DE2400510A1

DE2400510A1 - Verfahren und einrichtung zur herstellung eines duennfilmbelages auf einem traeger

Info

Publication number: DE2400510A1
Application number: DE2400510A
Authority: DE
Inventors: Manfred Rudolf Kuehnle
Original assignee: Coulter Information Systems Inc
Current assignee: Coulter Information Systems Inc
Priority date: 1973-01-12
Filing date: 1974-01-07
Publication date: 1974-07-18
Also published as: JPS49101273A; GB1462241A; FR2322666A1; NL180604B; US3829373A; CA1016496A; JPS5747266B2; BE809466A; CH588565A5; FR2322666B1; DE2400510C2; NL7400145A; NL180604C

Description

DR.-PHIL. G. NiCK-L- DH.-ING. J. DORNER

8 MÖNCHEN IS LANDWEHRSTR. 35 . POSTFACH 104

TEL. (0811) 55 5719

Münohen, den 2. Januar 1974 Anwaltsaktenz.: 181 - Pat. 8

Coulter Information Systens, Inc, 7 Oe Angelo Drive, Bedford, Massachusetts, Vereinigte Staaten von Amerika

Verfahren und Einrichtung zur Herstellung eines Dünnfilmbelages auf einem Träger.

Die Erfindung bezieht sich auf die Beschichtung von flexiblen Trägerkörpern oder Substraten, beispielsweise von Kunststoff-Blattmaterial oder -Folienmaterial mit einem Dünnfilmbelag. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Herstellung eines Dünnfilmbelage8 auf einem Träger durch Plasmadampf-Beschichtung in einem Druckbehälter.

Im allgemeinen werden in einem Vakuumbehälter oder Druckbehälter die für die Erzeugung eines Plasmadampfes notwendigen Bedingungen geschaffen und der zu beschichtende Träger oder das Substrat wird dem Plasmadampf ohargenweise ausgesetzt. Die zur Bildung eines Plasmadampfes notwendigen Bedingungen werden zwischen einem als Auftreffelektrode zu bezeichnenden Bauteil und einer Halterung für dag Substrat oder den Träger geschaffen. Die im Druckbehälter befindliche Atmosphäre enthält ein Edelgas, welches ionisiert wird und die Ionen bombardieren die Auftreffelektrode, so daß Atome aus dem Auftreffelektrodenmaterial herausgeschlagen werden und zu der Halterung für das Substrat oder den

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Träger fliegen. Im Falle eines elektrisch erzeugten Plasmadampfes ist die Auftreffelektrode die Kathode und die Halterung für das Substrat oder den Träger bildet die Anode. Beide Elektroden werden gekühlt. Das als Beschichtung aufzubringende Material ist entweder leitend oder nicht leitend. Handelt es sich um nicht leitendes Material, so muß der Plasmadampf zwischen Auftreffelektrode und Anode durch Hochfrequenz erzeugt werden. Bei leitfähigen Werkstoffen als abzulagernde Materialien kann das elektrische Feld entweder ein Gleichspannungsfeld oder ein Hochfrequenzfeld sein.

Bekannte Verfahren und Einrichtungen zur Plasmadampfbeschiohtung von Substraten sind nicht in allen Fällen ausreichend wirtschaftlich und wirkungsvoll. Außerdem führen sie mitunter zu ungleichförmigen Beschichtungen und die fertigen Erzeugnisse sind teuer. Schließlich ist der erzielbare Durohsatz sehr gering. Bekannte Verfahren und Einrichtungen gestatten also keine Behandlung der Träger oder Substrate mit hohen Geschwindigkeiten und ermöglichen keine einfache Beschichtung mit gleichförmigen Besohichtungsergebnissen.

Vorteilhaft wäre ein Plasmadampf-Besehiohtungsverfahren, bei welchem das Verhältnis zwischen der Projektion der wirksamen Auftreffelektrodenfläche und der zur Beschichtung freiliegenden Oberfläche des Substrates größer als 1 : 1 ist. Bei den meisten, im Handel erhältlichen Beschichtungsanlagen und entsprechend den bekannten Verfahren läßt sich dieses günstige Verhältnis nicht erzielen und meistens ist das Verhältnis kleiner als 1:1. Insbesondere gilt dies für Konstruktionen, bei welchen eine mittlere, stabförmige Auftreffelektrode im Zentrum eines koaxialen, rotierenden Anodenkäfigs angeordnet ist, wobei kleine Substratstücke auf der Innenfläche des Käfigs zur Beschichtung angeordnet werden. Bei Beschichtungsanlagen dieser Art ist festzustellen, daß sich die Plasmadampfwolke mit zunehmender Annäherung an den Träger oder das Substrat verdünnt. Soweit bisher bekannt, wird das oben erwähnte Verhältnis von 1 : 1 nur bei labormäßigen An-

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lagen oder hei Beschichtung kleiner Trägermengen erreicht, wenn die Auftref!elektrode eine ebene Platte ist und das Substrat parallel zu der die Auitreffelektrode bildenden Platte angeordnet wird. Der Plasmadampf treibt die Partikelchen des Auftreffelektrodenmaterial auf im wesentlichen zueinander parallelen Wegen zu den Träger oder Substrat.

Durch die Erfindung soll also die Aufgabe gelöst werden, die Geschwindigkeit der Plasmadampfbeschichtung zu erhöhen und eine hohe Gleichförmigkeit der hergestellten Beläge zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmbelages auf einem Träger durch Plasmadampf-Beschichtung in einem Druckbehälter dadurch gelöst, daß ein bogenförmiger Gürtel segmentartiger Plasmadampfwolken erzeugt und der Träger von einem Bereich außerhalb dieses Gürtels auf einem der Gestalt dieses Gürtels angepaßten Weg durch den Bereich des Plasmadampfwolken-Gürtels und dann wieder aus dem genannten Bereich geführt wird, wobei die konvexe Fläche des Trägers dem Plasmadampf zugekehrt ist.

Durch die Erfindung wird auch eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens geschaffen, welche gekennzeichnet ist durch eine Vorratshaltevorr.iehtung zur Speicherung eines langgestreckten Trägerstückes sowie eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des beschichteten Trägers, ferner durch einen Druckbehälter, in welchem die zur Plasmadampfbeschichtung oder zum Sputtern notwendigen Bedingungen erzeugbar sind, weiter durch meh- rere, in de» Druckbehälter befindliche Auftreffelektroden, welche einen mindestens längs eines wesentlichen Abschnittes bogenförmigen Gürtel aus segmentartigen Plasmadampfwolken erzeugen sowie durch in dem Druckbehälter angeordnete Führungseinrichtungen, mittels welchen der Träger von der Vorratshaltevorriohtung durch den Gürtelbereich zur Aufnahmevorrichtung führbar und bewegbar ist und welche eine den Träger halternde, bewegbare Anode enthalten, welche den Träger auf einem bogenförmigen, mit be-

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stimmtem Abstand innerhalb des bogenförmigen Teiles des genannten Gürtelbereiches der Plasmadampfwölken verlaufenden Wege führt.

