DE2321665A1

DE2321665A1 - Anordnung zur aufstaeubung von stoffen auf unterlagen mittels einer elektrischen niederspannungsentladung

Info

Publication number: DE2321665A1
Application number: DE19732321665
Authority: DE
Inventors: Anton Kunz; Otto Dr Sager
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1972-05-09
Filing date: 1973-04-28
Publication date: 1973-11-22
Also published as: FR2183978A1; CH551498A; FR2183978B3; NL7207901A

Description

BALZERS HOCHVAKUUM GMBH, Heinrich-Hertz-Str.6, D 6 Frankfurt/M

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Anordnung zur Aufstäubung von Stoffen auf Unterlagen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Aufstäubung von Stoffen auf Unterlagen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung zwischen einer Kathode und einer Anode, welche Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Führungsfeldes zur Bündelung der Entladung aufweist. Bewährte Anordnungen dieser Art sind z.B. in der Schweizer Patentschrift No. 456 29A und in der Schweizer Patentanmeldung Gesuchs-No. Ol476o/71 vom 6.10.1971 beschrieben worden.

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Die Erfindung hat sich in erster Linie zur Aufgabe gestellt, die Kapazität und den technischen Wirkungsgrad solcher bekannter Triodenanordnungen zur Kathodenzerstäubung zu verbessern . Weitere Vorteile werden aus .der untenstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles ersichtlich werden.

Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet_s dass das zu zerstäubende Gut als stabförmiges Target ausgebildet und mit seiner Längsachse in der Längsachse der Entladung zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist und dass die Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes so ausgebildet sind, dass beim Betrieb die Entladung entlang der Mantelfläche des Targetstabes geführt wird«. ~

Durch die Ausbildung des Targets als Stab, dessen Mantelfläche zerstäubt wird, wird zunächst eine wesentliche Erhöhung der Zerstäubungsrate gegenüber den bei derartigen Anordnungen bisher gebräuchlichen Scheibentargets erzielt.

Nachfolgend soll ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben werden. Die anliegende Zeichnung zeigt in Figur 1 schematisch die evakuierbare Zerstäubungskammer 1, in welcher auf Haltevorrichtungen 2 die mit dem zerstäubtes Material zu beschichtenden Gegenstände 3 angeordnet sind. Durch

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einen Isolator k wird über die Zuleitung 5 die erforderliche Targetspannung an das zu zerstäubende Gut (Target) 6 herangeführt. Ferner ist die ringförmige Anode 7 vorgesehen, welche geerdet sein kann. Die Zerstäubungskammer ist über den Pumpstutzen 8 evakuierbar und steht über eine Oeffnung in einer gemeinsamen Trennwand 9 ^mit einer zweiten Kammer 11 in gasleitender Verbindung. Die als Blende 9 ausgebildete Trennwand ist gegenüber den beiden genannten Kammern durch Isolatoren 10 elektrisch isoliert. Die Kammer 11 ist als Ionisationskammer ausgebildet, in welche das'zu ionisierende Gas über ein Nadelventil 12 in dosierter Menge eingeführt wird. Zur Ionisierung ist die Glühkathode 13 vorgesehen, die über die dureb die isolierende Planschplatte lh hindurchgeführten Stromzuführungen mit Heizstrom versorgt wird.

Die die Zerstäubungskammer 1 umgebende Spule 15 kann zur Erzeugung eines die Entladung bündelnden axialen Magnetfeldes dienen. Die Glühkathode 13 in der Ionisationskammer ist mit dem negativen. Pol einer auf ihrer positiven Seite geerdeten Stromquelle l6 verbunden, welche den Strom für die Niederspannungsentladung (Bogenentladung) liefert.

