DE2541719A1

DE2541719A1 - Einrichtung zur herstellung von schichten durch ionenzerstaeubung

Info

Publication number: DE2541719A1
Application number: DE19752541719
Authority: DE
Inventors: Wjatscheslaw Michajlo Goljanow
Original assignee: GOLJANOW
Current assignee: GOLJANOW
Priority date: 1975-09-18
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1977-03-24
Also published as: DE2541719C3; DE2541719B2

Description

1. Vyacheslav Mikhailovich Golyanov, MOSKAU - UdSSR
2. Alek Platonovich Demidov, MOSKAU - UdSSR Einrichtung zur Herstellung von Schichten durch Ionenzerstäubung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Herstellung von Schichten, insbesondere eine Einrichtung zur Herstellung von Schichten durch Ionenzerstäubung eines Werkstoffes in verdünntem Gas, und kann zur Herstellung von Filmschichten aus künstlichem Diamanten sowie von mehrschichtigen Beschichtungen des "Sandwich"-Typs verwendet werden0 Die Erfindung geht von einem eigenen Stand der Technik aus, wie er in der US-PS 3 840 451 beschrieben ist, gemäß dem in einer Vakuumkammer in verdünntem inertem Gas gleichzeitig zwei Graphitkathoden durch Ionen einer elektrischen Entladung zerstäubt werden. Die bei dieser Ionenzerstäubung frei werdenden Kohlenstoffatome schlagen sich auf einem festen Substrat nieder.
Es gibt bereits verschiedene Einrichtungen zum Herstellen von Schichten auf Werkstücken mittels Ionenzerstäubung eines Werkstoffes in verdünntem Gas innerhalb eines abgeschlossenen Raums. Nach der Art der angewandten Zerstäubungssysteme des wichtigsten Arbeitsorgans gibt es Dioden-, Trioden-, Tetrodeneinrichtungen sowie Einrichtungen mit selbständiger Ionenquelle und Ionenpunktzerstäuber, Die Diodeneinrichtungen sind am einfachsten und billigsten. Sie enthalten eine Vakuumkammer, in der eine Kathode und eine Anode montiert sind. Das Werkstück wird an der Anode angebracht. Die Einrichtung ist mit einem Evakuierungssystem, einem System zur Zufuhr eines inerten Gases und einer Stromversorgung versehen. Beim Betrieb wird die Vakuumkammer zuerst evakuiert und dann mit inertem Gas gefüllt.
Zwischen Kathode und Anode wird eine elektrische Spannung angelegt, unter deren Einwirkung im Raum zwischen der Kathode und Anode eine Gasentladung entsteht und Plasma gebildet wird. Dieses Plasma besteht aus Elektronen, Ionen und Atomen des inerten Gases, Ionen, Molekülen und Atomen der Restgase des Vakuumsystems (N2, 02, H20, C02, CnHm usw.). Unter der Einwirkung des elektrischen Feldes prallen die positiven Ionen des inerten Gases und des Restgases auf die Kathode.
Die Kathode wird zerstäubt und emittiert Elektronen und neutrale Atome des Kathodenmaterials mit einer Energie von mehreren 10 eV. Die emittierten neutralen Atome des Kathodenmaterials schlagen sich auf dem Substrat - d. h.
dem WerkstUck - als dünne Beschichtung nieder.
Ein wesentlicher Nachteil der Diodeneinrichtungen besteht darin, daß der Betrieb bei einem relativ hohen -(etwa 10-2 Torr) Druck des inerten Gases durchgeführt werden muR, weil bei niedrigerem Druck in diesen Systemen keine Gasentladung entsteht oder diese Entladung instabil. Dies führt dazu, daß die emittierten neutralen Atome des Kathodenmaterials ge'streiii -wer'den Ünd auf dem Weg von der Kathode zum Substrat infolge mehrfacher Zusammenstöße mit den Teilchen des inerten und des Restgases ihre Energie verlieren. Es wird eine undichte, unfeste, durch Beimengungen verunreinigte Schicht (Film) erzeugt. Außerdem besteht ein weiterer Nachteil dieser Einrichtungen darin, daß die frisch abgeschiedene Schicht ununterbrochen mit Plasmaelektronen und Plasmaionen beschossen wird. Infolgedessen ergeben sich in der Struktur der Beschichtung strahlungsbedingte Störungen, sie enthält viele Beimengungen, wird locker, unfest.
Die Trioden- und Tetrodeneinrichtungen unterscheiden sich von den Diodeneinrichtungen vor allem dadurch, daß eine Glühkathode vorhanden ist, die Glühelektronen emittiert und zur zwangsweisen Aufrechterhaltung der Gasentladung dient.
In einem Triodensystem werden die Glühelektronen mit Hilfe der Anode, an die ein positives Potential angelegt ist, zum Gasentladungsplasma abgesaugt. Das zu zerstäubende Material (Target) wird an einer dritten Elektrode angebracht, die bezüglich des Plasmas unter negativem Potential steht. Die Werkstücke werden im Halter gegenüber dem Target befestigt. Nach der Aufheizung der Kathode, der Einschaltung der -Anodenspannung und dem Einlaß des inerten Gases in die Entladungskammer bis zu einem Druck von 10-3 Torr entsteht eine Gasentladung. Wenn dem Target negatives Potential von mehreren 102 V zugeführt wird setzt dessen intensiver Beschuß durch positive Plasmaionen ein. Das Targetmaterial wird zerstäubt und schlägt sich an den Werkstücken nieder.
Die Tetrodeneinrichtungen unterscheiden sich von den Triodeneinriehtungen dadur», 6trrß der Nähe der Glühkathode eine zusätzliche vierte Elektrode angeordnet ist, die die Ionisationsbedingungen des Gasentladungsplasmas verbessert und eine weitere Verminderung des Druckes des inerten Gases während des Betriebs der Einrichtung bis 2 - 4 @ 10-4 Torr ermöglicht Ein Nachteil dieser Einrichtungen ist der Beschuß der frisch abgeschiedenen Schicht durch Plasmaelektronen und Plasmaionen. Außerdem gestattet die in den Trioden- und Tetrodensystemen vorhandene Glühkathode nicht, eine reaktive Zerstäubung durchzuführen, wobei die Glühkathode eine Quelle von zusätzlichen Verunreinigungen der abgeschiedenen Schichten ist.