Bemerkenswert ist, daß das Verhältnis der wirksamen Fläche der Auftreffelektrode zur freiliegenden Fläche des Substrates bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Einrichtung größer als Eins ist, woraus sich die vorstehend bereits angedeuteten Vorteile ergeben. Zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen bilden im übrigen Gegenstand der anliegenden Unteransprüche, auf welche zur Verkürzung und Vereinfachung der Beschreibung hier ausdrücklich hingewiesen wird. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung naher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 einen schematischen Radialschnitt durch eine

Dünnfilmbeschichtungseinrichtung zum kontinuierlichen Aufbringen eines Dünnfilmbelages auf einem langgestreckten Träger oder Substrat,

Figur 2 einen schematischen Axialschnitt durch die Einrichtung gemäß Figur 1 entsprechend der in Figur i angedeuteten Schnittebene 2-2 sowie in der angegebenen Blickrichtung,

Figur 5A einen schematischen Teilschnitt in vergrößertem Maßstab sowie in übertriebener Darstellung zur Erläuterung einer Theorie der Wirkungsweise,

Figur 3B eine geometrische Abbildung zur Erklärung der Bedeutung bestimmter in der Beschreibung verwendeter Ausdrücke,

Figur k eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Beschichtungseinrichtung zur Beschichtung eines Trägers, welcher innerhalb eines Druckbehälters von einer Vorratsrolle zu einer Aufnahmerolle oder einem Aufnahmehaspel läuft, wobei der Druckbehälter in dieser Darstellung weggelassen ist,

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Figur 5 eine Darstellung einer vollständigen Besehichtungseinrichtung in auseinandergenommenem Zustand wobei gegenüber Figur k bestimmte Abwandlungen vorgesehen sind,

Figur 6 eine perspektivische Teilansicht einer Beschichtung seinrichtung gemäß Figur 5 von der in Figur 5 verdeckten Rückseite aus gesehen,

Figuren Schnittdarstellungen zur Beschreibung verschie- dener Formen der Auftreffelektroden, welche in einer Beschichtungseinrichtung der hier vorgeschlagenen Art verwendbar sind, wobei in Figur 9 auch eine abgewandelte Fora der Einrichtungen zur magnetischen Abführung von Sekundärelektronen aus dem den Plasmadampf enthaltenen Spaltraum dargestellt ist,

Figur 11 eine perspektivische Teilansicht einer Anordnung von Auftreffelektroden ähnlich der in Figur 8 gezeigten Konstruktion,

Figur 12 eine Schnittansicht der Auftreffelektrodenanordnung entsprechend der in Figur 11 angedeuteten Schnittebene 12-12,

Figur 13 einen in Umfangsrichtung gelegten Sohnitt durch die Auftreffelektrodenanordnung gemäß Figur 11 entsprechend der in dieser Figur angedeuteten Sohnittebene 13-13 sowie in der angegebenen Blickrichtung und

Figur Ik eine perspektivische, schematisohe Teilansicht einerabgewandelten Ausführungsform einer Beschichtungseinrichtung.

Der Ausdruck Dünnfilm soll in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen eine Schicht oder einen Belag eines bestimmten Stoffes auf einer Oberfläche bezeichnen, wobei die Dicke in der Größenordnung von einigen Hundert oder einigen Tausend Ängstrom

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liegt. Außerdem wird nachfolgend mitunter der Ausdruck "photographischer Film" verwendet. Hierunter soll ein fertiges Erzeugnis üblichen Aufbaus verstanden werden, welches einen Träger oder eine Basis aus Kunststoff, beispielsweise ein Folienmaterial aufweist, auf welchem sich eine Emulsionsschicht aus einem Silbersalz oder dergleichen befindet. Das Erzeugnis, welches nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren oder der hier angegebenen Einrichtung hergestellt wird, kann als photographischer oder elektrophotographischer Film verwendet werden, wenn der Dünnfilm oder die Dünnfilme aus bestimmten Werkstoffen oder bestimmten Werkstoffkombinationen bestehen, welche auf einem Kunststoff-Folienmaterial oder einem Kunststoffstreifen abgelagert sind.

Der Ausdruck "Film" in seiner allgemeinen Bedeutung als dünner Belag oder dünnes Material soll hier vermieden werden, um Verwechslungen zu vermeiden. Das Wort "Film" wird nur in Verbindung mit modifizierenden Beiwörtern verwendet. Zwar kann ein Substrat oder Träger, welcher mit einem Dünnfilm beschichtet worden ist, selbst als Film bezeichnet werden, da der Gesamtkörper sehr dünn und flexibel ist, doch werden hier für die Basis nur die Ausdrücke "Träger oder Trägerkörper oder Substrat" verwendet. Ein Substrat kann ein organisches Polymer enthalten, beispielsweise ein flexibles Polyestermaterial, welches aufgrund seiner Isolationseigenschaften, seiner Beständigkeit und seiner Flexibilität besonders geeignet ist.

Als "Sputtern" wird ein thermisches Beschichtungsverfahren bezeichnet, welohes auch als Plasmadampfbeschichtung angesprochen werden kann, wobei das Plasma elektrisch erzeugt wird, um Dünnfilme auf einen Träger oder ein Substrat in einer Inertgasatmosphäre oder Edelgasatmosphäre aufzubringen.

Unter "Plasma" wird hier ein ionisiertes Gas verstanden, das in einem Gleichspannungsfeld oder einem hochfrequenten Wechselspannungsfeld gebildet wird, um Atome von einer Auftreffelektrode auf ein Substrat oder einen Träger aufzusputtern oder abzulagern.

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Das Wort "Dampf" soll hier eine Wolke aus Atomteilchen bezeichnen, die sich in einer unter geringem Druck stehenden Atmosphäre aufgrund eines Ionenbombardements bildet, wobei der Dampf auf der Oberfläche des Substrats oder Trägers kondensiert oder zu dieser Oberfläche hin getrieben wird. Demgemäß ist ein Plasmadampf im Sinne der vorliegenden Beschreibung eine Partikelwolke, welche sich beim Sputtern bildet. Zur yerdeutlichung der sich abspielenden Vorgänge soll trotz der scheinbaren ÜberbeStimmung der Ausdruck "Plasmadampfwolken" verwendet werden, um eine Bezeichnung zu vermeiden, welche etwa "Plasmadämpfe¹¹ lauten würde.

Unter Projektionseinheit der Auftreffelektrodenoberflache wird eine Flächeneinheit der Auftreffelektrode verstanden, welche in der Lage ist, zur Bildung des Plasmadampfes Atome des Materials der Auftreffelektrode auszuschicken und zur Halterung für das Substrat oder den Träger wandern zu lassen. Der Weg des von einer solchen Auftreffelektrodenflache ausgehenden Plasmas bildet, wenn er durch diese Fläche und durch weitere Flächen, die senkrecht zur Auftreffelektrodenflache stehen, begrenzt wird, einen Körper, welcher bis zu der Halterung für das Substrat hin reicht. Dieser Körper hat eine geometrische Gestalt, welche durch die Gestalt und Lage der Auftreffelektrodenflache bestimmt ist. Handelt es sich bei der Fläche um eine Ebene, so hat der der Plasmawolke entsprechende Körper an allen Stellen einen Querschnitt, welcher der Flächeneinheit der Auftreffelektrodenoberflache gleich ist. Ist die Auftreffelektrodenoberflache konkav, so nimmt die Querschnittsfläche der Plasmadampfwolke mit zunehmendem Abstand von der emittierenden Fläche aus ab. Für die hier betrachteten Beispiele sei angenommen, daß die gekrümmte geometrische Fläche, in welcher die Querschnittsfläche der Plasmadampfwolke gemessen wird, an allen Stellen gleichen Abstand von der emittierenden Fläche der Auftreffelektrode habe.

Als Flächeneinheit der freiliegenden Substratoberfläche oder Trägeroberflache sei die zur Beschichtung dargebotene Oberfläche des Substrates oder Trägers bezeichnet, welche von dem die Plasmawolke bestimmenden, entsprechend einer Projektion von der pro-

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jizierenden Einheit der Auftreffelektrodenoberflache ausgehenden Körper getroffen oder gleichsam belichtet wird, wobei die Projektionslinien die Trägeroberfläche durchdringen. Auch hier gilt, daß die geometrische Gestalt und Lage der Auftreffelektrodenoberfläche und der Trägeroberfläche die Flächeneinheit der freiliegenden Trägeroberfläche bestimmen.

Es sei bemerkt, daß die oben erwähnten Ausdrücke auf diesem Gebiet der Technik nicht allgemein in Gebrauch sind, hier jedoch geschaffen wurden, um die Erklärung des hier vorgeschlagenen Verfahrens und der hier vorgeschlagenen Einrichtungen zu vereinfachen. Die zuerst erwähnte Größe, nämlich die projizierende Flächeneinheit der Auftreffelektrodenoberflache ist von der an zweiter Stelle genannten Größe unabhängig, während die Flächeneinheit der freiliegenden Trägeroberfläche stets auch von der geometrischen Gestalt und Lage der Auftreffelektrodenoberflache abhängig ist.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Einrichtung 20 im Schnitt gezeigt, welche zur kontinuierlichen Aufbringung von Dünnfilmbelägen dient. Die Einrichtung weist einen Druckbehälter 22 auf, welcher aus einem geeigneten Werkstoff gefertigt ist, der die bei der Durchführung des Verfahrens auftretenden Drücke aufzunehmen vermag und von den während des Verfahrens verwendeten Atmosphären chemisch nicht angegriffen wird. Für die verschiedenen Anschlüsse zum Behälterinneren sind druckdichte Durchführungen oder Druckschleusen vorgesehen, welche symbolisch bei 2k, 26, 28, 30, 32 und Jk eingezeichnet sind. Diese Anschlüsse oder Durchführungen durchdringen die Behälterwandungen, die aus rostfreiem Stahl, hitzebeständigem Glas oder dergleichen bestehen können. In den Zeichnungen ist der Druckbehälter 22 stark vereinfacht dargestellt und stützt sich gegen ein Fundament oder eine Grundplatte 36 ab.