Zum Betrieb der beschriebenen Anordnung wird an das Target 6, wenn Gleichspannungszerstäubung gewünscht wird, eine vom Gerät 19 gelieferte negative Gleichspannung von einigen 1000 Volt

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oder - wenn Wechselspannungszerstäubung gewünscht ist die vom Gerät 20 gelieferte Wechselspannung (vorzugsweise Hochfrequenz) angelegt. Die Bogenentladung brennt zwischen der Glühkathode in der Kammer 11 und der Anode J in der Zerstäubungskammer,, Dabei wird das in der Achse der Bogenentladung angeordnete stabförmige Target an seiner Mantelfläche mit hohem Wirkungsgrad zerstäubt.

Besonders vorteilhaft ist es, das magnetische Führungsfeld so zu bemessen, dass das Plasma der Niederspannungsentladung auf den den Targetstab umgebenden Raum begrenzt wird. Man erreicht dadurch, dass die Substrate nicht direkt dem Plasma ausgesetzt und dadurch gegebenenfalls unerwünschterweise erhitzt werden und ferner, dass die durch die bombardierenden Ionen von der Targetoberfläche ausgelösten Sekundärelektronen nicht auf die Substrate gelangen können. In besonderen Fällen allerdings, in denen eine Erhitzung oder Beschiessung der Substrate mit Elektronen erwünscht ist, z.B. um dadurch eine höhere Haftfestigkeit der niedergeschlagenen Schichten oder eine vorherige Reinigung der Substrate zu erzielen, kann durch ein entsprechend schwach bemessenes Magnetfeld dieser dann gewünschte Effekt ebenfalls erreicht werden.

Anstelle oder zustäzlich zur Spule 15 können zur Erzeugung

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eines die Entladung entlang der Mantelfläche des Targetstabes führenden Magnetfeldes die Feldspulen 16 und 17 vorgesehen werden. In der Figur 1 ist die Spule 16 ausserhalb der Vakuumkammer auf der Höhe der Blende 9 angeordnet, weil an dieser Stelle die stärkste Einschnürung des Entladungsplasmas erzielt werden soll. Die Feldspule 17 dagegen befindet sich in der Vakuumkammer unterhalb der Anode 7; sie kann zur Erzielung einer geringen Gasabgabe aus eloxierten Aluminiumleitern (Bändern oder Drähten) hergestellt werden. Die beiden Feldspulen 16 und 17 lassen die in Figur 1 durch die gestrichelt gezeichneten Kraftlinien angedeutete Form des magnetischen Führungsfeldes erreichen, welche die Entladung von den Stirnflächen des Targetstabes abdrängt und sie entlang dessen Mantelflächen führt.

Die Anordnung eines stabförmigen Targets in der Achse einer Niederspannungsentladung ergibt den Vorteil einer besonders guten Raumausnutzung, weil dabei die gesamte der Mantelfläche des Stabes gegenüberliegende Innenwand der Vakuumkammer für die Anordnung von Substraten zur Verfügung steht, und es können, wie die Erfahrung gezeigt hat, auf der ganzen den Targetstab 6 umgebenden Substratfläche 3 gleichmässig dicke Schichten erzeugt werden.

Der Targetstab braucht nicht unbedingt Zylinderform zu besitzen

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sondern kann auch einen anderen Querschnitt aufweisen, (z.B. vierkantig sein) jedenfalls dann, wenn die Substrate bei der Beschichtung in Rotation um die Targetachse versetzt werden, was durch ansich bekannte Drehkörbe als Substratträger geschehen kann.

Unter Umständen ist es vorteilhaft, dass man die Verteilung des Niederschlages auf den Substraten durch einen veränderlichen Querschnitt in der Längsrichtung des Targetstabes in
gewünschter Weise beeinflussen kann. Z.B. kann durch eine in Figur 1 strichliert angedeutete Abnahme des Querschnittes
des Targetstabes 6 von unten nach oben, so dass eine Kegelmantelfläche entsteht, erreicht werden, dass die vom Target wegfliegenden Teilchen eine nach oben gerichtete Vorzugsrichtung erhalten. Man kann dann, wie die Zeichnung zeigt, einen kurzen Targetstab verwenden und trotzdem auf der ganzen Substratfläche gleiehmässige Schichten erhalten.