Die Einrichtungen mit selbständiger Ionenquelle besitzen zwei Kammern nämlich eine Ionisationskammer und eine Arbeitskammer, die durch eine Membran mit kleiner Haftung voneinander getrennt sind. Inertes Gas wird in die Ionisationskammer eingelassen, und der Druck in dieser während des Betriebs kann beträchtlich höher (1012 Torr) als der Druck in der Arbeitskammer (10 5 Torr) sein. Während des Betriebs findet in der Ionisationskammer die Bildung von geladenen Teilchen statt, die durch die öffnung in der Trennmembran in die Arbeitskammer gelangen, von elektrischem und äußerem magnetischen Feld fokussiert werden und das Target beschießen. Das Target wird zerstäubt, und es bildet sich eine Quelle der zerstäubten neutralen Atome des Targetmaterials. Alle Werkstücke werden bezüglich des das Target verlassenden Atomstrahls normal angeordnet.
Das System mit einer selbständigen Ionenquelle gestattet, eine reaktive Zerstäubung durch Einlaß eines reaktionsfähigen Gases (beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff) unmittelbar in die Arbeitskammer durchzuführen, was eine eventuelle Zerstörung der in der Ionisationskammer angebrachten Glühkathode verhindert. Jedoch ist dieses Ionenzerstäubungssystem viel komplizierter als alle anderen Systeme und muß in der Regel mit der Glühkathode versehen sein, die eine Quelle von zusätzlicher Verunreinigung der erzeugten Schicht darstellt. Außerdem gestattet das System mit der selbständigen Ionenquelle, mit nur einem zu zerstSubenden Target zu arbeiten.
Eine weitere bestehende Einrichtung zur Herstellung von Schichten in Gestalt von dünnen Filmen mittels Ionenzerstäubung ist der sogenannte Ionenpunktzerstäuber. Die Grundlage dieser Einrichtung bildet eine Entladungskammer, die aus einer langen zylinderförmigen Anode besteht, in der zwei Kathoden angeordnet sind, deren eine in der zur Anodenachse senkrechten Ebene in zwei Richtungen verschiebbar ist. Außen werden an der zylinderförmigen Anode Werkstücke befestigt, auf die durch öffnungen in der Anodenwand Material aufgedampft wird. Zur Temperaturstabilisierung der Werkstücke sind diese von einem Kupfer-Schirm umgeben. Zum Evakuieren der Entladungskammer und zum Entgasen der Werkstücke wird die Kammer vor Zerstäubungsbeginnan einem Kragstück aus Kupfer aufgehängt, an dessen Ende ein Becher zur Unterbringung eines Heizelementes befestigt wird. Während des Betriebs wird der Becher mit einem'Kühlmittel gefüllt und zur Abkühlung der Entladungskammer verwendet. Die Entladungskammer mit dem Kupfer-Schirm ist in einem hermetisch abgeschlossenen zylinderförmigen Glasgehäuse untergebracht, an dem ein Solenoid zur Erzeugung eines magnetischen Längsfeldes befestigt ist. Spektral reines inertes Gas wird unmittelbar der Entladungskammer zugeführt. Eine der Anodenöffnungen kann von einem metallischen Schieber verdeckt werden, der von außen gesteuert wird, was die Reinheit der hergestellten Schicht erhöhen und das zu zerstäubende Material genau dosieren läßt.
Die Einrichtung arbeitet auf folgende Weise. Beim Einschalten der Stromspeisung entsteht zwischen den zwei Kathoden eine Gasentladung in Gestalt eines leuchtenden Plasmastrahls. An der Berührungsstelle des Plasmastrahls mit der beweglichen Kathode wird das Kathodenmaterial zerstäubt und gelangt durch die Anodenöffhung auf das Werkstück, wo es sich auch niederschlägt.
Zu den Vorteilen dieser Einrichtung gehört, daß die Glühkathode hierin fehlt und der Druck des inerten Gases gegenüber den Trioden- und Tetrodensystemen noch mehr verringert werden kann. Außerdem wird, da das Werkstück aus der Entladungszone weggebracht ist, dessen Beschuß durch Plasmaionen und -elektronen vermieden, was die Qualität der aufgedampften Schichten erhöht.
Jedoch weist diese Einrichtung auch wesentliche Nachteile auf. Der Hauptnachteil der Einrichtung besteht darin, daß die Schicht (Film) durch Kondensation von Atomen nur aus einer punktförmigen Zerstäubungsquelle beim Niederschlagen der Atome auf das Werkstück nur von einer Seite in der Regel unter einem Winkel von 900 gebildet wird. Dies führt öfters dazu, daß die erzeugte Schicht undicht, unfest ist sowie Mikrorisse und Mikroporen aufweist. Ein weiterer Nachteil ist, daß in der Einrichtung eine teilweise Verunreinigung des Atomstrahls mit Atomen der Restgas und der Beimengungen infolge nachstehend angegebener Umstände erfolgt: - Gasausscheidung aus ungekühlten Kathoden infolge der Erhitzung beim Zerstäuben; - Gasausscheidung aus der Anode und anderen Teilen der Entladungskammer infolge ungenügender Entgasung der Einrichtung vor Zerstäubungsbeginn und ungenügender Kühlung während des Betriebs der Einrichtung; - Gasausscheidung aus den Dichtungen im System zur Zufuhr des inerten Gases und fehlende Reinigung des inerten Gases vor dessen Eintritt in die Entladungskammer, - Gasausscheidung aus den Gummidichtungen in unmittelbarer Nähe der Entladungskammer.
Außerdem besteht ein Nachteil des Ionenpunktzerstäubers darin, daß in ihm eine Vorrichtung zur endgültigen Reinigung der Werkstckoberfläche von Spuren fremder Verunreinigungen, Oxide usw. vbr der Abscheidung der Schicht (des Filmes) fehlt.
Die Folge davon ist eine erniedrigte oder ungenügende Haftung der Schicht (des Filmes) am WerkstUck.
Ein weiterer Nachteil des Ionenpunktzerstäubers ist seine niedrige Arbeitsleistung, insbesondere bei der Herstellung von sandwichartigen Mehrschichtfilmen. Weitere Nachteile sind: - Fehlende Reinheit des Werkstoffes in einer einzelnen Schicht bei der Erzeugung von Mehrschichtfilmen; - keine Vorrichtung zur Erwärmung von Substraten, die bei der Herstellung von mono- oder großkristallinen Schichten durch Epitaxie erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der erwähnten Nachteile eine derartige Einrichtung zur Herstellung von Schichten durch Ionenzerstäubung zu schaffen, in der bei beträchtlicher Druckverminderung des verdünnten Gases in den Entladungskammern die Kathoden in diesen so angeordnet sind, daß eine gleichmäßige Aufdampfung des Kathodenmaterials auf die Werkstückcberfläche gewährleistet ist, insbesondere eine Ionenzerstäubungseinrichtung, die eine hohe. Leistung zeigt sowie gestattet, dichte, feste, ununterbrochene, maximal reine Schichten (Filme) auf Werkstücken aus verschiedenen Materialien verschiedenster Form zu erzeugen, insbesondere eine Einrichtung zur Herstellung von Schichten aus künstlichem Diamanten auf Substratenwund zur Herstellung von Diamant schichten in freiem Zustand (d. h.
ohne Substrat), insbesondere zur Herstellung von Schichten (Filmen) mit metastabiler Struktur (Kristallgitter) des Materials, das neue, bisher unbekannte Eigenschaften aufweiset, insbesondere zur Herstellung von extrem dUnnen Antikorrosionsschutzschichten auf Werkstücken, die in aggressiven Medien arbeiten, insbesondere zur Herstellung von Schichten (Filmen) aus einem Gemisch von mehreren Stoffen, die sich mit üblichen Verfahren nicht vermischen lassen, und schließlich insbesondere zur Herstellung von mehrschichtigen Sandwich-Filmstrukturen.