An einem Ende des Druckbehälters 22 befindet sich ein Deckel 38, der an den Behälter bei 40 angeflanscht ist und in einer nicht

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im einzelnen dargestellten Weise abgedichtet ist, um unter Verwendung eines an einem Ende des Druckbehälters 22 befindlichen Flansches 44 und Verschlußvorrichtungen 42 einen lösbaren, druckdichten Abschluß herstellen zu können. Anstelle der durch die Wandungen des Druckbehälters 22 geführten Durchführungen können entsprechende, durch den Deckel 38 geführte Anschlüsse und Durchführungen vorgesehen sein. Eine solche Durchführung ist in Figur 2 gezeigt. Eine im Inneren des Druckbehälters 22 befindliche Trommel 46 ist in einer Welle 48 angeordnet, die durch Lager 50 abgestützt und duroh die druokdiohte Durchführung 32 geführt ist, so daß die Welle mit einem geeigneten Antrieb, beispielsweise einem nicht dargestellten Motor gekuppelt werden kann. Verschiedene elektrische Anschlüsse und Kühlmittelleitungen verlaufen durch die als Hohlwelle ausgeführte Welle 48, wie schematisch bei 52 angedeutet ist. Der zylindrische Teil der Trommel 46 dient als Halterung und Antriebsmittel für den Träger oder das Substrat 54. Das rechte Ende der Trommel ist, wie man aus Figur 2 erkennt, offen, so daß der zylindrische Innenraum 56 der Trommel zugänglich ist. Der Trägerkörper oder das Substrat 54 ist ein verhältnismäßig breiter Streifen aus einem dünnen Trägermaterial, beispielsweise aus einer Kunststoffolie oder einem Kunststoffstreifen. Die Oberfläche dieses Trägers soll beschichtet werden. Bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Beispiel handelt es eich um die Oberseite des Trägers oder Substrates. Hierzu wird der Träger oder das Substrat 54 von einem Vorrat außerhalb des Druckbehälters 22 duroh eine druokdiohte Durchführung oder Drucksohleuse 24 bewegt, läuft dann um eine Walze 58 und wird gegen die Außenfläche der Trommel 46 gedrückt. Dann läuft der Träger 54 um die Trommel 46 herum, welche sich in Richtung des in Figur 1 eingezeichneten Pfeiles bewegt. Schließlich ist der Träger 54 um eine weitere Walze 60 gelegt und läuft dann durch eine Druckschleuse 26 zu einer nicht dargestellten Aufnahmeeinrichtung, wo er gesammelt oder aufgewickelt wird.

Während des Umlaufes um die Trommel 46 wird die Außenseite des Trägers oder Substrates 54 mit einem Dünnfilm beschichtet, während die Innenseite unbeschichtet bleibt, da der Trägerkörper

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oder das Substrat 54 dazwischen liegt und der Trägerkörper dicht gegen die Oberfläche der Trommel 46 angepreßt ist. Der Dünnfilm--. belag wird durch die zu dem Plasmadampf führenden Bedingungen erzeugt, welche in dem Spaltraum 62 zwischen der Auftreffelektrode 54 und der Trommel 46 herrschen.

Die Auftreffelektrode 64 besteht bei der Einrichtung 20 aus vier bogenförmigen Auftreffelektrodenteilen 64-1, 64-2, 64-3 und 64-4, welche im wesentlichen in hohlzylindrischer Anordnung um die Trommel 46 herum vorgesehen sind, wobei die Achse des durch die Auftreffelektrodenteile bestimmten Hohlzylinders mit der Achse der Trommel 46 zusammenfällt. Demgemäß haben die Spalträume 62 im wesentlichen die Form eines Hohlzylinderraumes mit stets gleichbleibender radialer Dicke.

Die Auftreffelektrodenteile sind an Halterungen befestigt, welche schematisch eingezeichnet sind und eine mechanische Justierung ermöglichen und auch die Einführung elektrischer Anschlüsse und ähnlicher Anschlüsse ermöglichen. Demgemäß sind die Auftreffelektrodenteile 64-1 bis 64-4 an entsprechenden Halterungen 66-1 bis 66-4 befestigt. Diese Halterungen reiohen über druckdichte Durchführungen 28 duroh die Druckbehälterwände hindurch und sind hohl ausgeführt. Elektrische Zuleitungen, Anschlußleitungen, mechanische Verbindungen und dergleichen verlaufen durch die HaI-. terungen oder sind zusammen mit diesen durchgeführt und sind allgemein nit 68 bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen, daß Minde stens folgende Funktionen an den Auftreffelektrodenteilen 64 zu verwirklichen sind:

a) Ein Kühlmittel muß im Inneren der Auftreffelektrodenteile umgewälzt werden, um die Temperatur der Auftreffelektrodenteile konstant zu halten und zu regulieren,

b) eine Hochspannung muß zugeführt werden können und es müssen Anschlüsse für eine äußere Abstimmung vorgesehen sein, falls der Plasmadampf mittels Hochfrequenz erzeugt wird und

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c) eine mechanische Einstellung der jeweiligen Lage der Auftreffelektrodenteile muß ermöglicht werden, um die richtige Betriebesteilung erzeugen zu können und die Einstellung verändern zu können, wenn sich die Auftreffelektrodenteile allmählich verbrauchen. Bei bestimmten Einrichtungen soll ein vollständiges Herausziehen der Auftreffelektrodenteile möglich sein, um diese ersetzen zu können, ohne daß der Druckbehälter geöffnet werden muß.

Wie bereits angedeutet, müssen der Druck, die Temperatur und weitere.Größen reguliert bzw. konstant gehalten werden und daher ist eine Anzahl von Meßwertgebern innerhalb des Druckbehälters 22 angeordnet, welche an Instrumente und Regler außerhalb des Druckbehälters angeschlossen sind, um die Regelung durchführen zu können. Die Meßwertgeber sind in Figur i in Form der Bauteile bzw. Geräte 70 eingezeichnet, welche in den interessierenden Bereichen im Behälterinnenraum angeordnet sind und durch druckdichte Durchführungen 60 geführt sind. Äußere Anschlußleitungen, welche zu den Meßgeräten oder Reglern führen, sind mit 72 bezeichnet. Nachdem die Auftreffelektrodenteile 64 segmentweise vorgesehen sind, können die Meßwertgeber 70 sehr nahe an die Trägeroberfläche gebracht werden und befinden sich in den Räumen zwischen den Auftreffelektrodenteilen. Auf diese Weise erhält man sehr genaue Meßwerte und man kann, was sonst nicht möglich ist, an vielen Stellen messen.

Wie bereits erwähnt, besteht die Auftreffelektrodenanordnung aus Auftreffelektrodenteilen 64-1, 64-2, 65-3 und 64-4. Diese Teile haben die Gestalt von bogenförmigen Zylindersegmenten, wobei die Zylindersegmente langgestreckt sind. Das bedeutet, daß ihre größte Abmessung parallel zur Achse des von ihnen aufgespannten Hohlzylinderräumes verläuft. Es handelt sich hierbei nicht um ein wesentliches Merkmal von Einrichtungen der hier vorgeschlagenen Art, doch ergibt sich möglicherweise so die größte Wirtschaftlichkeit. Praktisch kann jedes der Segmente wieder aus einer Vielzahl zueinander parallelliegender Einzel-

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teile zusammengesetzt sein, welche unmittelbar nebeneinander liegen oder sogar geringen Abstand voneinander haben, wobei die Einzelteile nicht notwendigerweise sämtlich aus gleichem Werkstoff bestehen müssen, sei es in ihrer Gesamtheit oder nur an ihren Oberflächen. Außerdem sei erwähnt, daß zwar im vorliegenden Beispiel vier Auftrefielektrodenteile gezeigt sind, daß aber auch mehr oder weniger Auftreffelektrodenteile verwendet werden können.

