DE3830478A1 - Kathodenzerstaeubungsvorrichtung - Google Patents
KathodenzerstaeubungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kathoden-
Zerstäubung.
Es ist ein Verfahren zum Herstellen transparenter Wärme
spiegel durch Ablagerung eines Films aus versetztem
Indiumoxid oder versetztem Zinnoxid auf ein Substrat
bekannt (EU-PS 00 20 456), bei dem als Ablagerung eine
Niedrigtemperatur-Ablagerung auf ein Polymersubstrat durch
Zerstäubung, thermische Verdampfung, Vakuumaufdampfung
oder Elektronenbeschuß verwendet wird, wobei während der
Ablagerung ein Sauerstoff-Partialdruck in einem Bereich
benutzt wird, der unmittelbar Filme des genannten Mate
rials mit einer hohen Transparenz und einem hohen Refle
xionsvermögen erzeugt.
Bei der verwendeten Vorrichtung zur Durchführung des Ver
fahrens ist ein wassergekühltes Target in einem Winkel von
etwa 45° gegenüber dem von einer Strahlquelle erzeugten
Ionenstrahl in der mit einem Gaseinlaß versehenen Vakuum
kammer angeordnet, wobei das ausgeworfene Target-Quellen
material ein Beschichten des winklig zum Target angeordne
ten, mit einem Polymer beschichteten Substrats bewirkt.
Weiterhin ist ein Plasmagenerator mit Ionenstrahlerzeuger
bekannt (Aufsatz von D. M. Goebel, G. Campbell und
R. W. Conn im Journal of Nuclear Material 121 (1984),
277-282, North Holland Physics Publishing Division,
Amsterdam), der in einer mit der Vakuumkammer verbundenen,
separaten Kammer angeordnet ist, wobei die etwa zylindri
sche Kammerwand dieser separaten Kammer die Anode bildet
und mit einem Einlaßstutzen für das Prozeßgas versehen
ist. Die zylindrische Kammer ist von ringförmigen Magnet
spulen und mit Rohren zur Kühlung der Kammerwand versehen.
Der Elektronen-Emitter selbst befindet sich an einem das
eine Ende der zylindrischen Kammer verschließenden, dem
eigentlichen Vakuumkessel abgekehrten Wandteil.
Weiterhin ist eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung mit
hoher Zerstäubungsrate bekannt (US-PS 24 17 288) mit einer
Kathode, die auf einer ihrer Oberflächen das zu zerstäu
bende und auf einem Substrat abzulagernde Material auf
weist, mit einer derart angeordneten Magneteinrichtung,
daß die von der Zerstäubungsfläche ausgehende und zu ihr
zurückkehrende Magnetfeldlinien einen Entladungsbereich
bilden, der die Form einer in sich geschlossenen Schleife
hat, und mit einer außerhalb der Bahnen des zerstäubten
und sich von der Zerstäubungsfläche zum Substrat bewegen
den Material angeordneten Anode, wobei die zu zerstäubende
und dem zu besprühenden Substrat zugewandte Kathodenober
fläche eben ist und wobei die das Magnetfeld erzeugende
Magneteinrichtung auf der der ebenen Zerstäubungsfläche
abgewandten Seite der Kathode angeordnet ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung zum Hochraten-Zerstäuben und/oder zum
Verdampfen metallischer oder dielektrischer Werkstoffe mit
Hilfe eines fremderzeugten Plasmas zu schaffen, bei der
die der Target-Anordnung zuführbare Leistung besonders
groß ist, deren Aufbau einfach ist, in welcher die Plasma
erzeugung unabhängig von der Target-Anordnung erfolgt und
bei der die Target-Spannung und der Target-Strom vonein
ander unabhängig einstellbar sind. Außerdem soll ein
Umschalten von konventioneller, magnetfeldunterstützter
Kathodenzerstäubung auf eine Kathodenzerstäubung mit von
außen zugeführtem Plasma möglich sein. Schließlich soll
die nutzbare Target-Dicke möglichst groß und ihre Abnut
zung möglichst gleichmäßig sein.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Vakuumkammer mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines
Plasmastrahls verbunden ist und ein Target aufweist, das
mit Magneten zusammenwirkt, die den Plasmastrahl auf die
Oberfläche des Targets lenken und mit einer Einrichtung
versehen ist, um Ionen im Plasmastrahl zu beschleunigen,
die die Oberfläche des Targets treffen und Teilchen
herauslösen und das mit Substrathaltern versehen ist, die
im Inneren der Vakuumkammer zur Halterung der Substrate
für die Beschichtung mit abgestäubten Teilchen angeordnet
sind und das schließlich mit einer Einrichtung für die
Ablenkung eines Teils des Plasmastrahls auf das Substrat
ausgestattet ist.
Zweckmäßigerweise weist der Plasmastrahl-Generator einen
Elektronen-Emitter mit einer nachgeschalteten rohrförmigen
Anode und einen Einlaß für das Prozeßgas zum Zünden des
Plasmastrahls und einen Rohrstutzen auf, der sowohl mit
der Anode als auch mit der Vakuumkammer zusammenwirkt, und
außerdem Magnete zum Ausrichten und Führen des Plasma
strahls durch die Anode in die Prozeßkammer.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch
eine Plasmaquelle, durch ein Target, das dem Plasmastrahl
in der Vakuumkammer ausgesetzt ist, durch einen Magneten,
der den Plasmastrahl auf die Oberfläche des Targets lenkt,
durch eine Spannungsquelle, die Ionen im Plasmastrahl auf
die Oberfläche des Targets beschleunigt und dort Teilchen
abstäubt, und durch einen käfigartigen Substrathalter an
der Vorderseite des Targets, wobei dieser den Plasmastrahl
umschließt und das Substrat für die Beschichtung hält.
Die Vorrichtung kann alternativ auch so ausgebildet sein,
daß sie eine mit der Vakuumkammer verbundene Einrichtung
zur Erzeugung eines Plasmastrahls aufweist und ein in der
Vakuumkammer angeordnetes Target mit einem Magneten, der
den Plasmastrahl auf die Oberfläche des Targets lenkt, und
eine Einrichtung zur Beschleunigung von Ionen im Plasma
strahl auf die Oberfläche des Targets, um auf dieser Teil
chen abzustäuben, und einen Substrathalter, der in der
Vakuumkammer angeordnet ist und ein Substrat hält, damit
dieses mit abgestäubten Teilchen beschichtbar ist, wobei
aber das Target außerhalb des Pfads des Plasmastroms ange
ordnet ist.