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Herstellung von Schichten durch Ionenzerstäubung von Werkstoffen in verdünntem Gas, mit einer gekühlten Vakuumentladungskammer einschließlich einer Anode zwischen einem Paar Kathoden, mit einer Stromversorgung, mit einer Magnetfeldquelle, mit einem System zur Evakuierung der Entladungskammer sowie mit einem System zur Zufuhr inerten Gases zu dieser erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vakuumentladungskammer mindestens zwei Paar Kathoden besitzt, von denen die geometrischen Mittelpunkte ebener Zerstäubungsflächen in Jedem Paar voneinander gleich weit entfernt sind und in zueinander parallelen Ebenen liegen, daß Jedes Paar Kathoden mit einer eigenen Anode versehen ist, die von den Kathoden des Jeweiligen Paares gleich weit entfernt liegt, daß die Anoden aller Paare Kathoden in einer Ebene liegen, und daß das Werkstück an einem Ort angeordnet ist, wo die Atomstrahlen des von allen Kathoden zerstäubten Werkstoffes zusammenlaufen und sich überdecken.
Die Erfindung gestattet, dichte, feste, ununterbrochene, maximal reine Schichten zu erzeugen, insbesondere Filmschichten auf Werkstücken.
Die Erfindung gestattet auch, Schichten aus künstlichem Diamanten auf Werkstücken sowie Diamant schichten in freiem Zustand herzustellen.
Die erzeugten Filmschichten können sowohl gewöhnliche stabile Struktur (gewöhnlicher Kristallgittertyp) als auch metastabile Struktur (anderer Kristallgittertyp) besitzen, die neue bisher unbekannte Eigenschaften aufweist.
Die Einrichtung gestattet ferner, extrem dünne Antikorrosionsschutzschichten auf Werkstücken herzustellen, die in aggressiven Medien arbeiten.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist zuverlässig und bequem im Betrieb, wobei die ganze Schichtenherstellung automatisiert ist.
Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, daß in der Entladungskammer die geometrischen Mittelpunkte der Kathoden in vier Ecken eines gedachten Oktaeders liegen, während in jeder Oktaederecke ein Halter mit dem Werkstück angeordnet ist.
Diese Anordnung der Kathoden gestattet, die Herstellung von festen und ununterbrochenen Filmschichten auf flachen Werkstücken sehr einfach durchzuführen.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung wird ausgestaltet durch mehrere Entladungskammern, die achsgleich in einer gemeinsamen hermetisch abgeschlossenen Glocke untergebracht sind, sowie durch einen Antrieb zur Verschiebung der Werkstücke auf einer Linie, die die Ecken der gedachten Oktaeder aller Entladungskammern verbindet, wobei zwischen den Werkstücken und den Kathoden im Weg der an den Ecken der gedachten Oktaeder zusammenlaufenden Atomstrahlen des zerstäubten Werkstoffes eine ortsfeste Maske mit Fenstern angebracht ist, bei deren jedem der geometrische Mittelpunkt auf der Linie liegt, die die Ecken des jeweiligen gedachten Oktaeders verbindet.
Diese Anordnung der Kammern gestattet, sandwichartige Mehrschichtfilme aus verschiedenen Materialien herzustellen.
Es ist zweckmäßig, daß in der hermetisch abgeschlossenen Glocke an deren Eingang eine gekühlte Magnetentladungspumpe mit Differentialevakuierung aktiver Gase angeordnet ist.
Diese Anordnung der Magnetentladungspumpe ermöglicht, die Pumpe an die Entladungskammern (ohne Rohrleitung und Ventil) maximal anzunähern und eine wirksame Evakuierung von aktiven Gasen sowohl aus der beheizten Glocke mit den Entladungskammern als auch aus dem unbeheizten Gehäuse durchzuführen. Außerdem gestattet diese Anordnung der Magnetentladungspumpe, während deren Betrieb kontinuierlich das inerte Gas zu reinigen, das in die Entladungskammern gelangt.
In manchen Fällen ist es zweckmäßig, daß mindestens eine der Kathoden aus einem anderen Material als die übrigen Kathoden besteht.
Diese Ausführung der Kathode gestattet, Filmschichten in Gestalt eines Gemisches von mehreren Stoffen, sogar solchen Stoffen herzustellen, die sich nach den bekannten Verfahren nicht vermischen lassen (beispielsweise Gold-Kohlenstoff), Die Erfindung wird weitergebildet durch Mittel, um mindestens an ein Paar Kathoden ein elektrisches Potential anzulegen, das in der Größe von den Potentialen an den übrigen Paaren Kathoden verschieden ist.
Das getrennte Anlegen des elektrischen Potentials an die einzelnen Kathodenpaare gestattet eine getrennte Regelung der Zerstäubungsgeschwindigkeit des Materials der Kathodenpaare zur Herstellung einer Schicht veränderlicher Dicke auf Werkstücken sowie zur Herstellung von sehr gleichmäßig dicken Schichten auf diesen Werkstücken.
Bei der Anwendung von Kathoden aus Materialien mit verschiedenem Kathodenzerstäubungskoeffizienten gestattet die Regelung der Zerstäubungsgeschwindigkeiten der Kathodenmaterialien, Schichten aus einem Gemisch von mehreren Stoffen mit vorgegebener Konzentration herzustellen.
Die Erfindung wird weitergebildet durch Mittel zum Anlegen einer Impulsspannung mindestens an ein Paar Kathoden0 Dies gestattet, eine Schicht mit vorgegebener Zusammensetzung mittels periodischen Anlegens der Spannung an ein oder mehrere Kathodenpaare zu erzeugen.
Hierbei können die Kathoden, an die die Impulsspannung angelegt ist, aus einem Material mit gleichem Kathodenzerstäubungskoeffizienten in jedem Paar sowie aus Materialien mit verschiedenen Kathodenzerstäubungskoeffizienten in Jedem Paar ausgeführt sein.