Auftreffelektrodenteile, wie sie hier gezeigt sind, lassen sich leicht herstellen. Sie können gegossen, gesintert oder in anderer Weise geformt werden. Nachdem sie verhältnismäßig flach oder dünn sind, können sie im Gegensatz zu Auftreffelektroden, welche als ganze Zylinderkörper auszubilden sind, sogar ausgestanzt werden. Hohle Auftreffelektroden lassen sich einfach durch Zusammenschweißen entsprechender Auftreffelektrodenteile aufbauen.

Die Auftreffelektrodenteile erzeugen jeweils einzeln Plasmadampfwolken, welche in Figur i punktiert bei 57-1, 57-2, 57-3 und 57-4 eingezeichnet sind. Jede Plasmadampfwolke hat die Gestalt eines Hohlzylindersegmentes von gleicher Gestalt wie der Spaltraum 62, der zwischen dem betreffenden Auftreffelektrodenteil und der Trommel 46 liegt. Die von jedem Auftreffelektrodenteil erzeugte Plasmadampfwolke geht nicht über die Umgrenzung des betreffenden Auftreffelektrodenteiles hinaus. Man kann also davon ausgehen, daß das Plasmadampfwolken-Segment entsprechend dem zugehörigen Auftreffelektrodenteil abgeteilt ist. Dies ist aus verschiedenen Gründen zweckmäßig, welche bereits erwähnt wurden, unter anderem auch für die Anordnung der Meßwertgeber und der magnetischen Schranken, die weiter unten im Zusammenhang mit Figur 9 beschrieben werden.

Die Plasmadampfwolken-Segmente 57-1 bis 57-4 bilden also einen zylindrischen Gürtel eines Plasmadampfes, wobei die einzelnen Teile umfangsmäßig geringen Abstand voneinander haben und der

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zylindrische Gürtel koaxial zu dem Zylinder ist, der durch die Auftreffelektrodenteile und die Trommel 46 definiert ist. In dem von den Plasmadampfwolken gebildeten Gürtel ist an dessen Unterseite eine Unterbrechung 59 gebildet, welche wesentlich größer bezüglich ihrer Winkelausdehnung ist als der Abstand zwischen den einzelnen Teilen des Plasmadampfwolkengürtels. Wie bereits erwähnt, tritt der Träger oder das Substrat 54 über diese Unterbrechung in den Gürtelbereich ein und verläßt, ebenfalls an der Stelle der Unterbrechung, den Gürtelbereich wieder. Bei dem Sputterverfahren bildet die zu beschichtende Oberfläche des Substrats oder Trägere 54 die Trennfläche zwischen dem Trägerkörper 5^ und den Piaamadaapfwölken. Die zur Bildung des Plasmadampfes führenden Bedingungen werden in den Spalträumen 62 geschaffen, welche bezüglich Anzahl und radialer Abmessung den einzelnen Plasmadampfwolken entsprechen. Während des Sputterverfahrens können die Breiten der einzelnen Spalträume 62 zur Aufrechterhaltung gleichförmiger Beschichtungsbedingungen und gleicher Bedingungen bezüglich des Hochfrequenzfeldes durch Einstellung der einzelnen Auftreffelektrodenteile auf unterschiedliche Breite eingestellt werden, doch haben die Spalträume im allgemeinen zunächst gleiche radiale Dicke, wenn die Einzelteile genau gefertigt sind.

An den Spalträumen 62 wird ein magnetisches Feld erzeugt, um Sekundärelektronen aus den Spalträumen zu vertreiben. Dies kann durch Anordnung von Permanentmagneten geschehen, welche neben den Spalträumen an den axialen Enden der Auftreffelektrodenteile 64-1 bis 64-4 vorgesehen werden oder das magnetische Feld kann durch Einrichtungen geschaffen werden, wie sie in den Figuren 1 und 2 oder in Figur 9 gezeigt sind. In diesem Falle ist das magnetische Feld »it Bezug auf die Trommel 46 und die Auftreffelektrodenanordnung 64 radial gerichtet. Innerhalb des in der Trommel 46 befindlichen, zylindrischen Raumes 56 ist ein geschlitzter, topfförmiger oder zylindrischer Magnet 74 zentrisch angeordnet, der an einer Welle 76 befestigt ist, welche an der rechten Abschlußwand des Druckbehälters 22 befestigt oder abgestützt ist. Im vorliegenden Falle reicht die Welle 76 über eine

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druckdichte Durchführung 34 durch die Wandung des Druckbehälters htiduroh. Der topiförmige oder zylindrische Magnet 74 wirkt mit einer Anzahl bogenförmiger Magnetkörper 78 zusammen, die rund um die Auftreffelektrodenteile 64 koaxial zur Trommel 46 angeordnet sind.

Sekundärelektronen, welche von dem Plasmadampf erzeugt werden, treffen auf den Träger oder das Substrat auf und heizen den Träger in unerwünschter Weise auf. Die beschriebene Anordnung treibt die Sekundärelektronen aus den Spalträumen 62 in axialer Richtung in die freien Räume des Druckbehälters, wo ihre Energie vernichtet wird, ohne daß Schaden entsteht, so daß der Träger 54 und die Trommel 56 kühler bleiben, als wenn man die Sekundärelektronen auf diese Teile auftreffen ließe.

Das Magnetfeld in den Spalträumen 62 kann durch Stabmagneten erzeugt werden, die neben den Auftreffelektrodenteilen liegen, wie aus Figur 9 ersichtlich ist. Diese Konstruktion ist einfacher und raumsparender als die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Konstruktion.

Die Vorteile gekrümmter Auftreffelektrodenteile ergeben sich bei einem praktischen Ausführungsbeispiel durch eine Auftreffelektrodenanordnung aus im Abstand voneinander gelegenen Segmenten, welche zu einem Gürtel von Plasmadampfwolkensegmenten führen, die sich um die Trommel 46 herum bilden und die für die Beschichtung notwendigen Bedingungen erzeugen. Eine Erklärung für die hohe Ablagerungsgeschwindigkeit wird im Zusammenhang mit den Figuren. 3A und 3B gegeben. Zunächst sei Figur 3A näher betrachtet. Hier ist ein Teilsohnitt durch eine Besohichtungseinrichtung 20 gezeigt, wobei als Beispiel das Auftreffelektrodenteil 64-2 wiedergegeben ist, das mit einem Innenraum oder Innenkanälen 80 versehen ist, die mit einem umwälzbaren Kühlmittel erfüllt sind. Die Innenfläche des Auftreffelektrodenteiles 64-2 trägt eine Plattierung oder eine Beschichtung 82 aus einem Metall oder einem anderen Werkstoff, welcher abgelagert werden soll. Die Trom-

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mel 46 besitzt ebenfalls einen Innenraum oder Innenkanäle 84, die mit .einem umzuwälzenden Kühlmittel erfüllt sind. Ein Träger oder Substrat 5^ liegt auf der konvexen Oberfläche der Trommel 46 auf und wird einer Plasmadampfwolke 57-2 ausgesetzt, die in dem Spaltraum 62 zwischen dem Auftreffelektrodenteil 64-2 und der Trommel 46 erzeugt wird. Ein Hochspannungspotential ist zwischen das Auftreffelektrodenteil und die Trommel 46 angelegt, indem die Trommel bei 86 geerdet ist, während das Auftreffelektrodenteil mit einer Hochspannungsquelle über eine Leitung 88 verbunden ist. Die aus der Schicht 82 des Auftreffelektrodenteils herausgeschlagenen Atome werden über den Spaltraum 62 hinweggetrieben. Zwar sind im allgemeinen die Wege der Atome nicht genau radial, wie durch die strichpunktierten Pfeillinien angedeutet ist , doch liefert die Betrachtung der radial bewegten Atome einen guten Einblick in die Vorgänge bei der Beschichtung. Nimmt man an, daß sämtliche Partikelchen sich radial bewegen, so erkennt man, daß sich die Wege der Partikel bei Annäherung an die Oberfläche des Trägers oder Substrates 54 zusammendrängen, da der Krümmungsradius des Trägers oder Substrates kleiner als der Krümmungsradius der Schicht 82 des Auftreffelektrodenteiles ist.