Mit Vorteil findet ein Verfahren Anwendung, für das eine
Vakuumkammer mit einem Plasmastrahl-Generator verbunden
ist, der auf das Innere der Vakuumkammer einwirkt, bei dem
ein Target und ein Substrathalter in der Vakuumkammer
vorgesehen sind, bei dem der Substrathalter das Substrat
zum Zwecke seiner Beschichtung hält, bei dem eine magne
tische Einrichtung den Plasmastrahl auf die Oberfläche des
Targets lenkt, wobei Ionen im Plasmastrahl beschleunigt
werden, die die Oberfläche des Targets treffen und von
diesem Teilchen abstäuben und bei dem ein Teil des Plas
mastrahls abgeteilt und auf das Substrat gelenkt wird.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind in
den Unteransprüchen gekennzeichnet:
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög
lichkeiten zu; einige davon sind in den anhängenden
Zeichnungen schematisch näher wiedergegeben, und zwar
zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung mit einer separaten Plas
maquelle zur Beschichtung von Bändern und
Folien mit einem schräg zum Plasmastrahl
gehaltenen Target, im Längsschnitt und rein
schematisch dargestellt,
Fig. 2 eine Vorrichtung der in Fig. 1 dargestell
ten Art, jedoch mit einem quer zum Plasma
strahl verschiebbar gehaltenen Target und
mit einem auf dessen Rückseite angeordneten
Magneten,
Fig. 2A die Teildarstellung der Vakuumkammer und
der Verlauf des Plasmastrahls bei einer
Ausführungsform, ähnlich derjenigen nach
Fig. 2, wobei insbesondere die Magnetfeld
linien zwischen der Magnetspule am Rohr
stutzen und dem schräg gestellten und nach
unten verschobenen Target angedeutet sind,
Fig. 2B die Teildarstellung der Vakuumkammer und
der Verlauf des Plasmastrahls bei horizon
tal gestelltem Target der Ausführungsform
nach Fig. 2,
Fig. 3 eine Vorrichtung der in Fig. 1 dargestell
ten Art, jedoch mit einem an der Generator
kammer unmittelbar angeordneten kreisring
förmigen Target,
Fig. 4 eine Vorrichtung des in Fig. 3 dargestell
ten Typs, jedoch mit zusätzlichem Reaktiv
gaseinlaß im Bereich zwischen Target und
Substrat und mit zusätzlicher Absaugung aus
einer von Blenden begrenzten Kammer,
Fig. 4A die Teildarstellung der Target- bzw. Sub
stratanordnung mit dem Verlauf der Magnet
feldlinien am ringförmigen Target der Vor
richtung nach Fig. 4,
Fig. 5 eine Vorrichtung des in Fig. 3 dargestell
ten Typs, jedoch mit einem wannen- bzw.
trichterförmig ausgeformten Target,
Fig. 6 eine Vorrichtung mit zusätzlichen Perma
nentmagneten im Bereich von zwei winklig
zueinander angeordneten Targets,
Fig. 7 die perspektivische Darstellung eines mehr
teiligen, ringförmigen Targets,
Fig. 8 den Längsschnitt durch die in Fig. 6 dar
gestellten Targets, jedoch in vergrößertem
Maßstab,
Fig. 9 die perspektivische Darstellung der Targets
und der Prozeßkammer mit rechteckigem
Querschnitt nach den Fig. 6 und 8 und
Fig. 10 eine Vorrichtung des in Fig. 1 dargestell
ten Typs, jedoch für die Beschichtung von
Draht eingerichtet und mit einem quer zum
Plasmastrahl angeordneten plattenförmigen,
mehrteiligen Target und mit kranzförmig
angeordneten Düsen für den Gaseinlaß.
Die Beschichtungsvorrichtung nach Fig. 1 besteht im
wesentlichen aus einem Vakuumkessel 1 mit Pumpöffnung 2,
dem im Vakuumkessel 1 drehbar gelagerten Abwickler 3 und
Aufwickler 4, der ebenfalls drehbar gelagerten Beschich
tungswalze 5, der den Vakuumkessel 1 in zwei Kammern 16,
17 teilenden Trennwand 18, dem sich parallel zur Trennwand
18 quer im Vakuumkessel 1 erstreckenden Rohrstutzen 19 mit
dem auf ihn aufgewickelten, eine Magnetspule 21 und eine
Kühlschlange bildenden Rohr 22, einem auf einem Lagerbock
24 in schräger Lage zu der Trennwand 18 und dem Rohrstut
zen 19 gehaltenen Target 7 mit Isolator 14, 14 A, den bei
den den elektrischen Strom und das Kühlwasser leitenden
Schlauchleitungen 25, 26, die ebenso wie das Rohr 22 durch
die eine Stirnwand 27 des Vakuumkessels 1 bei 8′, 8′′, 8′′′
abgedichtet hindurchgeführt sind, und der Magnetspule 106
auf der Rückseite der Beschichtungswalze 5 bzw. dem
folienartigen Substrat 15.
Weiterhin weist die Beschichtungsvorrichtung eine an der
anderen Stirnwand 28 des Vakuumkessels 1 fest angeordnete
Schiene 29 auf, auf der die Magnetspulen 64, 30 mit ihren
Spulenhalterungen 31, 32 in Pfeilrichtung A verschiebbar
geführt sind, wobei konzentrisch zu den Magnetspulen 64,
30 die als Hohlprofil ausgebildete Anode 11 vorgesehen
ist, deren Längsachse mit der Längsachse des Rohrstutzens
19 fluchtet und deren der Kammer 17 des Vakuumkessels 1
abgekehrtes Ende mit einem Isolator 14 B verschlossen ist,
der einen Elektronen-Emitter 9 mit Heizung 10 trägt.
Die Anode 11 weist an ihrem dem Vakuumkessel 1 zugekehrten
Ende einen Flansch 33 auf, mit dem sie an der Stirnwand 28
des Vakuumkessels 1 gehalten ist, wobei jedoch zwischen
dem Flansch 33 und der Stirnwand 28 ein Isolator 34
angeordnet ist, der die rohrförmige Anode 11 elektrisch
vom Rohrstutzen 19 bzw. der Stirnwand 28 isoliert. Die als
Hohlprofil ausgebildete Anode 11 weist seitlich einen sich
radial nach außen zu erstreckenden Einlaßstutzen 13 auf
und ist von einer Rohrschlange 12 umschlossen, die von
Kühlwasser durchflossen ist. Der Isolator 14 B ist fest mit
einer Lochplatte 35 verbunden, an der die Wasser- und
Stromdurchführungen 36, 36′, ... vorgesehen sind.
Im Innern der rohrförmig ausgebildeten, evakuierten
Generatorkammer 37 werden aus dem Elektronen-Emitter 9
(der beispielsweise aus Lanthanhexaborid gebildet ist)
großflächig Elektronen emittiert und zu der Anode 11
beschleunigt. Durch gleichzeitig in die Generatorkammer 37
über den Stutzen 13 eingelassenes Gas wird ein Plasma in
der Generatorkammer 37 gezündet.
Durch die Magnetspulen 30, 21, 21′, 64, 106, welche sowohl
die Generatorkammer 37 als auch den Rohrstutzen 19, das an
der Stirnwand 27 befestigte Rohrstück 20, das Target 7 und
den Substrathalter 5 umgeben bzw. an diesen Teilen gehal
ten oder hinter diesen Teilen befestigt sind, wird das
Plasma auf einen schlauchförmigen Bereich zwischen Elek
tronen-Emitter 9, der Generatorkammer 37 und dem Target 7
bzw. dem Substrat 15 begrenzt. Die Magnetfelder bewirken
dabei, daß die emittierten Primär-Elektronen den Feld
linien entlang driften und nur über Stöße zur Anoden 11
gelangen können, wobei aus dem Target 7 geschlagene
Sekundär-Elektronen, die ebenfalls zur Ionisierung beitra
gen, eingefangen werden. Die dabei erzeugten Ionen driften
ebenfalls entlang der Magnetfeldlinien. Am Target 7 steht
so ein Ionenstrom von hoher Intensität (bis in die Größen
ordnung A/cm2) zur Verfügung. Die Energie der Ionen ist
jedoch vergleichsweise gering.