Die erfindungsgemässe Anordnung zur Zerstäubung mit Hilfe einer Niederspannungsentladung ist auch geeignet für sogenannte Durchlaufanlagen, bei welchen die zu beschichtenden Substrate z.B. ein Band oder auch eine Vielzahl von Einzelsubstraten fortlaufend an dem zerstäubten Target vorbeigeführt wird. Solche Durchlaufanlagen haben den Vorteil, dass sie eine kontinuierliche

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Produktion erlauben, wenn sie mit Ein- und Ausschleus vorrichtungen für die zu beschichtenden Objektive versehen sind.

Die Figur 2 zeigt ein Prinzipschema für den Aufbau einer Durchlaufanlage unter Benutzung der Erfindung.

Darin bezeichnet 21 den zylindrischen Rezipienten der Durchlaufanlage,

22 die mittels einer Transporteinrichtung 23 durch die Anlage geführten Substrate,

24 die Ionisationskammer,

25 eine diese umgebende Magnetfeidspule/ und

26 eine zweite, am unteren Ende der En ti adungs strecke angeordne-

erte Magnetfeldspule zur Bündelung einer sten zwischen der in der Ionisationskammer 24 angeordneten Glühkathode 31 und einer ihr gegenüberliegenden Anode 32 brennenden Niederspannungsentladung, durch welche ein in der Achse 33 dieser Entladung aufgestelltes stabförmiges Target 30 zerstäubt wird.

In derselben Vakuumkammer 21 können weitere derartige Zerstäubungseinrichtungen vorgesehen werden, wie in der Figur 2 a durch

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eine weitere Ionisationskammer 27 und die MagnetfeUspulen 28 und 29 samt zugehörigem Target JO angedeutet ist. Solche weiteren Zerstäubungseinrichtungen ermöglichen eine grössere Durchlaufgeschwindigkeit der Substrate oder eine bessere Gleichmässigkeit der Beschichtung. PUr letzteren Zweck ist es vorteilhaft, für die zweite Entladungsstrecke eine der ersten entgegengesetzte Richtung der Entladung vorzusehen, wie die Figur 2 ä erkennen lässt.

In einer Durchlaufanlage können auch mehrere Zerstäubungseinrichtungen nacheinander angeordnet werden, um in einem Arbeitsgang auf den Substraten verschiedene Schichten niederzuschlagen.

Wie aus der Figur 3 b zu ersehen ist, gestattet die beschriebene Anordnung einer Durchlauf anlage, auf beiden Seiten der Targets Transporteinrichtungen für die Substrate vorzusehen, so dass eine solche Anlage doppelt ausgenützt werden kann.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

1, Anordnung zur Aufstäubung von Stoffen auf Unterlagen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung zwischen einer Kathode und einer Anode, mit Mitteln zur Erzeugung eines magnetischen Führungsfeldes zur Bündelung der Entladung, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerstäubende Gut als stabförmiges Target ausgebildet und mit seiner Längsachse in der Längsachse zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist und dass die Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes so ausgebildet sind, dass beim Betrieb die Entladung entlang der Mantelfläche des Targetstabes geführt wird.

2, Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzei chnet, dass die Mittel zur Erzeugung des magnetischen Führungsfeldes so ausgebildet sind, dass sie das Plasma der Entladung auf den den Targetstab umgebenden Raum begrenzen.

3, Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des magnetischen Führungsfeldes an den Enden der Entladungsstrecke koaxial zu dieser Spulen angeordnet sind.

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4. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass die Anode der Entladungsstrecke ringförmig ausgebildet und der Targetstab in der Ringachse angeordnet ist.

5. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Targetstab einen veränderlichen Querschnitt aufweist.

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