In Figur 3B ist ein bogenförmiges Flächenstück 82' herausgezeichnet, welches der nach innen weisenden Oberfläche der Schicht 82 entspricht und Teil eines Zylinders bildet, dessen Achse mit 90 bezeichnet ist. Eine weitere gekrümmte Fläche ist bei 54' gezeigt und entspricht der nach außen weisenden Oberfläche des Substrates oder Trägers $k. Auch die Oberfläche 5^' bildet Teil eines Zylinders, dessen Achse mit der Achse 90 zusammenfällt, dessen Durchmesser aber kleiner als der des zuvor erwähnten Zylinders ist. Die Differenz der Radien auf einer Seite der Zylinderachse entspricht dem Abstand 62' und damit der Weite des Spaltes 62. Ein bestimmtes Flächenstück ABCD auf der Fläche 82' erzeugt bei radialer Projektion auf die Fläche 5^' ein Flächenstück A¹B¹C¹D¹, dessen Vertikelabmessungen A¹B¹ und C¹D' den jeweils entsprechenden Vertikalabmessungen AB und CD gleich sind. Bezüglich der Abmessungen der jeweiligen Flächen in Umfangsrich-

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tung erkennt man sogleich, daß die Seiten A¹D¹ und B¹D¹ wesentlich kleiner als die entsprechenden Abmessungen AD und BC sind.

Nimmt man an, daß das Flächenstück ABCD Partikel senkrecht zu der Fläche 82' emittiert, so erkennt man, daß all diese emittierten Partikelchen auf das bedeutend kleinere Flächenstück A'B¹C¹D¹ konzentriert werden müssen. Wären die Flächen 82' und 5^¹ zueinander planparallel, so wäre die Verteilung der Partikel auf dem Flächenstück A'B'C'D' identisch mit der Verteilung der das Flächenstück ABCD verlassenden Partikel. Würden die Partikel andererseits zwar von demselben Flächenstück ABCD emittiert, jedoch auf eine Fläche projiziert, die Teil eines Zylinders bildete, der einen größeren Krümmungsradius als die Fläche 82· hat, (beispielsweise entsprechend dem Fall einer Projektion von dem Flächenstück A'B'C'D' auf das Flächenstück ABCD), so wäre die Konzentration der Partikelehen am Orte des Auftreffens bedeutend geringer als die Konzentration der die projizierende Fläche gerade verlassenden Partikel.

Die Flächeneinheit auf der Fläche, von der die Projektion ausgeht, wird als projizierende Flächeneinheit bezeichnet und entspricht in der Darstellung nach Figur 3B dem Flächenstück ABCD. Das projizierte Bild dieses Flächenstückes auf der Fläche, welche die emittierten Partikel aufnimmt, wird als Flächeneinheit der freiliegenden Substratoberfläche bezeichnet und entspricht im Falle der Darstellung nach Figur 3B dem Flächenstück A'B'C'D'.

Aus der Darstellung wird deutlich, daß das Verhältnis der Größe der projizierenden Flächeneinheit zur Größe des die Partikel empfangenden Flächenstückes bedeutend größer als Eins ist, so daß sich in außerordentlich vorteilhafter Weise eine hohe Ablagerungsgeschwindigkeit in der Sputtereinrichtung erzielen läßt.

In Figur k ist der Teil einer Einrichtung 92 dargestellt, welche besonders für die Aufbringung von Dünnfilmbelägen auf verhältnismäßig breite Träger oder Substrate geeignet ist. In Figur k ist eine Vorratsrolle 94 gezeigt, von welcher der Träger 96 abgezogen

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und über eine Walze 98 geführt wird, wo er mit einer Trommel 99 in Berührung kommt. Er wird dann um die Trommel 99 herumgelegt und verläuft gerade nach abwärts zu einem Aufnahmehaspel oder einer Aufnahmerolle 100. Die Auftreffelektrodenanordnung enthält vier Auftreffelektrodenteile 101, 102, 103 und 104, welche im wesentlichen ähnliche Gestalt wie die zuvor beschriebenen, entsprechenden Bauteile besitzen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Auftreffelektrodenteile 101, 102 und 103 bogenförmig und untereinander gleich. Das Auftreffelektrodenteil 104 ist jedoch nicht ganz in derselben Weise gekrümmt wie die übrigen Elektrodenteile, um den Träger oder das Substrat 96 tangential von der Trommel 99 abführen zu können, so daß eine weitere Walze, etwa entsprechend der Walze 98, entfallen kann. Die Auftreffelektrodenteile 101, 102, 103 und 104 haben bestimmten Abstand von der Trommel 99, so daß sich Spalträume 106 ergeben, in welchen die segmentförmigen Plasmadampfwolken erzeugt werden. Diese Plasmadampfwolken bilden einen Gürtelbereich, der sich im wesentlichen zylindrisch um die Trommel 99 legt, wobei im Bereich des Auftreffelektrodenteiles 104 eine geringe Verzerrung vorliegt. Trotzdem ist der Gürtelbereich bogenförmig und nahezu zylindrisch. Eine Unterbrechung des Gürtelbereiches ist mit 108 bezeichnet und befindet sich zwischen den Auftreffelektrodenteilen 104 und 101. Durch diese Unterbrechung tritt der Träger oder das Substrat 96 in den Behandlungsbereich ein und verläßt ihn wieder.

Die Figuren 5 und 6 zeigen praktische Konstruktionen einer Sputtereinrichtung der hier vorgeschlagenen Art. Die Einrichtung ist in den Figuren 5 und 6 mit 110 bezeichnet, wobei der grundsätzliche Aufbau atwa Figur 4 der Zeichnung entspricht, während bestimmte Abwandlungen an der Auftreffelektrodenanordnung vorgenommen sind. Es handelt sich also bei dem Träger oder Substrat um ein verhältnismäßig breites Band oder um eine breite Bahn, welche in einer Windung um die Trommel gelegt ist. In Figur 5 sind die verschiedenen Einzelteile der Einrichtung 110 in einem Zustand gezeigt, in welchem die Einrichtung zu Wartungszwecken ge-

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öffnet oder auseinandergenommen ist. Die stillstehenden Teile befinden sich auf der linken Seite von Figur 5, während die beweglichen Teile nach rechts abgezogen sind. Der stillstehende Teil der Einrichtung enthält einen Druckbehälter 112, der auf der rechten Seite offen ist und mit einem Flansch 114 versehen ist, der Bohrungen 116 aufweist, um Schrauben oder andere Befestigungsmittel hindurchstecken zu können, wie etwa in Figur 2 bei 42 angedeutet ist. Es können beliebige, robuste, rasch betätigbare Befestigungsmittel vorgesehen sein. Die linke Seite des Druckbehälters 112 weist eine Abschlüßwand 118 auf, die in der Darstellung nach Figur 6 sichtbar ist und nachfolgend genauer beschrieben wird. Der Druckbehälter 112 wird durch Stege 120 abgestützt, die an einer starren Grundplatte 122 befestigt sind.

Die Auftreffelektrodenanordnung 124 ist am oberen Teil der Innenwand des Druckbehälters 112 sichtbar und sei nachfolgend genauer beschrieben. Die Auftreffelektrodenteile bestehen aus einer Vielzahl langgestreckter Stangen oder Streifen, die im wesentlichen in einer Anordnung entsprechend der Darstellung von Figur 4 nebeneinander liegen. In Figur 5 sind also ein oberer gekrümmter Abschnitt entsprechend dem Auftreffelektrodenteil 103 und ein unterer Abschnitt entsprechend dem Auftreffelektrodenteil 104 jeweils teilweise sichtbar. Die übrigen Teile der Auftreffelektrodenanordnung sind in Figur 5 nicht zu sehen.

Außerdem sieht man in Figur 5 Magnetkörper entsprechend den Bauteilen 78 gemäß den Figuren 1 und 2. Diese Magnetkörper sind in Figur 5 mit 126 bezeichnet.

