolierhülse 3 liegt. Die Anoden­ spitze ist abgerundet.

Die Zündelektrode 4 ist 18 mm vom Zentrum der Kathode 1 angeordnet und ragt 3 mm über deren Oberfläche hin­ aus.

Wird der Vakuumbogenverdampfer ohne äußeres Magnet­ feld 8, ansonsten aber, wie in Fig. 3 gezeigt mit gepulstem Bogenstrom betrieben, erreicht der Bogen­ strom während einer Entladung 3 kA. Nach Zündung des Bogens mittels einer Gleitentladung entstehen ca. 50 makroskopisch sichtbare Erosionszentren (Brennflec­ ken) um die Anode 2, die sich mit einer Geschwindig­ keit von ca. 15 m/s radial nach außen bewegen. Nach 1 ms wird die Stromentladung durch Absenkung des ange­ legten Bogenstromes beendet und der Vorgang mit einer erneuten Zündung wiederholt. So können mit einer Fre­ quenz von 50 Hz Bogenentladungen initiiert werden. Nach 1000 Entladungen ist auf dem Substrat 9, das in einer Entfernung von 500 mm angeordnet ist, eine Kup­ ferschicht mit einer Dicke von 230 nm und einem Durchmesser von 250 mm abgeschieden. Das verdampfte Kupfer kann so mit ca. 60% als Schichtmaterial ausge­ nutzt werden, was etwa dem Dreifachen der herkömmli­ chen Vakuumbogenverdampfer mit blendenförmiger Anode 2 entspricht. Die Partikelanzahl kann auf ein Zehntel solcher Vakuumbogenverdampfer, die mit 100 A Gleich­ strom betrieben werden, reduziert werden.

Wird in einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffpartial­ druck zwischen 0,5 bis 1 Pa gearbeitet bildet sich an Stelle der Kupferschicht eine nichttransparente Kupferoxidschicht.

Wird, wie in Fig. 3 gezeigt, ein zusätzliches äuße­ res Magnetfeld 8, als Plasmafilter verwendet, kann die Führung des Plasmastromes 5 zum Substrat 9 weiter verbessert werden. Zur Erzeugung des Magnetfeldes kann eine Spule mit einer Feldstärke von 30 mT in der Spule und einer Feldstärke von 10 mT am oberen Be­ reich der Anode 2 gearbeitet werden. So konnte eine Beschichtung mit einem Durchmesser von 180 mm mit einer Schichtdicke von 470 nm erreicht werden. Die Partikelanzahl in der Schicht kann weiter reduziert werden, da eine stärkere Bündelung des Plasmastromes erreicht werden kann und dabei die Partikel ihre Emissionscharakteristik beibehalten.

In den Fig. 4a bis d sind verschiedene Kathoden­ formen dargestellt. Fig. 4a zeigt eine Draufsicht auf eine Kathode 1, wie sie auch beim Beispiel nach Fig. 3 verwendet worden ist.

In Fig. 4b sind zwei Zündvorrichtungen 4, die sym­ metrisch diametral in einem Abstand zur Anode 2 ge­ genüberliegend angeordnet sind, erkennbar.

Bei der Kathode 1 nach Fig. 4c sind zwei gleich große Halbkreise aus unterschiedlichen Materialien, Segmente bildend, vorhanden. Dabei ist auf jedem der beiden Segmente eine Zündvorrichtung 4 vorhanden, so daß beispielsweise eine Karbidschicht erhalten werden kann, wenn eines der Segmente der Kathode 1 aus Koh­ lenstoff besteht.

Eine achtförmig ausgebildete Kathode 1, wieder mit zwei Segmenten, bestehend aus verschiedenen Materia­ lien ist in Fig. 4d dargestellt. Hier ist auf jedem der Segmente eine gesonderte Anode 2 mit jeweils ei­ ner eigenen Zündvorrichtung 4 gezeigt. Dadurch kann durch entsprechende Beeinflussung der beiden ein Mehrschichtaufbau auf einem Substrat ausgebildet wer­ den, in dem alternierend mit jeweils einem Segment der Kathode 1 beschichtet wird.

Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel wird ebenfalls zusätzlich ein Plasmafilter integriert. Dabei wurde an einem evakuierbaren Gehäuse der Plasmafilter ange­ flanscht und einen Plattenventil 14 zwischengeschal­ tet. Der Plasmafilter ist gekrümmt ausgebildet, wobei die Krümmung einen Winkel von 60° aufweist und der Plasmastrom in Richtung auf ein Substrat 9 geführt wird. Dadurch kann verhindert werden, daß Partikel, die im Plasmafilter verbleiben in das Gehäuse oder auf das Substrat 9 fallen.

Innerhalb der Spulen 10, die das äußere Magnetfeld des Plasmafilters erzeugen, ist ein Innenrohr 12, ebenfalls gekrümmt ausgebildet, angeordnet. Im Innen­ rohr 12 sind zusätzliche Lamellen 11 vorhanden, die entgegen der Bewegungsrichtung des Plasmastromes ab­ gewinkelt sind. Das Innenrohr 12 ist zur Kammerwand elektrisch isoliert. Mit diesen Lamellen 11 kann ver­ hindert werden, daß reflektierte Partikel auf das Substrat 9 bzw. in das Gehäuse gelangen können.

Ein geschlossenes einteiliges Innenrohr 12, das auf ein Spannungspotential U_Innenrohr = 15 V gelegt ist, kann die Filtertransmission um den Faktor 1,3 erhö­ hen.

In Fig. 5 ist aber ein zweigeteiltes Innenrohr 12 dargestellt, das aus zwei Halbschalen gebildet ist. Die in Krümmungsrichtung innere Halbschale mit dem kleineren Radius kann geerdet auf Massepotential und die äußere Halbschale mit dem größeren Radius kann gepulst mit Spannung beaufschlagt oder auf eine Span­ nung von 15 V gelegt sein. Mit dieser Halbschalenkon­ struktion kann die Filtertransmission noch einmal um einen Faktor von 1,3 erhöht werden.

Im Anschluß an das Innenrohr 12 wird bei diesem Bei­ spiel der freie Innendurchmesser, durch den der Plas­ mastrom auf das Substrat 9 geführt wird, vergrößert.

Ausgehend von 150 mm (Innendurchmesser der Lamellen 11) kann dies gestuft über 280 mm bis zu 360 mm er­ folgen, wobei auch in diesem Bereich ein äußeres durch Spulen 13 erzeugtes Magnetfeld wirkt. Diese Durchmesseraufweitung sichert eine Homogenisierung des Plasmastromes und eine gleichmäßige Beschichtung des Substrates über einen Durchmesser von 300 mm. Die Spulen 13 unterstützen die Homogenisierung noch.

Die Spulen 13 sichern eine magnetische Feldstärke von 75 mT. Sämtliche Spulen 10, 13 sind wassergekühlt. Es ist auch ein Betrieb der Spulen 13 mit entgegenge­ setzter Polung möglich.

Die im gekrümmten Bereich angeordneten Spulen werden so betrieben und sind so ausgelegt, daß ein Magnet­ feld mit einer Feldstärke von 100 mT erzeugt wird.

So können beispielsweise partikelfreie Kupferschich­ ten abgeschieden werden, wie sie z. B. in der Halblei­ tertechnik gewünscht werden. Der Transmissionsgrad einer solchen Filteranordnung liegt bei 50%, so daß eine partikelfreie Kupferschicht mit einer Dicke von 90 nm mit 1000 Entladungen erhalten werden kann.

Für die Abscheidung reaktiv gebildeter Schichten kann am Gehäuse neben dem Vakuumsystem auch ein Gaszufuhr­ system, für z. B. Stickstoff oder Sauerstoff vorhanden sein.