Es ist zweckmäßig, daß mindestens in einem Paar Kathoden die Ebenen der zu zerstäubenden Oberflächen unter einem gleichen Winkel zum Werkstück hin geneigt sind.
Diese Anordnung der Kathoden gewährleistet die Zerstäubung einer maximalen Stoffmenge auf die Oberfläche des Werkstücks, deshalb wird zweckmäßigerweise diese Kathodenanordnung zur Schichtenherstellung auf der Oberfläche räumlicher Werkstücke (z. B. Kugel, Prisma usw.) verwendet.
Es istzweckmäßig, daß die Anoden und die Kathoden gekühlt sind, wobei die Anoden an einer Rohrschlange mit einem Kühlmittel starr befestigt sind, während die Halter der Kathoden an die Rohrschlange über dünne Isolatoren angedrückt sind.
Die Kühlung der Anoden und Kathoden mit einem Kühlmittel, z. B. flUssigem Stickstoff, verringert die Gasausscheidung von deren Oberfläche, was die Verunreinigung der Schichten (Filme) durch Beimengungen aktiver Gase vermindert.
Schließlich empfiehlt es sich, daß mindestens in einer Entladungskammer als Kathoden Werkstücke vorgesehen sind und Mittel zum Anlegen eines negativen Potentials an den Halter mit dem Werkstück vorhanden sind, dessen Größe in Abhängigkeit von der Art des zu zerstäubenden Materials des Werkstücks und des Zerstäubungsbetriebs gewählt ist.
Beim Anlegen des elektrischen Potentials am Werkstück erfolgt die Ionenzerstäubung des Werkstückstoffes und somit die Reinigung der Werkstückoberfläche von adsorbierten Gasen, Oxiden und anderen Verunreinigungen.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht der Ionenzerstäubungseinrichtung gemäß der Erfindung in vertikalem Achsschnitt; Fig. 2 ein Blockschema der Einrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Entladungskammer; Fig. 4 - 7 weitere verschiedene Ausführungsbeispiele der Entladungskammer; und Fig. 8 eine Entladungskammer gemäß der Erfindung im Längsschnitt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung enthält eine Ionenzerstäubungsanlage 1 (Fig. 1) und eine Steuereinheit 1' (Fig. 2) der Einrichtung 1.
Die Ionenzerstäubungseinrichtung 1 (Fig. 1) enthält eine abnehmbare beheizte Vakuumglocke 2 und ein an einem ortsfesten Gestell (nicht gezeigt) befestigtes unbeheiztes Gehäuse 3.
Die beheizte Glocke 2 ist mit dem Gehäuse 3 mittels einer zerlegbaren metallischen Väkuumdichtung 4 verbunden.
Im Arbeitsraum der Glocke 2 sind aufeinanderfolgend mehrere Entladungskammern 5 angeordnet, die gleichzeitig und unabhängig voneinander arbeiten können.
Diese Anordnung der Kammern 5 erlaubt, sowohl Einschicht- wie auch Mehrschichtfilme des Sandwich-Typs herzustellen.
In Fig. 3 ist die Entladungskammer 5 dargestellt, die zwei Paar gekühlter Kathoden 6 besitzt, deren geometrische Mittelpunkte in vier Ecken eines gedachten Oktaeders liegen, während sich die zu zerstäubenden Flächen der Kathoden 6 in zwei zueinander parallelen Ebenen befinden.
Jedes Paar Kathoden 6 besitzt eine unabhängige gekühlte Anode 7. Die Anoden 7 sind von den Kathoden 6 gleich entfernt und liegen in einer Ebene, die den Ebenen parallel ist, in denen sich die Kathoden 6 befinden.
Werkstücke 8 werden in zwei beweglichen Haltern 9 angeordnet.
Während des Betriebs der Einrichtung können die Mittelpunkte der Werkstücke 8 mit den Ecken eines gedachten Gitters des erwähnten Oktaeders zusammenfallen, wo die Atomstrahlen des zu zerstäubenden Materials von allen Kathoden 6 zusammenlaufen und sich überdecken.
Die Werkstücke 8 können sich aus einer Entladungskammer 5 in die andere mit Hilfe eines magnetischen Antriebes 10 verschieben, der am Gehäuse 3 (Fig. 1) befestigt ist.
In diesem Fall ist der Halter 9 mit Hilfe einer Stange (nicht abgebildet) mit einem Kern (nicht abgebildet) aus magnetisch weichem Material verbunden. Der Kern verschiebt sich in einem Rohr (nicht abgebildet), das mit dem Gehäuse 3 verschweißt ist. Ein Ringmagnet (nicht abgebildet) aus magnetisch hartem Material ist auf das Rohr aufgesetzt und auf diesem verschiebbar. Unter der Einwirkung des magnetischen Feldes verschiebt sich auch der Kern und damit der Halter 9 mit dem Werkstück 8.
Zwischen den Kathoden 6 und den Werkstücken 8 sind zwei feststehende Masken 11 mit Fenstern 12 angeordnet, deren Mittelpunkte auf einer Linie liegen, die die Ecken des Oktaedergitters verbindet. Die R>rm der Fenster 12 kann sehr verschieden sein und ist von der erforderlichen Schicht form abhängig.
Zwischen den Kathoden 6 und den Masken 11 sind zwei bewegliche jalousieartige metallische Schieber 13 mit Fenstern 14 angeordnet, die mit einem magnetischen Antrieb 15 (Fig. 1) versehen sind.
Der magnetische Antrieb 15 zur Verschiebung der Schieber 13 ist konstruktiv dem magnetischen Antrieb 10 zur Verschiebung der Werkstücke 8 ähnlich und gleichfalls am Gehäuse 3 befestigt.
Zur Erzeugung eines magnetischen Längs feldes in der Entladungskammer 5 ist jede Kammer 5 mit einem eigenen Solenoid 16 verstehen, das außen an der Glocke 2 angebracht ist.
Die beschriebene Entladungskammer 5, die in Gestalt eines Oktaeders (Fig. 3) ausgeführt ist, wird zur Beschichtung von flachen Werkstücken verwendet.
Zur Beschichtung der Außenfläche räumlicher Werkstücke kann die Entladungskammer 5 verwendet werden, in der geometrische Mittelpunkte der zu zerstäubenden Oberflächen der Kathoden 6 in Ecken von gedachten Prismen - einem dreiseitigen Prisma (Fig. 4), einem vierseitigen Prisma (Fig. 5), einem fünfseitigen Prisma (Fig, 6), einem sechsseitigen Prisma (Fig. 7) und weiteren Prismen liegen.
Jedes Paar Kathoden 6 in diesen Prismen besitzt eine unabhängige Anode 7. Die Anoden 7 liegen von den Kathoden 6 gleich weit entfernt und befinden sich in einer Ebene, die den Ebenen parallel ist, in denen die Kathoden 6 angeordnet sind.