Im Inneren des Druckbehälters 112 sind an wichtigen Punkten Meßwertgeber oder Detektoren angeordnet, von welchen aus entsprechende Anschlußleitungen und/oder elektrische Leitungen an verschiedenen Stellen aus dem Druckbehälter 112 herausgeführt sind. So sind in den Figuren 5 und 6 beispielsweise Anschlußkästen 128 schematisch dargestellt, an welchen druckdichte Durchführungen durch die Wand des Druckbehälters 112 vorgesehen sind und von

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welchen Leitungen 130 ausgehen, die in einem großen Kabel 132 gesammelt werden, das zu einem Instrumenten- und Steuerpult oder -Kasten 134 führt. Zur Steuerung des Sputterverfahrens können noch weitere Meßwertgeher oder Detektoreinrichtungen erforderlich sein, die an verschiedenen Punkten innerhalb des Druckbehälter angeordnet werden. Um dies deutlich zu machen, sind bei 136 und 138 zusätzliche Kabel und Leitungen gezeigt, die ebenfalls zu dem Instrumenten- und Steuerpult bzw. -Kasten führen. In dem Gehäuse oder Kasten 134 können auch die druckdichten Anschlüsse zum Evakuieren des Druckbehälters, die Anschlüsse zum Einführen des Argons oder eines anderen Ionisatinnsgases, Anschlüsse zum Einführen eines Dotierungsmittels oder eines Gases als Bestandteil des zu bildenden Dünnfilmes und dergleichen mehr angeordnet sein. Mit 140 sind verschiedene Rohranschlüsse und mit 142 zugehörige Ventilsteuermittel bezeichnet. Die praktisch verwendeten Instrumente oder automatische Regler und dergleichen können an einem anderen Ort vorgesehen sein, so daß das Instrumenten- und Steuerpult oder das Gehäuse 134 in erster Linie als ein großes Anschlußgehäuse dient, von welchem die bei 144 schematisch angedeuteten elektrischen Anschlußleitungen und/oder weitere Anschlußleitungen zu einem anderen Ort wegführen. Das in den Druckbehälter einzuführende, notwendige Kühlmittel wird vermittels der Umwälzleitungen 146, die mit einer Isolation 148 versehen sind, zugeführt, wobei die Leitungen über einen Anschluß und ein Ventil 150 in den Druckbehälter eintreten.

Die Befestigung für den zentrischen Magneten entsprechend dem topfförmigen Magneten 74 nach den Figuren 1 und 2 ist bei 52 sichtbar und tritt an dieser Stelle durch die Abschlußwand 118 des Druckbehälters. Es können noch weitere, in dem Druckbehälter anzuordnende Geräte an der rückwärtigen Abschlußwand 118 befestigt sein oder über diese Rückwand mit Anschlüssen versehen sein.

Der bewegliche Teil der Einrichtung 110 ist allgemein mit 154 bezeichnet und ist auf einem Schlitten oder einem Wagen I56 be-

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festigt, der mit Rollen 158 versehen ist, um eine Verschiebung oder ein Verfahren des Wagens gegenüber dem Druckbehälter 112 zu ermöglichen. Eine kräftige Säule 160 ist an dem Wagen 156 befestigt und trägt ein Steuerpult oder eine Instrumententafel 164, die Schalter, Instrumente und Steuerknöpfe aufweisen kann. Das Steuerpult oder die Steuertafel 164 dient zur Überwachung bzw. Steuerung bzw. Betätigung der verschiedenen Meßwertgeber oder Detektoren, welche mit dem beweglichen Teil 154 der Einrichtung 110 verbunden sind sowie verschiedener anderer Anlagenteile und Bauteile, die sich an dem Teil 154 befinden, beispieleweise Antriebsmotoren und dergleichen. Kabel, Leitungen und Anschlüsse von dem Steuerpult bzw. der Steuertafel können, wie bei 166 und 168 angedeutet ist, zu einem anderen Ort führen. Es kann sich dabei um Kühlmittelleitungen, elektrische Leitungen zur Leistungsübertragung, Signalleitungen und dergleichen handeln.

Ein Deckel 170, der mit Bohrungen 172 versehen ist, um über die Bohrungen 116 dicht mit dem Druckbehälter 112 verbunden werden zu können, ist an dem Wagen oder Schlitten 156 in geeigneter Weise befestigt. Beispielsweise sind in der Darstellung von Figur 5 Befestigungslaschen oder Befestigungsbügel 174 und 176 gezeigt, die von dem Deckel 170 zur Grundplatte des Wagens 156 bzw. zum Scheitel der Säule 160 reichen, welche an dieser Stelle einen Antriebsmotor 178 enthält. Eine Trommel 180 ist an dem Deckel 170 drehbar gelagert und über eine geeignete Antriebswelle 182 vermittels des Motors 178 antreibbar. Auch die Vorratsrolle 184 ist an dem Deckel 170 gelagert und mit einer entsprechenden Hemmung, beispielsweise einer Reibungskupplung versehen, welche symbolisch bei 186 eingezeichnet ist und an der Außenseite des Deckels 170 befestigt ist. Der Aufnahmehaspel oder die Aufnahmerolle 188 ist an der Innenseite des Deckels 170 gelagert und über geeignete Antriebsmittel von dem Motor 178 aus antreibbar. Beispielsweise zweigt eine Antriebseinrichtung von der Welle 182 ab und enthält eine Antriebskette, einen Treibriemen oder Getriebemittel, welche in dem schematisch bei I90 angedeuteten, außerhalb des Deckels I70 befestigten Gehäuse untergebracht sein

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können. Die Walze 192 1st über eine einfache Drehlagerung 194 frei umlaufend an dem Deckel 170 befestigt.

Der Träger oder das Substrat I96 entsprechend dem Träger oder Substrat 96 ist zunächst auf der Vorratsrolle 184 entsprechend der zuvor erwähnten Vorratsrolle 94 aufgewickelt und läuft zur Beschichtung mit einem Dünnfilm über die Andruckwalze 192 (entsprechend der zuvor erwähnten Andruckwalze 98) und um die Trommel 180 (entsprechend der Trommel 99) zu dem Aufnahmehaspel 188 (entsprechend dem Aufnahmehaspel 100 der zuvor beschriebenen Ausführungsform). Die zur Bildung des Plasmadampfes notwendigen Bedingungen werden in der Einrichtung 110 erzeugt, sobald der feststehende Teil und der verfahrbare Teil zusammengefügt sind.

Aus Figur 6 ist zu ersehen, daß die Abschlußwand 118 eine gruppenweise Anordnung von Buchsen 198 aufweist, welche abgeschlossen sind. Es ist keine ins einzelne gehende Verschlußkonstruktion dargestellt, doch sei erwähnt, daß beliebige druckdichte Verschlüsse verwendet werd.en können, welche gestatten, daß über die jeweiligen Buchsen eingeschobene Stangen oder Stäbe gegebenenfalls ersetzt oder ausgetauscht werden können. Zwei solche Stäbe sind in einer demontierten Stellung in Figur 6 bei 200 gezeigt und auf die jeweils zugehörigen Buchsen ausgerichtet. Kühleinrichtungen sind in Figur 6 nicht gezeigt, doch sei bemerkt, daß die Stäbe der Auftreffelektrodenanordnung gekühlt werden.

