DE2305359C3 - Vorrichtung zur reaktiven Aufdampfung dünner Schichten auf Unterlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einer zwei Elektroden als Mittel zum Ionisieren des Gases aufweisenden Einrichtung ausgestattete Vakuumaufdampfeinrichtung zum reaktiven Aufdampfen dünner Schichten auf Unterlagen, bei der das Gas in die mit einer Verdampfungseinrichtung versehene Aufdampfkammer ober eine Vorkammer gelangt, welche mit der Aufdampfkammer über eine Gasdrosselstelle strömungsmäßig in Verbindung steht.

Es ist ein Verfahren zi.i· Hers ellung von dünnen Schichten bekannt, bei dem in einer Vakuumaufdampfanlage ein Stoff in Anwesenheit ein· mit diesem Stoff chemisch reagierenden Atmosphäre verdampft und auf den zu beschichtenden Gegenständen eine Schicht niedergeschlagen wird, welche der aus der erwähnten chemischen Reaktion resultierenden chemischen Verbindung entspricht. Hauptsächlich wurde dieses Verfahren bisher angewendet, um beim Aufdampfen von oxydierbaren Substanzen in einer Sauerstoffatmosphäre geringen Druckes Oxidschichten zu erzeugen; aber auch Schichten aus anderen Verbindungen, z. B. Nitriden, Sulfiden können so hergestellt werden.

Bemerkenswert ist, daß viele der auf diesem Wege erhältlichen Schichten praktisch absorptionsfrei sind, wogegen man oft eine erhebliche, für viele Anwendungen sehr störende Lichtabsorption in Kauf zu nehmen hat, wenn man dieselben an sich absorptionsfreien Verbindungen direkt aufzudampfen versucht. Letzteres führt nämlich erfahrungsgemäß sehr häufig zu einer teilweisen Zersetzung der verdampften Verbindungen. K) daß Niederschläge anderer chemischer Zusammentetzung (z. B. bei der Verdampfung von Oxiden Suboxide) entstehen.

Dem Verfahren der reaktiven Aufdampfung in einer ionisierten Atmosphäre wurde in letzter Zeit wieder mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Auch wenn es nicht auf höchste Absorptionsfreiheil ankommt, ist das reaktive Aufdampfen in einer ionisierten Atmosphäre für die fabrikationsmäßige Herstellung dünner Schichten interessant, Weil es — wie Versuche gezeigt haben — auf diese Weise gelingt, harte und hafifeste Schichten mit größerer Aufdampfgeschwindigkeil Und bei besseferfi Vakuum, als bisher möglich War, herzustellen.

Das Verfahren der reaktiven Aufdampfung ist z. B, in der DE-PS 11 04 283 näher beschrieben worden. Daraus ist bekannt, die reaktive Aufdampfung in einer Atmosphäre durchzuführen, weiche Ionen des verbindungsbildenden Gases enthält. Es ist bekannt, zu diesem Zweck in der Aufdampfkammer ein Gasentladungsgeü faß vorzusehen, dessen Wand eine öffnung aufweist, durch weiche das ionisierte Gas in den Aufdampfraum austreten kann.

Aus der belgischen Patentschrift 7 66 345 ist eine Vakuumaufdampfeinrichtung bekannt, welche eine

in mittels einer sie umgebenden Spule hochfrequenzbeheizte Verdampfungskammer aufweist, durch welche Gas über eine Drosselstelle in den Aufdampfraum eingeführt wird. Zur Zündung der Gasentladung in der Verdampfungskammer ist eine Zündelektrode vorgese-

lü Fien, die vom Aufdampfraum in die Verdampfungskammer hineinragt.

Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, mit welcher eine solche reaktive Aufdampfung von Schichten in ionisierter Atmosphäre mit wesentlich höherem Wirkungsgrad als bisher durchgeführt werden kann, derart, daß sie geringstmögliche Absorption besitzen, so daß sie z. B. Lichtströmen höchster Intensität ausgesetzt werden dürfen.

2ii Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eine als Hochspannungselektrode ausgebildete Elektrode entweder in der Vorkammer angeordnet oder durch die Innenwand derselben gebildet ist und die dazugehörige Gegenelektrode durch die Wand der

3d Aufdampfkammer und/oder durch die Haltevorrichtung für die Unterlagen gebildet ist.