Beim Beschichten von räumlichen Werkstücken können die Kathoden 6 so gedreht sein, daß die Ebenen ihrer zu zerstäubenden Oberflächen zum Werkstück hin geneigt sind. Hierbei schlägt sich auf die Oberfläche der Werkstücke die maximale Menge des zerstäubten Werkstoffes nieder.
Alle Kammern 5 der Einrichtung besitzen ein gemeinsames KUhlsystem, das zur Verringerung der Gas ausscheidung von der Oberfläche aller Elemente der Gasentladungskammern 5 sowie der Innenfläche der Glocke 2 dient.
Hierbei wird die Verunreinigung der Schichten (Filme) durch Beimengungen aktiver Gase verringert.
Zur Kühlung der Kathoden 6 und Anoden 7 wird eine Rohrschlange 17 (Fig. 8) mit umlaufendem Kühlmittel (beispielsweise flüssigem Stickstoff) verwendet. Die Anoden 7 sind unmittelbar an der Rohrschlange 17 befestigt, und die Kathoden 6 sind in Haltern 18 befestigt, die mit Hilfe von elastischen metallischen Elementen 19 über dünne flache Isolatoren 20 (beispielsweise aus Glimmer) an Metallringe 21 angedrückt sind, die an die Rohrschlange 17 angeschweißt sind.
Die Entladungskammern 5 sind von einem hohlen Schirm 22 umgeben, der während der Zerstäubung mit dem Kühlmittel (beispielsweise flüssigem Stickstoff) gefüllt wird.
Im hohlen Schirm 22 befindet sich ein Widerstandsheizer 23, der zur Beheizung aller Elemente der Einrichtung verwendet wird, die im Arbeitsraum der Glocke 2 untergebracht sind.
Zur Reinigung der Oberfläche der Werkstücke 8 von adsorbierten Gasen, Oxiden und anderen Verunreinigungen ist im Innern der Vakuumglocke 2 eine Kammer 24 (Fig. 1) zur Ionenreinigung der Werkstücke 8 vorhanden. Als Kammer 24 kann eine Entladungskammer 5 verwendet werden, in der die Kathoden 6 fehlen. Die Rolle der Kathoden 6 spielen die Werkstücke 8, die bezüglich der Anode 7 unter negativem Potential stehen.
Zwischen den Werkstücken 8 ist in der Kammer 24 die Anode 7 angeordnet, die von der Oberfläche der Werkstücke 8 gleich entfernt ist. Mit Hilfe der Solenoide 16 und eines Eisenkörpers 25 wird ein magnetisches Feld in Richtung Anode 7 - Werkstück 8 erzeugt.
Am Eingang der Vakuumglocke 2 sind eine oder mehrere beheizte Magnetentladungspumpen 26 angeordnet. Als beheizte Magnetentladungspumpe 26 kann eine der Entladungskammern 5 verwendet werden, deren Kathoden 6 aus einem Material ausgeführt sind, das die MolekUle der Restgase gut sorbiert. Diese Materialien können beispielsweise Titan, Zirkonium, Tantal und andere Metalle bzw. deren Kombinationen sein.
Die beheizte Magnetentladungspumpe 26 dient zur Evakuierung aktiver Gase, die während des Betriebs der Einrichtung in den Entladungskammern 5 entwickelt werden, und zur Evakuierung von Restgasen, die sich infolge Desorption im unbeheizten Gehäuse 3 bilden.
Außerdem erfolgt mit Hilfe der beheizten Magnetentladungspumpe 26 eine zusätzliche Reinigung des in die Entladungskammern 5 gelangenden inerten Gases von Beimengungen aktiver Gase.
Am Gehäuse 3 ist eine Sorptionspumpe 27 mit einem Ventil 28 zur Vorevakuierung der Einrichtung 1 (bis zu 10 Torr), die unter dem Atmosphärendruck steht, angebracht, welche ein Gefäß mit einem Sorbens darstellte das während des Betriebs der Einrichtung durch flüssigen Stickstoff gekühlt wird. Als Sorbens können Zeoliths Silikagel usw.
verwendet werden. Die Druckkontrolle geschieht mit Hilfe eines Gebers 29 eines Thermoelementvakuummeters 30, Das Thermoelementvakuummeter 30 befindet sich in der Steuereinheit 1' (Fig. 2).
Zur Hochvakuumevakuierung und Hochvakuumentgasung der Einrichtung 1 wird eine unbeheizte Magnetentladungspumpe 31 mit einem Ventil 32 verwendet, die am Gehäuse 3 befestigt sind. Die Druckmessung in der Einrichtung 1 geschieht mit Hilfe eines Gebers 33 eines Ionisationsvakuummeters 34, das in der Steuereinheit 1' angeordnet ist.
Zur ununterbrochenen dosierten Zuführung reinen inerten Gases (beispielsweise Krypton) zu den Entladungskammern 5 durch die arbeitende beheizte Magnetentladungspumpe 26 sind am Gehäuse 3 ein Glaskolben 35 mit einem Vorrat an reinem inertem Gas sowie ein elektromagnetisches Ventil 36 angeordnet, das das Einströmen der erforderlichen Menge des inerten Gases in den Arbeitsraum der Glocke 2 automatisch regelt.
Außerdem sind am Gehäuse 3 elektrische Hochvoltvakuumanschlüsse 37 zum Aniegen hoher Spannung an den Kathoden 6 der Entladungskammern 5 und der Anode 7 der Kammer 24 zur Ionenreini gung sowie elektrische Niederspannungsvakuumanschlüsse 38 für Therioelemente (nicht abgebildet) angebracht, die innerhalb der Glocke 2 untergebracht sind. Außerdem können über die Anschlüsse 38 Heizer der Werkstücke 8 und Thermoelemente (nicht abgebildet) angeschlossen werden, die die Temperatur der Werkstücke bei der Herstellung von monokristallinen Schichten regeln.
Am Gehäuse 3 ist ein Ventil 38' angebracht, das zum Einlaß von Trockengas (beispielsweise Stickstoff) in die Einrichtung 1 nach der Beendigung des Betriebs dient.
Der Partialdruck der Gasbeimengungen im Arbeitsraum der Glocke 2 wird mit Hilfe eines Omegatrongebers 39, der an der Glocke 2 angebracht ist, und eines Partialdruckmessers 40 gemessen, der sich in der Steuereinheit 1' (Fig.
2) befindet.
In der Steuereinheit 1' befinden sich mehrere (entsprechend der Zahl der Entladungskammern) Hochspannungs-Entladungsspannungsquellen 41, die die Ausgangsspannung im Bereich von 1 - 5 kV und den Laststrom im Bereich von 0 - 10 mA ändern können.