Wie zuvor erwähnt, wird die Auftreffelektrodenanordnung zweckmäßig aus einer Anzahl von Stangen oder Stäben zu einer vollständigen Anordnung zusammengesetzt. Figur 7 zeigt eine solche Anordnung, bei welcher der Auftreffelektrodenteil, der hier mit 202 bezeichnet ist, bogenförmige Gestalt besitzt und die Form eines Zylindersegmentes hat, wobei Figur 7 einen Querschnitt zeigt, um die Trommel herum sind mehrere dieser Auftreffelektrodenteile angeordnet, so daß ein Zylinder oder im wesentlichen der Hauptteil eines Zylinders entsteht, ähnlich der Auftreffelektrodenanordnung 64 gemäß Figur 1 oder ähnlich den Auftreffelek-

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trodenteilen 101 bis 104 nach Figur 4. Das Auftrellelektrodenteil 202 gemäß Figur 7 stellt ein Bauteil beispielsweise entsprechend einem einzigen Auftreflelektrodenteil 64-1 dar.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet eine mit Innenkanälen oder einem Innenraum 206 versehene Basisplatte 204 den tragenden Bestandteil des Auftrefielektrodenteils. Das Bauteil kann aus einem beliebigen Metall gefertigt sein, das in die gewünschte Form gebracht werden kann, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder dergleichen als Schweißkonstruktion, Gußteil usw.. Im vorliegenden Falle ist die konkave Frontfläohe einer bogenförmigen Wand 208, welche der Trommel 180 zugekehrt ist, mit einer Reihe von im Querschnitt runden Rillen oder Nuten versehen, welche zur Aufnahme einer entsprechenden Anzahl im Querschnitt kreisförmiger Stäbe oder Stangen 210 dienen. Die Stangen oder Stäbe 210 können in ihrer Lage festgeschweißt sein oder auch festgespannt oder in anderer Weise festgehalten sein, um einen sehr guten elektrischen Kontakt zu der Wand 208 der Basisplatte 204 herzustellen. Die Basisplatte 204 kann ständig an der Behälterwand, beispielsweise an der Abschlußwand 118 befestigt sein, so daß auch die Stäbe oder Stangen 210 ständig in ihrer Lage festliegen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Stäbe 210 entfernbar auszubilden, wie dies beispielsweise in Figur 6 am Beispiel der Stäbe 200 gezeigt ist. Wenn sich dann die Stäbe 210 während des Sputterverfahrens verbrauchen, so können sie leicht ausgetauscht werden.

Die Stäbe 210 können jeweils aus demselben Metall bestehen oder sie können aus unterschiedlichen Werkstoffen zu gleichen oder ungleichen Anteilen bestehen. Liegen die Stäbe 210 nahe beieinander und verlaufen parallel zueinander und zur Achse der Trommel, so stellt die Plasmadampfwolke, welche durch das Auftreifelektrodenteil 202 insgesamt erzeugt wird, eine Projektion der konkaven Fläche dar, welche durch die Stäbe 210 aufgespannt wird.

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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 8 ist anstelle der flüssigkeitsgektihlten Basisplatte 204 eine Anordnung von hohlen Stäben oder Rohren 214 vorgesehen, wobei das Kühlmittel durch die Bohrungen 216 der Stäbe oder Rohre läuft. Die Rohre selbst bilden in ihrer bogenförmigen Anordnung das Auftreffelektrodentexl und sind auswechselbar ausgebildet. Dies wird genauer anhand der Figuren 11 bis 13 erklärt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 9 besitzt das Auftreffelektrodenteil 218 wieder eine Basisplatte 220 mit einem Innenraum 222 zur Durchleitung eines Kühlmittels. Der sich verbrauchende Teil des Auftreffelektrodenteils 218 besteht aus einer Vielzahl im Querschnitt rechteckiger Stäbe 224, welche auf die konkave, nach innen weisende Oberfläche der Basisplatte 220 aufgeschweißt sind. Die Stäbe können wieder aus jeweils gleichem Material oder aus vielerlei verschiedenem Material bestehen, je nach der Zusammensetzung der als Dünnfilmbelag auf dem Träger abzulagernden Verbindung. Ein Teil der Trommel ist bei 226 angedeutet, so daß man auch den Spaltraum 228 erkennt, in welchem die Plasmadampfwolke erzeugt wird.

Anstelle des magnetischen Systems, welches in Verbindung mit den Figuren i und 2 beschrieben wurde und die Bauteile 78 und 74 enthielt, ist im vorliegenden Beispiel ein einfachereres Magnetsystem vorgesehen. Es enthält zwei Magnetstäbe 230 und 232 entgegengesetzter Polarität, welche ein magnetisches Feld erzeugen, das durch die gestrichelten Linien angedeutet ist und dazu dient, Sekundärelektronen aus dem Spaltraum 228 in axlaLer Richtung mit Bezug auf den Spalt auszutreiben.

Die Stäbe 224 können in ihrer Lage auch festgespannt und auswechselbar ausgebildet sein, ähnlich, wie dies im Zusammenhang mit Figur 7 erwähnt wurde.

Die Konstruktion nach Figur 10 sieht einzelne Teile 236 vor, die nahe beieinanderliegen und eine Reihe oder Gruppe bilden. Die

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Teile 236 können gegebenenfalls mit gleichem Abstand in einer zylindrischen Anordnung vorgesehen sein. Jedes Teil 236 enthält einen hohlen Basiskörper 238, in welchem ein Kühlmittelkanal verläuft sowie eine Schicht 242 aus einem abzulagernden Metall oder anderen Werkstoff. Die Schichten 242 müssen nicht jeweils aus gleichem Werkstoff bestehen.

Figur 11 zeigt Einzelheiten einer Anordnung, bei welcher die Auftreffelektrodenkonstruktion 212 nach Figur 8 verwendet ist. Die rückwärtige Abschlußwand 118 des Druckbehälters trägt einen Rahmen 244, der mittels Flanschen 246 an der Abschlußwand befestigt ist. Es kann sich um eine einfache, bei 248 gezeigte Befestigungskonstruktion mit Schrauben und Muttern handeln, doch ist jedenfalls darauf zu achten, daß die Befestigung druckdicht ist. Wie bereits ausgeführt, ist eine Anzahl von Röhren 214 in bogenförmiger Anordnung vorgesehen. Die Wand 250 des Rahmens weist eine entsprechende Anzahl von Buchsen 252 auf, welche festgeschweißt sind und durch die Abschlußwand 118 hindurchreichen. An ihrem rückwärtigen Ende sind die Buchsen 252 mit Außengewinde versehen. Der innere Teil 256 des Rahmens 244 trägt Buchsen 258, an welchei Umleitungsschleifen 260 befestigt sind, die beispielsweise an den Buchsen festgeschweißt sind. Die Röhren 214 besitzen einen inneren, rohrartigen Metallkern 262 zur Erzielung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit, wobei die Bohrungen 216 des Metallkerns zur Durchleitung des Kühlmittels dienen. Die Außenflächen der Röhren 214 sind mit einer Schicht versehen, die sich während des Sputterverfahrens verbraucht. Diese Außenschicht ist in Figur I3 mit 264 bezeichnet. Die Röhren 214 können in jeder Anordnung jeweils Außenschichten aus unterschiedlichen Werkstoffen aufweisen.

Die Röhren 214 werden durch die Buchsen 252 eingeführt und stützen sich in den Buchsen 258 gegen einen Innenabsatz 266 ab, der in cen Buchsen 258 gebildet ist. Überwurfmuttern 268 können an den Außengewinden 254 festgezogen werden, wobei geeignete Dichtungen oder Packungen 270 vorgesehen sind, um eine Abdich-

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tung der Innenatmosphäre auf der linken Seite der Abschlußwand 118 gemäß Figur 13 zu erzielen. An die vorstehenden Enden der Röhren 214 können Kühlmittelleitungen 272 durch geeignete Kupplungen oder Schlauchklemmen 274 angeschlossen werden. Ein Schlauch oder eine Rohrleitung 273 kann zum nächst tieferliegenden Paar von Röhren 214 führen. Auch hier ist es notwendig, die Abdichtung zwischen der Außenatmosphäre und dem Druckbehälterinnenraum sicherzustellen.

Die Röhren 214 lassen sich leicht und wirtschaftlich herstellen und können leicht ersetzt werden, ohne daß der Druckbehälter bzw. der Abschlußdeckel 118 geöffnet wird.

Die schematisch in Figur 14 gezeigte Einrichtung ist ähnlich ausgebildet wie die zuvor beschriebenen Einrichtungen, jedoch mit der Ausnahme, daß hier der Träger oder das Substrat in mehreren Windungen um die Trommel herumläuft. Die Abbildung versteht sich ohne ins einzelne gehende Erläuterungen von selbst. Der Träger oder das Substrat 282 läuft von der Vorratsrolle 284 ab, um die Andruckwalze 286 herum, weiter um die Trommel 288 unter den Auftreff elektrodenteilen 291, 292, 293 und 294 hindurch sowie unter Vollendung der ersten Windung um die Andruckwalze 296 herum und schließlich über eine Strecke 299 zu einem Umkehr- und Verschiebungsmechanismus 298. In der Zeichnung ist das Blocksymbol 298 nur schematisch angegeben. Bei 300 tritt das Substrat oder der Träger 282 aus dem Mechanismus 298 wieder hervor und ist um ein kurzes Stück in axialer Richtung mit Bezug auf die Längsrichtung der Trommel 288 verschoben. Der Träger oder das Substrat macht dann eine weitere Windung um die Trommel, tritt bei 301 wieder in den Mechanismus 298 ein, kommt bei 302 aus dem Mechanismus axial verschoben hervor.usw.. Nach verschiedenen Windungen läuft der Träger oder das Substrat 282 schließlich zu dem Aufnahmehaspel oder der Aufnahmerolle 306. Es sei darauf hingewiesen, daß die Auftreffelektrodenteile aus zueinander parallelen Stäben aufgebaut sind. Anlagenteile, welche nicht im einzelnen dargestellt sind, können entsprechend ausgebildet sein wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.