Wird nun am Target 7 ein negatives Potential angelegt, so
werden die Ionen aus der Plasma-Randschicht auf das Target
7 beschleunigt.
Durch Änderung des Magnetfeldes ist es möglich, den
Plasmastrahl S 2 um bis zu 180° zu "biegen", weshalb die
Einbaulage des Targets 7 relativ zur Längsachse 2 der
Generatorkammer 37 oder des Plasmastroms S bzw. zu den
Rohrstutzen 19, 20 nahezu beliebig wählbar ist.
Bei der metallischen Kathodenzerstäubung wird in die
Generatorkammer 37 Argongas über den Stutzen 13 einge
lassen, ein Argon-Plasma gezündet und an das Target 7 eine
Spannung im Bereich 100 V bis kV angelegt. Es herrschen
auf der Target-Oberfläche Bedingungen, ähnlich der DC-
Kathodenzerstäubung, wobei sich vergleichbare Eigen
schaften der aufgestäubten Schichten ergeben. Gegenüber
der DC-Kathodenzerstäubung sind jedoch folgende Vorteile
feststellbar:
Die dem Target 7 zugeführte Leistung ist bedeutend größer.
So ergibt sich z.B. mit dem Ionenstrom von 1 A/cm2 und
einer Target-Spannung von 750 V eine Flächenleistung auf
dem Target von 750 W/cm2. Dies ist zu vergleichen mit
einer maximalen Flächenleistung bei der DC-Magnetron-
Kathodenzerstäubung von einigen zehn W/cm2. Entsprechend
erhöht sich die Aufstäubrate. Gemessen wurde für Kupfer
eine Rate von 1200 A/s bei einem Substratabstand von
100 mm und einem Plasmastrahl-Durchmesser von ebenfalls
100 mm.
Target-Strom und Target-Spannung sind unabhängig vonein
ander einstellbar, wohingegen bei der DC-Kathodenzerstäu
bung beide Größen über eine Kennlinie verknüpft sind. Die
Möglichkeit der unabhängigen Einstellbarkeit von Strom und
Spannung bietet den Vorteil, die Zerstäubungsrate über dem
Target-Strom und die Eigenschaft der aufgestäubten Schicht
über die Target-Spannung unabhängig voneinander beeinflus
sen zu können.
Wird bei einer reaktiven Kathodenzerstäubung in der Nähe
des Substrats 15 über den Einlaßstutzen 38 Reaktivgas in
die Kammer 17 eingelassen, so sind die physikalischen
Bedingungen denen der konventionellen reaktiven Kathoden
zerstäubung vergleichbar. Als Reaktivgas eignet sich ins
besondere oxygen, nitrogen, ammonia oder acetylene.
Ein wesentlicher Unterschied zu herkömmlichen Vorrich
tungen besteht darin, daß die die Ionisation auslösenden
Elektronen beim reaktiven Kathodenzerstäuben vom Target 7
geliefert werden und der Prozeß daher sehr empfindlich auf
Änderungen der chemischen Beschaffenheit der Target-Ober
fläche reagiert. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung
werden die Ionen von außen zugeführt, und das System ver
hält sich wesentlich stabiler.
Die zum metallischen Kathodenzerstäuben genannten Vorteile
kommen hier voll zum Tragen. Ein zusätzlicher Vorteil ist
darin zu sehen, daß der intensive Plasmastrahl dazu ge
nutzt werden kann, das eingelassene Reaktivgas reaktiver
zu machen (Dissoziieren von Reaktivgas-Atomen). Die beim
reaktiven Zerstäubungsprozeß in der Regel notwendigen
zusätzlichen Blendensysteme, Anoden und Anodenstromver
sorgungen entfallen hier.
Bei einem Versuch wurden mit dem beschriebenen System
Aluminiumnitrit-Schichten mit einer Rate von ca. 100 A/s
aufgebracht. Diese Rate ist etwa einen Faktor 3 höher als
beim reaktiven DC-Magnetron-Zerstäuben.
Bei genügender Abschwächung des magnetischen Feldes hinter
dem Target 7 ist es möglich, den Plasmastrahl in zwei
Teilstrahlen aufzuteilen, von denen einer zur Zerstäubung
des Metalltargets 7 und der zweite zur Aktivierung des
Reaktivgases bzw. zur Plasmabehandlung des Substrats 15
genutzt werden kann. In diesem Fall ist durch geeignete
Druckstufen die Elektronentemperatur in beiden Teilstrah
len unabhängig beeinflußbar.
Bei den erreichbaren hohen Energiedichten ist es auch
möglich, bei genügend geringer Kühlung des Targets 7 ein
geeignetes Target durch den Plasmastrahl zu schmelzen und
zu verdampfen. In diesem Fall ist das Target 7 waagrecht,
d.h. paralell zur Längsachse des Rohrstutzens 19 anzuord
nen, wie dies in Fig. 2B dargestellt ist.
Durch das vorhandene intensive Plasma entstehen Schichten
mit gegenüber den gängigen Verdampfereinrichtungen ver
besserten Eigenschaften, da im Plasma abgedampfte Metall-
Cluster aufgebrochen und die abgedampften Metallatome zum
Teil ionisiert werden.
Von der Maschinenseite her bietet die beschriebene Vor
richtung Vereinfachungen, da im Gegensatz zum Ionen- bzw.
Elektronenstrahl-Verdampfen keine Hochspannung erforder
lich ist (typische Quellenspannung 80 V, typische Target-
Spannung 700 V).
Der Plasmastrahl kann großflächig in beliebiger Form
hergestellt werden. Eine Scan-Vorrichtung ist nicht
erforderlich. Dadurch, daß der Plasmastrahl von sich aus
quasi neutral ist, vereinfacht sich die Handhabung erheb
lich. Zusätzliche Einrichtungen zur Neutralisierung des
Strahls sind nicht notwendig.
Zur Beschichtung eines Substrats 15 mit einer Legierung
bestimmter Zusammensetzung ist es möglich, ein entspre
chendes Target 7 zu benutzen und eine Kathodenzerstäubung
zu betreiben.
Soll jedoch die Zusammensetzung der aufzubringenden
Schicht geändert werden können, so ist es sinnvoll,
verschiedene Targets 7, bestehend aus den einzelnen
Legierungsbestandteilen zu verwenden und mit einem groß
flächigen Plasmastrahl sämtliche Targets zu überdecken.
Durch Anlegen unterschiedlich hoher elektrischer Span
nungen an den einzelnen Target-Sorten läßt sich die ge
wünschte Zusammensetzung der auf das Substrat 15 aufge
stäubten Schicht einstellen.
Durch die geringe Baugröße des hier verwendeten Targets 7
ist es möglich, zum Beispiel Target-Teile aus zwei ver
schiedenen Materialien schachbrettartig anzuordnen und
dadurch ein Aufstäuben einer Legierung auf ein Substrat 15
mit geringen Schwankungen der Zusammensetzung über die Be
schichtungsbreite zu erreichen.