Ein Entladungsstromstabilisator 42 befindet sich gleichfalls in der Steuereinheit 1'. Er steuert das elektromagnetische Ventil 36 und regelt mit dessen Hilfe automatisch das Einströmen der erforderlichen Menge inerten Gases in den Arbeitsraum der Glocke 2, was den Entladungsstrom in den Kammern 5 stabilisiert.
Außerdem befindet sich in der Steuereinheit 1' ein Belichtungsmesser 43 zur automatischen Steuerung der Schieber 13. Die Belichtungszeit wird im Bereich von 0 bis 9999 s vorgegeben. Die Einstellungsdauer der Belichtungszeit beträgt 0,1 s. Die laufende Zeit wird digital angezeigt.
Bei der Herstellung von mehrschichtigen Filmschichten des Sandwich-Typs wird ein Schichtenzähler 44 verwendet, der in der Steuereinheit angeordnet ist. Die Schichtenzahl wird digital angezeigt.
Zur Herstellung eines Gemisches von zwei oder mehreren Materialien mit erforderlicher Konzentration ist in der Steuereinheit ein Impulsspannungstransistorregler 45 vorhanden. Mit dessen Hilfe läßt sich die Impulsdauer beim Speisen eines oder mehrerer Paare Kathoden 6 mit Impuls spannung regeln.
Diese Regelung gewährleistet die Zerstäubung der erforderlichen Menge des Materials der Kathoden 6.
In der Steuereinheit 1' befindet sich ferner ein Stromversorgungsteil 46 der unbeheizten Magnetentladungspumpe 31.
Außerdem befindet sich in der Steuereinheit 1' ein Stromversorgungsteil 47 des Widerstandsheizers 23, mit dessen Hilfe die erforderliche Temperatur bei der Beheizung der Einrichtung 1 aufrechterhalten wird. In diesem Fall wird die Temperatur in der Steuereinheit mit Hilfe von Gleichspannungs-Digitalvoltmetern 48 erfaßt, die die Urspannung an den Enden der Thermoelemente (nicht abgebildet) messen, die im Arbeitsraum der Glocke 2 angeordnet sind.
In der Steuereinheit 1' befinden sich auch Stromversorgungsteile 49 der Solenoide 16, die regelbare Gleichrichter darstellen.
Die Stromspeisung der Einrichtung erfolgt vom Drehstromnetz mit einer Spannung von 220/380 V bei einer Frequenz von 50 Hz.
Vor Betriebsbeginn werden in jeder Entladungskammer 5 vier Kathoden 6 aus jenem Material angeordnet, aus dem Schichten (Filme) hergestellt werden sollen. Wenn Schichten (Filme) aus künstlichem Diamanten erzeugt werden sollen, wird als Material für die Kathoden 6 Graphit genommen.
Im Halter 9 werden die Werkstücke 8 angeordnet. Danach werden die Fenster 12 in den Masken 11 mit Hilfe des magnetischen Antriebes 15 von Schiebern 13 verdeckt.
Auf die Entladungskammern 5, die Kammer 24 zur Ionenreinigung des Werkstückes 8 und die beheizte Magnetentladungspumpe 26 wird die Vakuumglocke 2 aufgesetzt, die dann mit dem Gehäuse 3 mit Hilfe der metallischen Vakuumdichtung 4 verbunden wird.
Die Einrichtung wird auf Evakuierung umgeschaltet.
Zuerst wird die Einrichtung mit Hilfe der Sorptionspumpe 27 bis zu einem Druck in der Größenordnung von 10 3 Torr und danach mit. Hilfe der Magnetentladungspumpe 26 evakuiert.
Nach Erreichen eines Vakuums von 10 6 Torr wird der Widerstandsheizer 23 eingeschaltet, und es beginnt die Entgasung des Arbeitsraums der Glocke 2.
Bei der Erwärmung erfolgt die Gasausscheidung von der Oberfläche aller Elemente, die sich im Arbeitsraum der Glocke 2 befinden.
Die Überwachung der Entgasungstemperatur erfolgt mit Hilfe von Thermoelementen (nicht abgebildet), die im Arbeitsraum der Glocke angeordnet sind, sowie der Digitalvoltmeter 48.
Bei Entgasungsende wird den Elektroden der beheizten Magnetentladungspumpe 26 Hochspannung von der Entladungsspannungsquelle 41 zugeführt und ein magnetisches Längsfeld dank der Spannungsanlegung vom Stromversorgungsteil 49 am Solenoid 16 erzeugt, das in der Zone der Magnetentladungspumpe 26 angeordnet ist. Hierbei entsteht in der Magnetentladungspumpe 26 eine Entladung, und es erfolgt die Zerstäubung des Materials der Kathoden 6. Das zerstäubte Kathodenmaterial, beispielsweise Titan, Zirkonium, Tantal usw., sorbiert die Restgasmoleküle.
Das Kühlsystem der Einrichtung wird mit dem Kühlmittel, beispielsweise flüssigem Stickstoff, gefüllt.
Infolge des Anlassens der Magnetentladungspumpe 26 und der Einschaltung des Kühlsystems werden im Arbeitsraum der Glocke 2 maximal reine Vakuumverhältnisse geschaffen.
Der Druck, der mit Hilfe des Gebers 33 des Ionisationsvakuummessers 34 gemessen wird, erreicht ~ 10-10 Torr, und die Partialdrücke aller Gasbeimengungen, die mit Hilfe des Omegatrongebers 39 und des Partialdruckmessers 40 gemessen werden, werden auf ein Minimum, beispielsweise PH2 < 10-10 Torr, PN2 < 10-10 Torr, PH2O < 10-10 Torr, PO2 < 10-10 Torr reduziert. Danach wird mit Hilfe des Ventils 32 die Magnetentladungspumpe 31 vom zu evakuierenden Raum abgeschaltet, der Entladungsstromstabilisator 42 wird eingeschaltet, und es setzt die Zuführung eines inerten Gases, beispielsweise Krypton, aus dem Kolben 35 durch das elektromagnetische Ventil 36 zu der Einrichtung ein. Allmählich wird der Druckimevakuierten Raum durch Zustrom von inertem Gas von 10 10 Torr auf 10-6 Torr gesteigert. Danach werden die Entladungskammern 5 eingeschaltet. Hierbei wird in den Entladungskammern 5 durch das Spannunganlegen vom Stromversorgungsteil 49 an den Solenoiden 16 aller Entladungskammern 5 ein magnetisches Längsfeld erzeugt, und an den Elektroden der Entladungskammern 5 wird Hochspannung von der Entladungsspannungsquelle 41 angelegt.
Nach der Einschaltung der Kammern 5 laufen in jeder von ihnen folgende Prozesse ab.