Der durch die Lösung der Aufgabe bewirkte technische Fortschritt beruht wahrscheinlich darauf, daß im Bereich der zu beschichtenden Gegenstände in

3i> der Aufdampfkammer eine wesentlich größere Ionendichte, als bisher möglich war. erzielt wird. Dies wiederum ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß das reaktive Gas in der Aufdampfkammer vom gesamten Entladungsstrom durchflossen wird, der mehrere Ampere betragen kann; dies im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, bei denen die F.ntladung zwischen zwei Elektroden in einer besonderen, vom Aufdampfraum abgetrennten Gasentladungszelle statt findet und lediglich ein kleiner Teil der in dieser

4«. Entladung erzeugtm Ionen durch eine Öffnung in der Wand der Zelle in den Aufdampfraum gelangen kann.

F i g. I zeigt schematisch eine mit einer Gasionisierungseinrichtung ausgestattete Vakuumaufdampfeinrichtung;

F i g. 2 zeigt die Ausgestaltung der Vorkammer;

F i g. 2a zeigt die Ausbildung der (jasströmungsdrosselstelle;

rig. i zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung der Vorkammer in Verbindung mil der Aufdampfkam mer

In Fig. I bezeichnet 1 die (ilocke und 2 die Grundplatte einer Vakuiimaufdampfcinrichtung. mit einer Verdampfungseinrichtung 3 und einer Haltevorrichtung 4 für die /u bedampfenden Unterlagen 5. An

6Ci die Aufdampfkammer sind die Vakuumpumpen b und dieüaszuführungsleitung 7 anges.ehlubi.en.

Mit einer solchen Aufdampfeinrichtting kann das bekannte Verfahren des reaktiven Aufdampfens durchgeführt werden, indem nach Einbringen der zu

65· bedampfenden Gegenstände die Anlage evakuiert, bis zu einem gewissen Druck (üblicherweise etwa 10-4 Torr) mit einem reaktiven Gas, z. U. mit Sauerstoff, gefüllt und dann die Verdampfung einer in der

Verdampfungseinrichtung 3 befindlichen, mit dem Gas reagierenden Substanz durchgeführt wird, wobei eine Schicht aus dem Reaktionsprodukt auf den Unterlagen 5 niedergeschlagen wird.

Um nun eine solche reaktive Aufdampfung in einer ionisierten Gasatmosphäre ausführen zu können, ist die Einrichtung zur Zuführung des reaktiven Gases beispielsweise gemäß F i g. 2 ausgebildet:

Das Gaszuführungsrohr 7 ist mit einer Vorkammer 8 verbunden, in der sich eine axial angeordnete rohrförmige Hochspannungselektrode 9 befindet. Das Rohr 7 und die Wände der Vorkammer 8 können beispielsweise aus Quarz oder Aluminiumoxid bestehen. Der Bodenteil 10, welcher die Vorkammer abschließt, ist als Spannungszuführung und Haltevorrichtung für die Hochspannungselektrode 9 und gleichzeitig als Gaseiniaß in die Vorkammer ausgebildet Zu diesem Zweck ist die Bohrung il vorgesehen, die sich durch den rohrförmigen Elektrodenstab fortsetzt Das für die reaktive Aufdampfung erforderliche Gas wird aus einem Behälter 17 über ein Ventil 18 (Fig. 1) durch die Bohrung 1 i und die Hochspannungselektrode 9 laufend in die Vorkammer eingelassen und tritt bei 9a in diese ein. von wo es über das Gaszuführungsrohr 7 in die Aufdampfkammer strömt Dabei wirkt das Gaszuführungsrohr 7 als Gasströmungsdrosselstelle; ist für die Durchführung des Verfahrens im besonderen Falle nur eine sehr geringe Gaseinströmung in die Aufdampfkammer erwünscht, dann kann man ein Gaszuführungsrohr 7 verwenden, dessen Ende geschlossen ist und lediglich eine Bohrung 12 aufweist wie dies die Fig.2a vergrößert zeigt.

Um die Vorkammer 8 und das Gaszuführungsrohr 7 während des Betriebes kühlen zu können, sind beide von einem Mantel 7a bzw. 8a umgeben. Es sind Anschlüsse 13 und 14 zur Durchleitung eines Kühlmediums durch die Kühlmäntel vorgesehen. Ferner ist das Gaszuführungsrohr 7 mit einer elektrisch isolierenden Hülle 15 umgeben und ist ein Flansch 16 angebracht, um die beschriebene Einrichtung an eine Öffnung in der Wand der Aufdampfkammer vakuumdicht anflanschen zu können, wie dies die F i g. I andeutet.