Weiterhin ist es möglich, mehrere Targets 7 konzentrisch
zur Plasmastrahlachse S bzw. senkrecht zu den Magnetfeld
linien m anzuordnen. Da jedem Target 7 eine zur Strahl
achse symmetrische Aufstäubungsrate zuzuordnen ist, ergibt
sich auf einem Substrat parallel zum Plasmastrahl S eine
über die gesamte Beschichtungsfläche konstante Zusammen
setzung der verschiedenen aufgestäubten Schichtbestand
teile.
Bei geeigneter Wahl der Betriebspartner ist es weiterhin
möglich, die beschriebene Vorrichtung als Metall-Ionen
quelle zu betreiben.
Die Ionisations-Wahrscheinlichkeit der abgestäubten Me
tallatome im Plasmastrahl ist unter anderem eine Funktion
von Plasmadichte und Elektronentemperatur.
Bei den hier üblichen Plasmadichten läßt sich durch
Absenkung des Neutral-Teildruckes auf 3×10-4 mbar die
Elektronentemperatur so weit erhöhen, daß zum Beispiel
Cu-Atome schon innerhalb von wenigen cm-Weglänge durch das
Plasma ionisiert werden.
Steht nun das Target 7 senkrecht zu den Magnetfeldlinien,
so ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Massen und
Energien der verschiedenen Ionensorten unterschiedliche
Lamorradien, mit denen die einzelnen Ionensorten um die
Magnetfeldlinien kreisen (z.B. Ar=4 cm; Cu=ca. 14 cm,
bei einer Magnetstärke von 100 Gauß). Dadurch ist es
möglich, die Metall-Ionensorten zu separieren.
Es bleibt zu Fig. 1 noch zu erwähnen, daß ein die Stirn
wand 27 und die Trennwand 18 durchdringender Rohrstutzen
38 vorgesehen ist, über den Gas in den Bereich zwischen
dem Target 7 und dem Substrat 15 eingeleitet werden kann.
Während bei der Ausführungform nach Fig. 2 das Target 7
als fest am Lagerbock 24 in schräger Lage gehalten ist,
bietet die Ausführungsform nach Fig. 2 die Möglichkeit,
das Target 7 am Lagerbock in vertikaler Richtung zu ver
schieben, wie das in Fig. 2A dargestellt ist; darüber
hinaus ist bei dieser Vorrichtung nach den Fig. 2, 2A,
2 B das Target 7 mit einem Magneten 6 auf seiner Rückseite
ausgestattet.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 weist eine im Querschnitt
rechteckige Anode 55 und einen entsprechend ausgeformten
Rohrstutzen 38′ auf, wobei der Rohrstutzen 38′ von einem
zusätzlichen rahmenförmigen Elektromagneten 39 umgeben
ist, der in Pfeilrichtung E verschiebbar ist. Außerdem ist
das in der an die Pumpöffnung 52 angeschlossenen, mit der
Kammer 51 verbundenen Kammer 50 des Vakuumkessels 53
angeordnete Target 40 zusammen mit dem Kühlflansch 41′ an
einem ring- oder rahmenförmigen Isolator 42 befestigt, der
seinerseits an dem Flansch 43 fest angeordnet ist, der
Teil des Rohrstutzens 38′ ist. Der Rohrstutzen 38′ ist mit
einer Rohrschlange 44 umwickelt, die gleichzeitig als
Magnetspule wirkt und die an das Rohr 45 angeschlossen
ist, das einerseits Kühlwasser zu- und abführt und ande
rerseits den Stromleiter für den Elektromotor 44 bildet.
Dem Target 40 gegenüberliegend ist die Beschichtungswalze
46 vorgesehen, über die das Substrat bzw. die Substrat
folie 47 vom Abwickler 48 zum Aufwickler 49 läuft.
Das während des Betriebs aus dem Rohrstutzen 38′ austre
tende Plasma wird insbesondere von dem Magneten 39 auf das
Target 40 gezogen, wobei in der Plasma-Randschicht die
Gas-Ionen durch das elektrische Feld beschleunigt werden
und auf das Target 40 aufschlagen und dessen Oberfläche
zerstäuben. Dabei bildet sich am Target 40 kein Erosions
graben aus; vielmehr wird das Material des Targets 40
vergleichsweise gleichmäßig abgetragen. Eine Platte 66
zwischen Target 40 und Substrat 47 verhindert, daß der
mittlere Faden des Plasmastrahls S direkt auf das Substrat
47 auftrifft. Schließlich ist an dem die beiden Kammern
50, 51 voneinander trennenden Wandteil noch eine ring-
oder rahmenförmige Magnetspule 60 befestigt, über die die
Plasma-Fäden S 2 gesteuert bzw. beeinflußt werden können.
Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 4 sind der Rohrstutzen 54
und die Anode 55 mit Blenden 56, 57 versehen, wobei die
von den beiden Blenden 56, 57 begrenzte Kammer 58 an ein
zusätzliches Absaugrohr 59 angeschlossen ist. Diese
Zwischen-Absaugung gestattet es, einen möglichen Neutral-
Teilchenfluß vom Substrat 40 zur Quelle 9 zu verringern
oder ganz zu vermeiden. Zwischen der Beschichtungswalze 46
und dem Target 40 ist neben der Magnetspule 60 ein an die
Rohrleitung 62 angeschlossenes rahmenförmiges Gaseinlaß
rohr 61 mit Düsen 63, 63′, ... angeordnet. Außerdem ist
noch eine weitere, verschiebbare Magnetspule 65 vorgese
hen, die in Verbindung mit den anderen Magnetspulen 44, 60
eine Beeinflussung der Plasmawolke im Bereich des Targets
40 gestattet. Das aus den Düsen 63, 63′ ausströmende Gas
(z.B. Sauerstoff) ermöglicht es, das Plasma reaktionsfreu
diger zu machen. Eine im Bereich der Längsachse des Rohr
stutzens 54 angeordnete Platte 66′ erlaubt es, den zentra
len Plasmafaden abzuschirmen.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist das Target 67
gegenüber demjenigen nach Fig. 3 wannen- oder trichter
förmig ausgebildet, wobei auch der an die Kühlleitung 69
angeschlossene Kühlflansch 68, der am Isolatorring 42
befestigt ist, eine entsprechende Wannen- oder Trichter
form aufweist. Durch die Schrägstellung der Oberfläche des
Targets 67 zur Längsachse des Rohrstutzens 38′ wird eine
Komponente des elektrischen Feldes genutzt, die senkrecht
zum Magnetfeld verläuft, so daß am Target 67 eine magnet
rongemäße Rennbahn entsteht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind zwei platten-
oder quaderförmige Targets 70, 70′ auf zwei an die Kühl
leitung 73 angeschlossenen Kühlflanschen 71, 71 befestigt,
die in ihrem Innern Permanentmagnete 72, 72′, 72′′, ...
bzw. 74, 74′, ... aufweisen (siehe auch Fig. 8), deren
Magnetfelder mehrere Rennbahnen 75, 76 bzw. 75′, 76′ er
zeugen können. Die beiden Targets 70, 70′ bilden jeweils
mit der Längsachse des Rohrstutzens mit rechteckigem
Profil die Winkel und von jeweils etwa 45°.