Im Zwischenraum zwischen den Kathoden 6 erfolgt die Ionisation der Atome des inerten Gases. Die gebildeten Ionen werden unter der Einwirkung des elektrischen Feldes in Richtung von den Anoden 7 zu den Kathoden 6 beschleunigt, um diese zu beschießen, Hierbei setzt die Zerstäubung des Materials der Kathoden 6 ein. Der Kathodenzerstäubungskoeffizient der meisten Materialien bei einer Energie beispielsweise von Kryptonionen von 4 keV beträgt einige Atome Je Kr-Ion. Die Atomstrahlen, die von der Oberfläche der Kathoden 6 von Ionen inerten Gases herausgeschlagen wurden, bestehen vorwiegend aus neutralen Atomen, wobei der weitaus größere Teil der herausgeschlagenen Atome eine Energie von mehreren Elektronenvolt besitzt, was die Energie beträchtlich übersteigt, die die Atome bei thermischer Zerstäubung im Vakuum besitzen. Bei einem Druck inerten Gases von 10 6 - 10 5 Torr in der Kammer 5 übertrifft die mittlere freie Weglänge einzelner Atome den Abstand zwischen den Kathoden 6 und dem Werkstück 8 beträchtlich. Auf diese Weise emittiert während des Betriebs der Kammer 5 jede der vier Kathoden 6 einen divergierenden Strahl relativ nschnellern Atome.
Außer den neutralen Atomen des Materials der Kathoden 6 schlagen Ionen inerten Gases von der Oberfläche der Kathoden 6 Sekundärelektronen heraus, die unter der Einwirkung des elektrischen und magnetischen Längsfeldes des Solenoids 16 anfangen, sich längs einer Spirale in der Richtung der magnetischen Feldlinien zu bewegen, zwischen zwei Kathoden 6 oszillieren, die Ionisierung des inerten Gases hervorrufen und die Gasentladung bei niedrigem Druck inerten Gases aufrechterhalten. Die Ionen des inerten Gases bleiben, nachdem sie die Kathodenzerstäubung herbeigeführt haben, im Material der Kathode 6 haften, werden neutralisiert und mit weitergehender Zerstäubung des Materials der Kathode 6 allmählich in der Mitte der Kathode 6 freigegeben, in deren seitlichen Teilen aber, die nur schwach zerstäubt werden, noch festgehalten. Der Verlust an inertem Gas infolge dessen Absorption durch die Kathoden 6 wird durch ständiges Einströmen neuen inerten Gases aus dem Kolben 35 kompensiert, wobei die Einströmung inerten astes mit Hilfe des elektromagnetischen Ventils 36 automatisch geregelt wird, das vom Entladungsstromstabilisator 42 gesteuert wird. Das Ventil 36 wird Je nach der Stromstärke der Gasentladung, die dem Druck in der Kammer 5 proportional ist, geöffnet bzw. geschlossen. Nach etwa 30 min Leerlaufarbeit jeder Kammer 5, bei der eine zusätzliche Reinigung der Kathoden 6 und Anoden 7 stattfindet, ist die Einrichtung betriebsbereit.
Zur Herstellung eines Einschichtfilmes wird der Halter 9 mit dem Werkstück 8 mit Hilfe des magnetischen Antriebes 10 in der Mitte des Fensters 12 der Maske 11 angeordnet. Mit Hilfe des magnetischen Antriebes 15 werden die Schieber 13 so verschoben, daß deren Fenster 14 mit den Fenstern 12 in der Maske 11 zusammenfallent und gleichzeitig wird der Belichtungsmesser 43 eingeschaltet, der die Aufdampfdauer des Materials auf die Werkstücke 8 bestimmt, Die Mitte des Fensters 12 der Maske 11 befindet sich in der Gitterecke eines gedachten Oktaeders. Deshalb laufen während der Arbeit in der Mitte des Fensters 12 vier Atomstrahlen schneller Atome des zu zerstäubenden Materials der Kathoden 6 zusammen. Jeder der vier Strahlen fällt auf die Oberfläche der Werkstücke 8 unter einem Winkel von etwa 45°. Dadureh kann es auf der Oberfläche des Werkstücks 8 so gut wie keine "Schatten"-Stellen geben, an die das zerstäubte Material der Kathoden 6 nicht gelangen würde.
Die an den Werkstücken 8 gebildete Schicht ist dicht, fest, weist keine Poren, Risse und anderen Mängel auf.
Nach der Beendigung der Aufdampfung wird auf Befehl des Belichtungsmessers 43 der Schieber 13 automatisch geschlossen.
Zur Herstellung von Einschichtfilmen gleichzeitig an mehreren Werkstücken 8 sowie zur Herstellung von mehrschichtigen Sandwich-Filmschichten werden mehrere Entladungskammern 5 verwendet, die gleichzeitig und unabhängig voneinander arbeiten können.
Bei der Herstellung von Mehrschichtfilmen sind die Materialien der Kathoden 6 in jeder Kammer 5 verschieden. Auf das Werkstück 8 wird der Reihe nach in jeder Entladungskammer 5 eine Schicht aufgetragen, wobei das Werkstück 8 aus einer Kammer 5 in die andere mit Hilfe eines magnetischen Antriebes 10 verschoben wird. Die Verschiebung des Werkstücks 8 erfolgt bei geschlossenen Schiebern 13 ohne Unterbrechung des Zerstäubungsprozesses.
Die Anzahl der Schichten, die auf ein Werkstück 8 aufgedampft wurden, wird mit Hilfe eines elektronischen Schichtenzählers 44 automatisch erfaßt.
Zur Erhöhung der Haftung der aufgetragenen Schicht sollte die Reinigung der Oberfläche der Werkstücke 8 von sorbierten Gasen, Oxiden usw. vorgenommen werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, erfolgt die vorläufige Reinigung der Oberfläche der Werkstücke 8 während der Aufheizung und Entgasung der Einrichtung. Bei der Erwärmung des Werkstücks 8 im Vakuum erfolgt die Reinigung von dessen Oberfläche von sorbierten Gasen.
Wenn diese Reinigung der Oberfläche des Werkstücks 8 ungenügend ist, wird die Reinigung der Oberfläche des Werkstücks 8 durch Ionenbeschuß in der Kammer 24 zur Ionenreinigung des Werkstücks 8 vorgenommen.
Hierzu wird das Werkstück 8 mit Hilfe des magnetischen Antriebes 10 in der Kammer 24 angeordnet. Am Werkstueck 8 wird bezüglich der Anode 7 negatives Potential angelegt, dessen Größe in Abhangigkeit vom Material des Werkstücks 8 und dem Reinigungsbetrieb gewählt wird. Danach wird durch Spannungsanlegen an den Solenoiden 16 vom Stromversorgungsteil 49 ein magnetisches Feld in Richtung Anode 7 - Kathode 6 erzeugt.