Zum reaktiven Aufdampfen wird das Reaktionsgas laufend in die Aufdampfkammer eingeführt und aus dieser mittels der Pumpe 6 kontinuierlich in solchem Maße abgepumpt. d»ß in der Aufdams-fkammer gerade der benötigte Druck der reaktiven Atmosphäre sich einstellt. Wird gleichzeitig an die Hochspannungselektrode 9 eine Hochspannung von beispielsweise tausend Volt angelegt, dann bildet «ich zwischen dieser und der auf Erdpotential befindlichen als Gegenelektrode wirkenden Haltevorrichtung 4 für die zu bedampfenden Gegenstände durch die Gasströmungsdrosselstelle hindurch eine elektrische Gasentladung aus, welche die gewünschte Ionisation des reaktiven Gases der Aufdampfkiimmer ergibt. Fs hat sich gezeigt, daß es im allgemeinen vorteilhafter ist, wenn die Elektrode in der Vorkammer auf negativem Potential liegt, doch kann auch Wechselspannung verwendet werden, wobei wenigstens in der einen Halbwelle die gewünschte Ionisierungswirkung in der Aufdampfkammer eintritt

Mit der beschriebenen Anordnung wurden mit Spannungen von 0,5 bis zu einigen kV und bei Vakuas im Aufdampfraum von ungefähr 10-' bis 10 ⁵ Torr Entladungsstromstärken von 100 mA bis zu einigen Ampere erzielt

Die beschriebene Einrichtung läßt zu, daß die Hochspannungselektrode völlig außerhalb der Aufdampfkammer, nämlich in einem abgeschirmten Gehäuse unterhalb der Grundplatte derselben, angeordnet werden kann, so daß auch bei geöffneter Glocke I₁ z. B. beim Beschicken der Anlage mit dem zu beschichtenden Gut, keine Gefahr für das Bedienungspersonal besteht

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Innenwand der Vorkammer als Hochspannungselektrode ausgebildet werden. In diesem Falle muß sie aus Metall bestehen und m,i der Hochspannungszuführung elektrisch leitend verbunden sein. Eine solche Elektrode besitzt eine größere Fläche als die rohrförmige Hochspannungselektrode 9 und kann deshalb eine größere elektrische Leistung der Gasentladung auwiiehmen, ohne unzulässig stark erwärmt zu werden.

Die Anordnung der Fig. 3 zeigt schematisch eine andere Möglichkeit der Ausbildung de-i Gasentladungsraumes-Es bedeutet 20 die Grundplatte und 21 die Glocke einer üblichen Aufdampf-Einrichtung. An der Unterseite der Grundplatte ist. gegenüber dieser elektrisch isoliert, die Vorkammer 22 angesetzt. Die Trennwand zwischen dem Raum 23 und dem Raum 24 wird durch eine Platte 25 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet, in der sich die als Gasströmungsdrosselstelle wirkende Öffnung 26 befindet. Elektrode und Gegenelektrode der Gasentladung können entweder wiederum durch die Wände der beiden genannten Kammern 21 und 22 gebildet werden. Die F i g. 3 zeigt eine Einbauelektrode 27. Die sonstigen Einrichtungen z. B. für den Gaseinlaß in die Vorkammer. Aufdampfeinrichtungen und Haltevorrichtungen für die zu bedampfenden Gegenstände können in beliebiger Weise, z. B. entsprechend der Fig. 1. ausgebildet sein.

Wenn die zu bedampfenden Gegenstände im besonderen Falle nicht, wie in F i g. 1 skizziert, oberhalb des als Gasströmungsdrosselstelle ausgebildeten Gaszuführungsrohres 7 angeordnet sind, sondern sich seitlich der Verdampfungseinrichtung und des in die Aufdampfkammer hineinragenden Gaszuführungsrohres befinden, dann kann auch die Bohrung 12 dementsprechend seitlich angebracht seiw. um einen auf die zu bedampfenden Gegenstände zu gerichteten, ionisierten Gasstrahl /11 erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Mit einer zwei Elektroden als Mittel zum Ionisieren des Gases aufweisenden Einrichtung ausgestattete Vakuumaufdampfeinrichtung zum reaktiven Aufdampfen dünner Schichten auf Unterlagen, bei der das Gas in die mit einer Verdampfungseinrichtung versehene Aufdampfkammer über eine Vorkammer gelangt, welche mit der Aufdampfkammer Ober eine Gasdrosselstelle strömungsmäßig in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die eine als Hochspannungselektrode (9) ausgebildete Elektrode entweder in der Vorkammer (8) angeordnet oder durch die Innenwand derselben gebildet ist und die dazugehörige Gegenelektrode durch die Wand der Aufdampfkammer und/oder durch die Haltevorrichtung (4) für die Unterlagen (5) gebildet ist.