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Claims

Patentansprüche

lVVerfahren zur Herstellung eines Dünnfilmbelages auf einem Träger durch Plasmadampfbeschichtung in einem Druckbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß ein bogenförmiger Gürtel segmentartiger Plasmadampfwolken erzeugt und der Träger von einem Bereich außerhalb dieses Gürtels auf einem der Gestalt dieses Gürtels angepaßten Weg durch den Bereich des Plasmadampfwolken-Gürtels und dann wieder aus diesem Bereich geführt wird, wobei die konvexe Fläche des Trägers dem Plasmadampf zugekehrt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die dem Plasmadampf zugekehrte Trägeroberfläche gekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger während der Beschichtung kühlgehalten wird, indem Sekundärelektronen magnetisch aus dem Plasmadampfwolken-Gürtelbereich getrieben werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger auf seinem der Gestalt des Plasmadampfwolken-Gürtels angepaßten Weg mehrere Windungen bildet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Träger auf seinem der Gestalt des Plasmadampfwolken-Gürtels angepaßten Weg eine einzige Windung bildet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmadampfwolken-Gürtel im wesentlichen zylindrische Gestalt besitzt und an einer Umfangsstelle unterbrochen ist, an welcher der Träger in den Plasmadampfwolken-Gürtel-

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bereich eingeführt und aus diesem Bereich wieder herausgeführt wird.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche i bis 6, gekennzeichnet durch eine Vorratshaltevorrichtung (94 bzw. 184 bzw. 284) zur Speicherung eines langgestreckten Trägerstückes (96 bzw. 282) sowie eine Aufnahmevorrichtung (lOO bzw. 188 bzw. 306) zur Aufnahme des beschichteten Trägers, ferner durch einen Druckbehälter (112), in welchem die zur Plasmadampfbeschichtung oder zum Sputtern notwendigen Bedingungen erzeugbar sind, weiter durch mehrere, in dem Druckbehälter befindliche Auftreff elektroden (64-1 bis 64-4 bzw. 124 bzw. 202 bzw. 212 bzw. 218 bzw. 234 bzw. 244 bzw. 291 bis 294), welche einen mindestens längs eines wesentlichen Abschnittes bogenförmigen Gürtel von segmentartigen Plasmadampfwolken erzeugen sowie durch in dem Druckbehälter angeordnete Führungseinrichtungen (46 bzw. 99 bzw. 180 bzw. 288), mittels welchen der Träger von der Vorratshaltevorrichtung durch den Gürtelbereich zur Aufnahmevorrichtung führbar und bewegbar ist und welche eine den Träger halternde, bewegbare Anode enthalten, welche den Träger auf einem bogenförmigen, mit bestimmtem Abstand innerhalb des bogenförmigen Teiles des genannten GUrtelbereiches der Plasmadampfwolken verlaufenden Weges führt.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen eine drehbare Trommel (46 bzw. 99 bzw. 180 bzw. 288) enthalten, die koaxial zum Krümmungsmittelpunkt des bogenförmigen Abschnittes des Plasmadampfwolken-Gürtels angeordnet ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffelektroden (64-1 bis 64-4 bzw. 101 bis 104 bzw. 124 bzw. 202 bzw. 212 bzw. 218 bzw. 234 bzw. 244 bzw. 291 bis 294) längs eines Bogens mit bestimmtem umfangsmäßigem gegenseitigem Abstand angeordnet sind.

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10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Auftref!elektrode im wesentlichen die Gestalt eines axialen Hohlzylindersegmentes (64-1 bis 64-4 bzw. 101 bis 104 bzw. 124 bzw. 202 bzw. 212 bzw. 218 bzw. 234 bzw. 291 bis 294) hat und daß die Auftreffelektroden mit Bezug auf die Hohlzylinderform gegenseitigen umfangsmäßigen Abstand besitzen.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der die Anordnung der Auftreffelektroden bestimmende Hohlzylinder im Bereich des Zwischenraumes zwischen zwei Auftreffelektrodensegmenten eine Unterbrechung oder Öffnung besitzt und daß die Führungseinrichtungen derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie den Träger von der Außenseite des Zylinders über diese Unterbrechung oder Öffnung auf einen Weg auf der Innenseite des Zylinders und wieder von dort auf die Außenseite des Zylinders führen.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffelektroden einzelne, langgestreckte Stäbe oder Rohre (124 bzw. 210 bzw. 214 bzw. 224 bzw. 308) enthalten, die mindestens an ihrer Außenfläche aus einem durch Sputtern abzulagernden Werkstoff bestehen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffelektroden einzeln bzw. in ihren Einzelteilen auswechselbar sind (Figuren 11 bis 13).
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffelektroden (234) in Gruppen zusammengefaßt sind, wobei der Abstand zwischen den Auf tref fel.ektroden je einer Gruppe kleiner als der Abstand zwischen je zwei Gruppen ist (z. B. Figur 10).

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15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 his 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreifelektroden hohl (206 bzw. 216 bzw, 222 bzw. 240) ausgebildet sind.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlung für die Auftreffelektroden bzw. für die Auftreffelektrodenteile vorgesehen ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 12, 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kühlmittel durch die die Auftreffelektrodenteile oder -Segmente bildenden Röhren geleitet wird.
18. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
durch die Hohlräume der Auftreffelektroden bzw. Auftreffelektrodenteile ein Kühlmittel geleitet wird.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (il2, 118) mit verschließbaren Öffnungen (198 bzw. 252) versehen ist, um die Auftreffelektrodenteile von der Behälteraußenseite her auswechseln zu
können.
20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffelektroden jeweils aus einer Anzahl in geringem Abstand voneinander angeordneter, schmaler,
stabartiger Segmente (224 bzw. 236 bzw. 308) zusammengesetzt
sind.
21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen einiger Auftreffelektroden
oder Auftreffelektrodenteile oder Auftreffelektrodenteilelemente aus anderen Werkstoffen bestehen als die Oberflächen anderer Auftreffelektroden, Auftreffelektrodenteile oder Auftreffelektrodenteilelemente.

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22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 2i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetsystem (74, 78 bzw. 230, 232) zur Erzeugung eines magnetischen Feldes in dem Plasmadampfwolken-Gürtelbereich vorgesehen ist, um aus diesem Bereich Sekundärelektronen zu beseitigen.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem von Magnetstäben (230, 232) gebildet ist, die an einander gegenüberliegenden Seiten je eines Auftreffelektrodensegnentes in dem Zwischenraum zwischen den Auftreffelektrodenteilen angeordnet sind.(Figur 9).
24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Auftreffelektroden bzw. den Auftreffelektrodenteilen und der Anode eine äußere Hochspannungsschaltung verbunden ist und daß Anschlüsse an eine äußere Gasquelle und an eine äußere Vakuumquelle vorgesehen sind.
25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß sich außerhalb des Druckbehälters (il2, 118) eine Regel- und Steuereinheit zum Regeln und Steuern des Betriebs der Beschichtungseinrichtung befindet, welche mit innerhalb des Druckbehälters angeordneten Meßwertgebern verbunden ist, die auf die physikalischen Bedingungen im Druckbehälter ansprechen und entsprechende Meßwerte an die Steuer- und Hegeleinheit übertragen.
26. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Meßwertgeber (70) in den Zwischenräumen zwischen den segmentartigen Auftreffelektroden bzw. Auftreffelektrodenteilen in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der die Gestalt einer Trommel (46) aufweisenden Anode angeordnet sind, so daß die physikalischen Bedingungen während des Sputterns in unmittelbarer Nähe der Trägeroberfläche längs des Trägers gemessen und überwacht werden können.

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