Wie Fig. 7 zeigt, kann das Target 40 gemäß den Fig. 3
und 4 auch aus mehreren kreissektorförmigen Teilen 40′,
40′′, 40′′′,... zusammengesetzt sein, wobei die einzelnen
Teile 40′, 40′′, ... aus verschiedenen Werkstoffen gebildet
und einzeln an eine Stromquelle 78 angeschlossen sein
können.
Die in den Fig. 8 und 9 in verschiedenen Ansichten
dargestellten Targets 70, 70′ gestatten eine vollständig
gleichmäßige Beschichtung eines bandförmigen Substrats 47
von vergleichsweise großer Breite, wobei die Fig. 9
deutlich macht, daß der Rohrstutzen 38′ ein rechteckiges
Profil aufweist und daß die beiden ebenen Target-Flächen
geneigt zu den einander gegenüberliegenden Innenwänden 77,
77′ des Rohrstutzens 38′ angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 10 unterscheidet sich von
denjenigen nach den Fig. 1 bis 9 im wesentlichen
dadurch, daß im Vakuumkessel 80 an Stelle eines über
Wickler 3, 4 bzw. eine Beschichtungswalze 5 geführten
bandförmigen Substrats 15 ein als Draht ausgebildetes
Substrat 83 über ein käfigartiges Gestell 105, auf dem
sechs zueinander parallele Rollen 82, 82′, ... drehbar
gelagert sind, geführt ist. Der Draht 83 läuft während des
Beschichtungvorganges von einem auf einer Welle 85 gela
gerten Abwickler 84 über die Rollen 82, 82′, ... auf den
auf einer angetriebenen Welle 87 angeordneten Aufwickler
86. Der Elektronen-Emitter 88 mit Heizung 89 und den
Wasser- und Stromdurchführungen 90, 90′ ist prinzipiell so
aufgebaut wie der in Fig. 1 dargestellte, wobei jedoch
lediglich eine in Richtung 8 verschiebbare Magnetspule 91
die rohrförmige Anode 92 mit ihrer Rohrschlange 93 um
greift. Das Target 95 ist aus mehreren konzentrisch
zueinander angeordneten Teilen, 94, 94′, 94′′ gebildet und
so angeordnet, daß seine kreisscheibenförmige Stirnfläche
quer zur Längsachse der rohrförmigen Anode 92 steht.
Im übrigen ist das Target 95 mit Wasser- und Stroman
schlüssen 96, 96′, 96′′ versehen, die bei 98, 98′, 98′′
durch die Stirnwand 97 hindurchgeführt sind. Mit 99 ist
ein Rohrstutzen für den Einlaß des Gases über die Düsen
103, 103′ in die Quelle bezeichnet und mit 101 eine Mag
netspule, die den Vakuumkessel 80 umschließt. Beide Mag
netspulen 91, 101 sind parallel der Längsachse der rohr
förmigen Anode 92 in Pfeilrichtung 8 verschiebbar. Die
nicht näher dargestellte Vakuumpumpe ist an die Pumpen
öffnung 102 der Kammer 104 des Vakuumkessels 80 ange
schlossen.
Es sei noch erwähnt, daß die rohrförmige Anode 92 auch
einen Rohrstutzen für den Einlaß des Prozeßgases in die
Generatorkammer 100 aufweist. Die Rollen 82, 82′, ... sind
auf den ringförmigen Rollenhaltern 81, 81′ gelagert, die
den zentralen Durchtritt des Plasmastroms SO zum Target 95
gestatten. Über den Magneten 101 ist der Plasmastrahl im
Bereich des Käfigs 105 unmittelbar beeinflußbar.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum
Hochraten-Sputtern und/oder Verdampfen von metallischen
oder dielektrischen Werkstoffen mit Hilfe eines außerhalb
der eigentlichen Vakuumkammer erzeugten Plasmastroms
beliebigen Querschnitts. Die Energie, die auf das Target
einwirkt, ist dabei erheblich größer als bei herkömmlichen
Vorrichtungen wie beispielsweise Magnetron- oder Dioden
anordnungen. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrich
tungen ist vergleichbar einfach, und das Plasma wird
vollkommen unabhängig vom Target erzeugt.
Die Target-Spannung und der Target-Strom können unabhängig
voneinander eingestellt werden, was bei bekannten Vorrich
tungen ebenfalls nicht möglich ist.
Im Vergleich zum Gegenstand nach der vorstehend beschrie
benen Erfindung benötigen herkömmliche Magnetron-Beschich
tungsvorrichtungen Drücke im Bereich von 3-10 millitorr.
Bei solchen Drücken beträgt die freie Weglänge eines abge
stäubten Atoms bestenfalls einen Zentimeter. Wegen dieser
kurzen, freien Weglänge haben sich die abgesputterten
Werkstoffteilchen zerstreut, bevor sie das Substrat er
reicht haben. Üblicherweise ist eine Energie von 400 bis
600 eV aufzubringen, um brauchbare Magnetron-Sputter-Raten
zu erzielen; bei diesem Energie-Level sind in der Regel
sowohl die Targets als auch die Substrate rasch beschädigt
bzw. verformt oder aber es haben unerwünschte chemische
Reaktionen an der Oberfläche des Targets stattgefunden.
(Ein Beispiel hierfür liefert die US-PS 45 88 490).
Magnetron-Systeme sind außerdem werkstoff-spezifisch, was
bedeutet, daß die Ausbeute an Sekundär-Elektronen an der
Target-Oberfläche die Wirksamkeit des Plasmas bestimmen.
Weiterhin ist der Effekt der magnetischen Drift (ExB) beim
Sputtern, bei dem elektrische Kraftfelder die magnetischen
Feldlinien kreuzen, ein allgemein bekanntes Phänomen (wie
aus der US-PS 21 46 025 und der US-PS 41 66 018 entnehmbar
ist).
Im Falle, daß mit einer der beschriebenen Anlagen eine
Plasma-CVD durchgeführt werden soll (beispielsweise mit
der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung), korrespondiert
die Vakuumkammer 17 ebenfalls mit einer Einrichtung zur
Erzeugung eines Plasmastrahls S, die einen Elektronen-
Emitter 9 mit einer nachgeschalteten rohrförmigen Anode 11
aufweist, die einen Einlaß 13 für das Prozeßgas zum Zünden
des Plasmastrahls S besitzt, wobei die Anode 11 mit einem
Rohrstutzen 19 zusammenwirkt, der sowohl in die Anode 11
als auch in die Vakuumkammer 17 einmündet. Außerdem werden
die Magnete 12, 21, 30, 64, 106 zum Ausrichten und Führen
des Plasmastrahls S durch die Anode 11 in die Vakuumkammer
17 benötigt, wobei in der Vakuumkammer der Substrathalter
mit dem von diesem gehaltenenen und/oder geführten Sub
strat (beispielsweise die von dem Abwickler 3 über eine
Beschichtungswalze 5 zu einem Aufwickler 4 geführte Sub
stratfolie 15) angeordnet ist. In den aus dem Rohrstutzen
19 austretenden Plasmastrahl S mündet dabei ein Rohr 38
für den Einlaß einer die Plasmapolymerisation bewirkenden
Substanz, beispielsweise SiH4 (Silan), ein.