Zwischen der Anode 7 und dem WerkstUck 8 entsteht eine Entladung, wodurch die Zerstäubung des Materials des Werkstücks 8 herbeigeführt wird. Hierbei erfolgt die Reinigung der Oberfläche des Werkstücks 8 sowohl von sorbierten Gasen, wie auch von Oxiden, verschiedenen Verunreinigungen usw.
Zur Herstellung von Schichten (Filmen) aus einem Gemisch von mehreren Stoffen in beliebigem Verhältnis ist mindestens eine der Kathoden 6 in der Entladungskammer 5 aus einem Material ausgeführt, das sich vom Material der anderen Kathoden 6 unterscheidet.
Der Prozentgehalt der Komponenten in der Schicht (im Film) wird durch getrennte Regelung der Spannung gewährleistet, die an die verschiedenen Paare Kathoden 6 von den selbständigen Entladungsspannungsquellen 41 angelegt ist. Auf diese Weise lassen sich die Zerstäubungsgeschwindigkeiten der Materialien der Kathodenpaare getrennt regeln und Schichten (Filme) aus einem Gemisch von mehreren Stoffen mit vorgegebener Konzentration herstellen.
Wenn die Kathoden 6 aus gleichem Material ausgeführt sind, läßt diese getrennte Spannungsregelung an verschiedenen Paaren Kathoden 6 an Werkstücken 8 Schichten (Filme) veränderlicher Dicke oder Schichten (Filme) herstellen, die der Dicke nach mit hohem Genauigkeitsgrad gleichmäßig sind.
Wenn an mindestens ein Paar Kathoden 6 Impuls spannung vom Impulsspannungsregler 45 angelegt ist, läßt sich der Prozentgehalt der Komponenten in der Schicht (im Film) in breiten Bereichen durch Regelung der Impulsdauer und Impulsamplitude ändern.
Zur Herstellung einer Einkristall-Schicht (eines Einkristall-Films) wird im Halter 9 ein Werkstück 8 in Gestalt eines Einkristalls, beispielsweise einem Steinsalzeinkristall, angeordnet, das während der Aufdampfung mit Hilfe eines besonderen Widerstandsheizers (nicht abgebildet) auf die erforderliche Temperatur erwärmt wird. Die Temperatur des Werkstücks 8 wird mit Hilfe eines Thermoelementes (nicht abgebildet) gemessen.
Nach Betriebsende schaltet die Steuereinheit alle Elemente der Einrichtung ab. Das Kühlsystem wird ebenfalls abgeschaltet, und nach Erreichen der Umgebungstemperatur durch alle Elemente, die sich im Arbeitsraum der Glocke 2 befinden, wird der Einrichtung mittels des Ventils 38' ein trockenes Gas, beispielsweise Stickstoff, zugeführt.
Dies verhindert die Adsorption aktiver Gase an der Oberfläche aller Elemente im Arbeitsraum der Glocke 2, was die zur Evakuierung der Einrichtung erforderliche Zeit während deren Vorbereitung zum Betrieb verkürzt.
L e e r s e i t e

Claims

Patent an sprüche einrichtung zur Herstellung von Schichten durch IonenzerstSubung von Werkstoffen in verdünntem Gas, mit einer gekühlten Vakuumentladungskammer einschließlich einer Anode zwischen einem Paar Kathoden, mit einer Stromversorgung, mit einer Magnetfeldquelle, mit einem System zur Evakuierung der Entladungskammer sowie mit einem System zur Zufuhr inerten Gases zu dieser d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Vakuumentladungskammer (5) mindestens zwei Paar Kathoden (6) besitzt, von denen die geometrischen Mittelpunkte ebener Zerstäubungsflächen in jedem Paar voneinander gleich weit entfernt sind und in zueinander parallelen Ebenen liegen, daß jedes Paar Kathoden (6) mit einer eigenen Anode (7) versehen ist, die von den Kathoden (6) des Jeweiligen Paares gleich weit entfernt liegt, daß die Anoden (7) aller Paare Kathoden (6) in einer Ebene liegen, und daß das Werkstück (8) an einem Ort angeordnet ist, wo die Atomstrahlen des von allen Kathoden (6) zerstäubten Werkstoffes zusammenlaufen und sich überdecken.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Entladungskammer (5) die geometrischen Mittelpunkte der Kathoden (6) in vier Ecken eines gedachten Oktaeders liegen, während in Jeder Oktaederecke ein Halter (9) mit dem Werkstück (8) angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere Entladungskammern (5), die achsgleich in einer gemeinsamen hermetisch abgeschlossenen Glocke (2) untergebracht sind, sowie durch einen Antrieb (10) zur Verschiebung der Werkstücke (8) auf einer Linie, die die Ecken der gedachten Oktaeder aller Entladungskammern (5) verbindet, wobei zwischen den Werkstücken (8) und den Kathoden (6) im Weg der an den Ecken der gedachten Oktaeder zusammenlaufenden Atomstrahlen des zerstäubten Werkstoffes eine ortsfeste Maske (11) mit Fenstern (12) angebracht ist, bei deren jedem der geometrische Mittelpunkt auf der Linie liegt, die die Ecken des Jeweiligen gedachten Oktaeders verbindet.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der hermetisch abgeschlossenen Glocke (2) an deren Eingang eine gekühlte Magnetentladungspumpe (26) mit Differentialevakuierung aktiver Gase angeordnet ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Kathoden (6) aus einem anderen Material als die übrigen Kathoden (6) besteht.
6. Einrichtung nach einem der Anspräche 1 - 3 und 5, gekennzeichnet durch Mittel, um mindestens an ein Paar Kathoden (6) ein elektrisches Potential anzulegen, das in der Größe von den Potentialen an den übrigen Paaren Kathoden (6) verschieden ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Anlegen einer Impulsspannung mindestens an ein Paar Kathoden (6).
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem Paar Kathoden (6) die Ebenen der zu zerstäubenden Oberflächen unter einem gleichen Winkel zum Werkstück (8) hin geneigt sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (7) und die Kathoden (6) gekühlt sind, wobei die Anoden (7) an einer Rohrschlange (17) mit einem Kühlmittel starr befestigt sind, während die Halter (18) der Kathoden (6) an die Rohrschlange (17) über dünne Isolatoren (20) angedrückt sind.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einer Entladungskammer (5) als Kathoden Werkstücke (8) vorgesehen sind und Mittel zum Anlegen eines negativen Potentials an den Halter (9) mit dem Werkstück (8) vorhanden sind, dessen Größe in Abhängigkeit von der Art des zu zerstäubenden Materials des Werkstücks (8) und des Zerstäubungsbetriebs gewählt ist.