Außerdem kann die Anode 2, wie in Fig. 5 gezeigt, geerdet werden und mit dem Gehäuse kurz geschlossen sein. So kann das Brennverhalten des Vakuumbogens unmittelbar im Anschluß an die Zündung günstig beein­ flußt werden.

Claims (22)

1. Vakuumbogenverdampfer mit in einem evakuierbaren Gehäuse angeordneter Kathode aus elektrisch lei­ tendem Material und einer Anode zur Erzeugung eines Plasma infolge Kathodenmaterialverdampfung durch Bogenentladung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine mit einer Isolierhülse (3) umschlossene Anode (2) so angeordnet ist, daß sie allseitig von Kathoden­ material umgeben ist.

2. Vakuumbogenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (2) im Zentrum der Kathode (1) angeordnet ist.

3. Vakuumbogenverdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (2) stab­ förmig ausgebildet ist und die Oberfläche der Kathode (1) in Richtung auf ein zu beschichten­ des Substrat (9) überragt.

4. Vakuumbogenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolier­ hülse (3) aus einer Keramik besteht.

5. Vakuumbogenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zündvorrichtung (4) beabstandet zur Anode (2) auf der Kathode (1) angeordnet ist.

6. Vakuumbogenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zünd­ vorrichtungen (4) symmetrisch zur Anode (2) auf der Kathode (1) angeordnet sind.

7. Vakuumbogenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (1) aus mindestens zwei Segmenten besteht und die Segmente aus jeweils unterschiedlichem Mate­ rial bestehen.

8. Vakuumbogenverdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der einzelnen Seg­ mente der Kathode (1) in Abhängigkeit der mate­ rialabhängigen Bewegungsgeschwindigkeit der Ka­ thodenbrennflecke gewählt ist.

9. Vakuumbogenverdampfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Segment der Kathode (1) eine gesonderte Zündvorrichtung (4) vorhanden ist.

10. Vakuumbogenverdampfer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Segment der Kathode (1) eine gesonderte Anode (2) vorhanden ist.

11. Vakuumbogenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Plasma durch ein Magnetfeld als Plasmafilter auf das Substrat (9) geführt ist.

12. Vakuumbogenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Plasmafilters ein Innenrohr (12) angeordnet ist.

13. Vakuumbogenverdampfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Innenrohres (12) entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Plasma abgewinkelte Lamellen (11) angeordnet sind.

14. Vakuumbogenverdampfer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (12) zweigeteilt ist.

15. Vakuumbogenverdampfer nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ma­ gnetfeld und das Innenrohr (12) in gekrümmter Form ausgerichtet sind.

16. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Vakuumbogenverdampfer nach einem der An­ sprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenentladung mittels Gleitentladung oder Kontaktzündung initiiert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß mit kontinuierlichem Bogenstrom gear­ beitet und die Bogenentladung mittels eines äu­ ßeren Magnetfeldes ringförmig auf der Kathoden­ oberfläche geführt wird.

18. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Vakuumbogenverdampfer nach einem der An­ sprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenentladung durch Gleitfunkenentladung zwischen Zündvorrichtung (4) und Kathode (1) gepulst betrieben wird.

19. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Vakuumbogenverdampfer nach einem der An­ sprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenentladung durch Gleitentladung zwischen Anode (2) und Kathode (1) gepulst betrieben wird.

20. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Vakuumbogenverdampfer nach einem der An­ sprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenentladung durch Gasentladung zwischen Zündvorrichtung (4) oder Anode (2) und Kathode (1) gepulst betrieben wird.

21. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Vakuumbogenverdampfer nach einem der An­ sprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenentladung mittels gepulster auf die Kathodenoberfläche gerichteter Energiestrahlung initiiert wird.

22. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit einem Vakuumbogenverdampfer nach einem der An­ sprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenentladung mit moduliertem Bogenstrom betrieben wird.