In diesem Falle ist das Target 7 überflüssig, d.h. es kann
entweder ausgebaut werden oder aber es wird während des
Betriebs die Spannung für das Target 7 abgeschaltet. Für
den Fall, daß das Target 7 aus der Kammer 17 entfernt
wird, ist es zweckmäßig an der Innenseite der Gehäusewand
27 eine elektrisch isolierte Prallplatte im Bereich des
Pfeiles D anzubringen, um eine unerwünschte Beschichtung
der Gehäusewand 27 vermeiden. Es ist klar, daß der Plasma
strahl möglichst direkt auf das Substrat oder zumindest in
dessen unmittelbare Nähe gerichtet werden muß. Die in den
Plasmastrahl S eingelassene Substanz kann sowohl gasförmig
als auch flüssig oder pulverförmig sein. Diese Substanz
wird physikalisch oder chemisch verändert und auf dem
Substrat 15 niedergeschlagen.
Auflistung der Einzelteile:
Auflistung der Einzelteile:
1 Vakuumkessel, Vakuumkammer
2 Pumpöffnung
3 Abwickler
4 Aufwickler
5 Beschichtungswalze, Substrathalter
6 Magnetspule
7 Target
8, 8′, 8″ Wasser- und Stromdurchführungen
9 Elektronen-Emitter
10 Heizung
11 Anode
12 Rohrschlange
13 Einlaßstutzen
14 Isolator
14 a, 14 b Isolator
15 Substratfolie, Substratdraht, Substrat
16 Kammer, Vakuumkammer
17 Kammer, Vakuumkammer
18 Trennwand
19 Rohrstutzen
20 Rohrstück
21, 21′ Magnetspule
22 Rohr
23 Anode
24 Lagerbock
25 Schlauchleitung
26 Schlauchleitung
27 Stirnwand
28 Stirnwand
29 Schiene
30 Magnetspule
31 Spulenhalterung
32 Spulenhalterung
33 Flansch
34 Isolator
35 Lochplatte
36, 36,′, . . . Wasser- und Stromdurchführungen
37 Generatorkammer
38, 38′ Rohrstutzen
39 Elektromagnet
40, 40′, 40″ Target
41 Kühlflansch
42 Isolatorring, Isolatorrahmen
43 Flansch
44 Rohrschlange
45 Rohr
46 Beschichtungswalze, Substrathalter
47 Substrat, Substratfolie
48 Abwickler
49 Aufwickler
50 Kammer, Vakuumkammer
51 Kammer, Vakuumkammer
52 Pumpöffnung
53 Vakuumkessel
54 Rohrstutzen
55, 55′ Anode, Anodenkammer
56 Blende
57 Blende
58 Kammer
59 Absaugrohr
60 Magnetspule
61 Gaseinlaßrohr
62 Rohrleitung
63, 63′, . . . Düse
64 Magnetspule
65 Magnetspule
66, 66′ Platte
67 Target
68 Kühlflansch
69 Kühlleitung
70, 70′ Target
71, 71′ Kühlflansch
72, 72′, . . . Permanentmagnet
73 Kühlleitung
74, 74′, . . . Permanentmagnet
75, 75′ Feldlinie
76, 76′ Feldlinie
77, 77′ Innenwand des Rohrstutzens
78 Stromquelle
79 Stromquelle
80 Vakuumkessel
81, 81′ Rollenhalter
82, 82′, . . . Rolle
83 Substrat, Draht
84 Abwickler
85 Welle
86 Aufwickler
87 angetriebene Welle
88 Elektronen-Emitter
89 Heizung
90, 90′ Wasser-/Stromdurchführung
91 Magnetspule
92 Anode
93 Magnetspule, Rohrschlange
94, 94′, 94″ Teile des Targets
95 Target
96, 96′, 96″ Wasser-/Stromanschluß
97 Stirnwand
98, 98′, 98″ Durchführung
99 Rohrstutzen
100 Generatorkammer
101 Magnetspule
102 Pumpöffnung
103, 103′ Gasauslaßdüse
104 Vakuumkammer
105 Substrathalter
106 Magnet
S 1 Plasmastrahl, der das Target 7 bzw. 40, 67 trifft (Fig. 1, 2, 2A, 2B, 3, 5)
m Magnetfeldlinien zwischen den Magnetspulen 21 21′ der Rohrstücke 19, 20 (Fig. 1) bzw. zwischen der Magnetspule 21 und dem Magneten 6 (Fig. 2, 2A, 2B) bzw. zwischen der Magnetspule 44 und dem Magneten 39 bzw. 65 des Targets 40 (Fig. 3, 3A) bzw. der Magnetspule 44 und dem Magneten 39 des Targets 67 (Fig. 5) bzw. den Magneten 74, 74′, 74″, 74″′ und 72, 72′, 72″, 72″′ der Targets 70, 70′ (Fig. 8)
S 2 Plasmastrahl, der vom Plasmastrahl S vor dem Target abzweigt und das Substrat 15, 47 trifft (Fig. 1, 2, 2A, 2B, 3, 5)
SO geschlossener Plasmastrahl, der durch den Käfig 105 hindurchgeführt ist und auf das mehrteilige Target 95 auftrifft (Fig. 10)
L Längsachse des ungeteilten Plasmastrahls S
R Rennbahn der Targets 70 bzw. 70′
2 Pumpöffnung
3 Abwickler
4 Aufwickler
5 Beschichtungswalze, Substrathalter
6 Magnetspule
7 Target
8, 8′, 8″ Wasser- und Stromdurchführungen
9 Elektronen-Emitter
10 Heizung
11 Anode
12 Rohrschlange
13 Einlaßstutzen
14 Isolator
14 a, 14 b Isolator
15 Substratfolie, Substratdraht, Substrat
16 Kammer, Vakuumkammer
17 Kammer, Vakuumkammer
18 Trennwand
19 Rohrstutzen
20 Rohrstück
21, 21′ Magnetspule
22 Rohr
23 Anode
24 Lagerbock
25 Schlauchleitung
26 Schlauchleitung
27 Stirnwand
28 Stirnwand
29 Schiene
30 Magnetspule
31 Spulenhalterung
32 Spulenhalterung
33 Flansch
34 Isolator
35 Lochplatte
36, 36,′, . . . Wasser- und Stromdurchführungen
37 Generatorkammer
38, 38′ Rohrstutzen
39 Elektromagnet
40, 40′, 40″ Target
41 Kühlflansch
42 Isolatorring, Isolatorrahmen
43 Flansch
44 Rohrschlange
45 Rohr
46 Beschichtungswalze, Substrathalter
47 Substrat, Substratfolie
48 Abwickler
49 Aufwickler
50 Kammer, Vakuumkammer
51 Kammer, Vakuumkammer
52 Pumpöffnung
53 Vakuumkessel
54 Rohrstutzen
55, 55′ Anode, Anodenkammer
56 Blende
57 Blende
58 Kammer
59 Absaugrohr
60 Magnetspule
61 Gaseinlaßrohr
62 Rohrleitung
63, 63′, . . . Düse
64 Magnetspule
65 Magnetspule
66, 66′ Platte
67 Target
68 Kühlflansch
69 Kühlleitung
70, 70′ Target
71, 71′ Kühlflansch
72, 72′, . . . Permanentmagnet
73 Kühlleitung
74, 74′, . . . Permanentmagnet
75, 75′ Feldlinie
76, 76′ Feldlinie
77, 77′ Innenwand des Rohrstutzens
78 Stromquelle
79 Stromquelle
80 Vakuumkessel
81, 81′ Rollenhalter
82, 82′, . . . Rolle
83 Substrat, Draht
84 Abwickler
85 Welle
86 Aufwickler
87 angetriebene Welle
88 Elektronen-Emitter
89 Heizung
90, 90′ Wasser-/Stromdurchführung
91 Magnetspule
92 Anode
93 Magnetspule, Rohrschlange
94, 94′, 94″ Teile des Targets
95 Target
96, 96′, 96″ Wasser-/Stromanschluß
97 Stirnwand
98, 98′, 98″ Durchführung
99 Rohrstutzen
100 Generatorkammer
101 Magnetspule
102 Pumpöffnung
103, 103′ Gasauslaßdüse
104 Vakuumkammer
105 Substrathalter
106 Magnet
S 1 Plasmastrahl, der das Target 7 bzw. 40, 67 trifft (Fig. 1, 2, 2A, 2B, 3, 5)
m Magnetfeldlinien zwischen den Magnetspulen 21 21′ der Rohrstücke 19, 20 (Fig. 1) bzw. zwischen der Magnetspule 21 und dem Magneten 6 (Fig. 2, 2A, 2B) bzw. zwischen der Magnetspule 44 und dem Magneten 39 bzw. 65 des Targets 40 (Fig. 3, 3A) bzw. der Magnetspule 44 und dem Magneten 39 des Targets 67 (Fig. 5) bzw. den Magneten 74, 74′, 74″, 74″′ und 72, 72′, 72″, 72″′ der Targets 70, 70′ (Fig. 8)
S 2 Plasmastrahl, der vom Plasmastrahl S vor dem Target abzweigt und das Substrat 15, 47 trifft (Fig. 1, 2, 2A, 2B, 3, 5)
SO geschlossener Plasmastrahl, der durch den Käfig 105 hindurchgeführt ist und auf das mehrteilige Target 95 auftrifft (Fig. 10)
L Längsachse des ungeteilten Plasmastrahls S
R Rennbahn der Targets 70 bzw. 70′
Claims (83)
1. Kathodenzerstäubungsvorrichtung, dadurch gekennzeich
net, daß die Vakuumkammer (16, 17, 50, 51, 104) mit
einer Einrichtung (9-13, 37) zur Erzeugung eines
Plasmastrahls (S) verbunden ist und ein Target (7,
40, 67, 70, 70′, 94, 95) aufweist, das mit Magneten
(21, 21′, 6, 39, 44, 65, 101) zusammenwirkt, die den
Plasmastrahl (S) auf die Oberfläche des Targets (7,
40, 67, 70, 70′, 94, 95) lenken und mit einer Ein
richtung versehen ist, um Ionen im Plasmastrahl (S)
zu beschleunigen, die die Oberfläche des Targets (7,
40, 67, 70, 70′, 94, 95) treffen und Teilchen heraus
lösen und Substrathalter (5, 46, 82, 82′, ...) auf
weist, die im Inneren der Vakuumkammer (16, 17, 50,
51, 104) zur Halterung der Substrate (15, 47, 83) für
die Beschichtung mit abgestäubten Teilchen angeordnet
sind und vorzugsweise mit einer Einrichtung, bei
spielsweise einer Magnetanordnung (60, 101, 106),
ausgestattet ist für die Ablenkung zumindest eines
Fadens oder Teilstrahls (S 2) des Plasmastrahls (S)
vom Target auf das Substrat (15, 47, 83).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Plasmastrahl-Generator (9-13, 37) einen
Elektronen-Emitter (9) mit einer nachgeschalteten
rohrförmigen Anode (11, 23, 55, 55′) aufweist, die
einen Einlaß (13) für das Prozeßgas zum Zünden des
Plasmastrahls besitzt, wobei die Anode mit einem
Rohrstutzen (19, 38, 38′, 54) korrespondiert, der
sowohl mit der Anode (11, 55) als auch mit der
Vakuumkammer (16, 17, 50, 51) zusammenwirkt und
Magnete (21, 21′, 44, 93) zum Ausrichten und Führen
des Plasmastrahls (S) durch die Anode (11, 55) in die
Prozeßkammer aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Form des plattenartigen Elektronen-Emitters
(9) dem Querschnitt des Plasmastrahls (S) entspricht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Form des plattenartigen Elektronen-Emitters
(9) kreisscheibenförmig ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Form des Elektronen-Emitters (9) rechteckig
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (7, 40, 67, 70, 70′) sich außerhalb
des zentralen Pfads des Plasmastrahls (S 2) befindet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (40, 67) den Plasmastrahl (S) um
schließt und dem Substrat (46) zum Zwecke der Be
schichtung gegenüberliegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
Stutzen (38′, 61, 62, 99, 103, 103′) zum Einleiten
einer reaktiven Substanz in die Umgebung der Ober
fläche des Targets (7, 40, 94, 94′, 94′′).
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zur Ablenkung eines Fadens (S 2)
des Plasmastrahls (S) Magnete (60, 101, 106) umfaßt,
die in unmittelbarer Nachbarschaft der Substrathalter
angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnet (6, 21′, 39, 65) zum Führen des
Plasmastrahls (S 1) auf der Rückseite des Targets (7,
40, 67, 70, 70′) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (7) auf dem Target-Halter (24) relativ
zum Plasmastrahl (S l) verschiebbar angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrstutzen (19, 38, 38′, 54) etwa vieleckig
im Querschnitt ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrstutzen (19, 38, 38′, 54) etwa rechteckig
im Querschnitt ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrstutzen (19, 38, 38′, 54) einen etwa
ovalen Querschnitt aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rohrstutzen (19, 38, 38′, 54) einen etwa
kreisrunden Querschnitt aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Kühleinrichtung (41, 68, 69, 71, 71′, 73, 73′)
zum Kühlen des Targets (7, 40, 67, 70, 70′).
17. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anode (55′) und der Rohrstutzen (54) mit
Hilfe von zwei Blenden (56, 57) in Kammern (37, 58)
aufgeteilt ist, die über ein Absaugrohr (59) an eine
Vakuumquelle angeschlossen sind.
18. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (67) etwa schüssel- oder trogförmig
ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Hälften des Targets (70, 70′) winklig
zueinander angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (67) etwa trichterförmig ausgebildet
ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (40, 40′, 40′′, 40′′′ bzw. 94, 94′, 94′′)
aus mehreren einzelnen Teilen gebildet ist, die aus
verschiedenen Werkstoffen bestehen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Teile des Targets (40, 40′, 40′′,
40′′′) konzentrisch und um die Längsachse des Plasma
strahls (S) herum angeordnet sind, wobei jedes dieser
Teile unabhängig vom benachbarten Teil Ionen im Plas
mastrahl beschleunigt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Teile des Targets (94, 94′, 94′′)
als nebeneinanderliegende Segmente in einer gemein
samen Ebene angeordnet sind, wobei jedes einzelne
Teil unabhängig vom benachbarten Teil Ionen im
Plasmastrahl beschleunigt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (70, 70′) Magnete (72, 72′, 72′′, 72′′′
bzw. 74, 74′, 74′′, 74′′′) aufweist, die geschlossene
magnetische Tunnels (m) an den Oberflächen der Tar
gets (70 70′) erzeugen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß Teile des Elektronen-Emitters (9, 88) aus
Lanthanhexaborid gebildet sind.
26. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Target-Anordnung aus einem Paar Targets (70,
70′) gebildet ist.
27. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 und 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die einzelnen Targets (70, 70′)
des Target-Paares jeweils einen rechteckigen Quer
schnitt aufweisen, wobei jedes der Targets in einem
Winkel (α, α′) nicht größer als 90° zur Längsachse
(L) des aufgeteilten Plasmastrahls (S) angeordnet
ist.
28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Einrichtung zum Beschleunigen der Ionen von einer
hochfrequenten Spannung oder aber mit Spannungsstößen
oder mit einer einstellbaren Wechselspannung beauf
schlagt sind.
29. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung Gaseinlaßöffnungen (38, 38,′ 61,
62, 103, 103′) aufweist, wobei die reaktive Substanz
ein Gas ist.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaseinlaßöffnungen (61, 103, 103′) konzen
trisch zum Target (40, 94, 94′, 94′′) oder kranzförmig
um dieses herum angeordnet sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaseinlaßöffnungen (38, 38′) etwa parallel
zur Ebene des Targets (7) angeordnet ist.
32. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu
beschichtenden Substrate an eine einstellbare elek
trische Spannungsquelle anschließbar sind.
33. Kathodenzerstäubungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
eine Plasmaquelle (88), durch ein Target (94, 94′,
94′′), das dem Plasmastrahl (S 0) in der Vakuumkammer
(104) ausgesetzt ist, durch einen Magneten (101), der
den Plasmastrahl (S 0) auf die Oberfläche des Targets
(94, 94′, 94′′) lenkt, durch eine Spannungsquelle, die
Ionen im Plasmastrahl (S 0) auf die Oberfläche des
Targets (94, 94′, 94′′) beschleunigt und dort Teilchen
zerstäubt, und durch einen käfigartigen Substrathal
ter (105) an der Vorderseite des Targets, der den
Plasmastrahl (S 0) ringförmig umschließt und das
Substrat (83) zum Zwecke der Beschichtung hält.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß der Substrathalter (105) mehrere zueinander
parallele Rollen (82, 82′, 82′′, 82′′′) aufweist, wobei
ein strangförmiges Substrat (83), beispielsweise ein
Draht, um den käfigförmigen Substrathalter (105)
herumlegbar ist.
35. Kathodenzerstäubungsvorrichtung, dadurch gekennzeich
net, daß an eine Vakuumkammer eine Einrichtung zur
Erzeugung eines Plasmastrahls angeschlossen ist,
wobei in der Vakuumkammer ein Gefäß angeordnet ist,
das einen zu verdampfenden Werkstoff enthält, wobei
eine Magnetanordnung vorgesehen ist, der den Plasma
strahl auf den zu verdampfenden Werkstoff lenkt und
wobei eine Einrichtung zum Beschleunigen von Ionen im
Plasmastrahl auf den zu verdampfenden Werkstoff vor
gesehen ist und wobei ein Substrathalter in der
Vakuumkammer angeordnet ist, der ein Substrat zur
Beschichtung mit dem verdampften Werkstoff hält.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung, beispielsweise eine Magnetanord
nung, um einen von einem Hauptstrahl abgezweigten
Teil des Plasmastrahls auf das Substrat zu lenken.
37. Kathodenzerstäubungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
eine mit der Vakuumkammer verbundene Einrichtung zur
Erzeugung eines Plasmastrahls und ein in der Vakuum
kammer angeordnetes Target (7, 40, 67, 70, 70′) mit
einem Magneten (6, 39, 65), der den Plasmastrahl auf
die Oberfläche des Targets (7, 40, 67, 70, 70′)
lenkt, und mit einer Einrichtung zur Beschleunigung
von Ionen im Plasmastrahl auf die Oberfläche des
Targets (7, 40, 67, 70, 70′), um auf dieser Teilchen
abzustäuben, und mit einem Substrathalter (24, 46),
der in der Vakuumkammer angeordnet ist und ein Sub
trat (5, 47) hält, damit dieses mit abgestäubten
Teilchen beschichtbar ist, wobei das Target (7, 40,
67, 70, 70′) außerhalb des zentralen Pfads des
Plasmastroms (S) angeordnet ist.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,
daß der Generator (37, 100) zur Erzeugung des Plas
mastrahls (S) einen Elektronen-Emitter (9, 88) sowie
eine rohrförmige Anode (11, 92) stromabwärts des
Elektronen-Emitters (9, 88) aufweist und mit einer
Einlaßöffnung (13, 99) zum Zuführen eines Prozeßgases
und zur Zündung des Plasmastrahls versehen ist und
eine Prozeßkammer bildet, die mit der Anode (11, 92),
der Vakuumkammer (17, 50, 104) und mit Magneten (6,
39, 65) zum Lenken und Führen des Plasmastrahls durch
die Anode (11, 92) und die Prozeßkammer zusammen
wirkt.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
daß die Form des Elektronen-Emitters (9) der Quer
schnittfläche des Plasmastrahls (S) entspricht.
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektronen-Emitter (9) einen kreisscheiben
förmigen Querschnitt hat.
41. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektronen-Emitter (9) rechteckig ausgeformt
ist.
42. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch
eine Prallplatte (66, 66′) zur Abschirmung und Ablen
kung eines mittleren Fadens des Plasmastrahls (S) vom
Substrat (47).
43. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch
eine Rohrleitung (38, 38′, 62) zum Einleiten einer
reaktiven Substanz in die Umgebung der Oberfläche des
Targets (7, 40).
44. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (66, 66′) zum Ablenken eines
Teils (S 2) des Plasmastrahls (S) mit einem Magneten
(60) zusammenwirkt, der dem Substrathalter (46)
zugeordnet ist.
45. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Magnet (6, 39, 65) zur Führung des Plasma
strahls hinter der Oberfläche des Targets (7, 40)
angeordnet ist.
46. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (7) in seiner Lage relativ zum Plas
mastrahl (S) verstellbar gehalten ist.
47. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prozeßkammer (37, 55, 58, 100) einen etwa
vieleckigen Querschnitt hat.
48. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prozeßkammer einen etwa rechteckigen Quer
schnitt hat.
49. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prozeßkammer einen etwa ovalen Querschnitt
hat.
50. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
daß die Prozeßkammer einen etwa kreisrunden Quer
schnitt hat.
51. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (7, 40, 67, 70, 70′) mit Kühlkanälen
oder einem Kühlflansch (41, 41′, 68, 71, 71′) verse
hen ist.
52. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anode (55) und der Rohrstutzen (54) Blenden
(56, 57) aufweisen, die eine Kammer (58) begrenzen,
die an eine Vakuumquelle (59) angeschlossen ist.
53. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target aus mehreren einzelnen Teilen (40,
40′, 40′′, 40′′′), aus vorzugsweise zwei verschiedenen
Werkstoffen, gebildet ist.
54. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile (40, 40′, 40′′, 40′′′) des Targets ring
förmig um die Längsachse des Plasmastrahls herum an
geordnet sind, wobei jedes Teil (40, 40′, 40′′, 40′′′)
an eine eigene Spannungsquelle (78) zur Beschleuni
gung der Ionen im Plasmastrahl angeschlossen ist.
55. Vorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile (40, 40′, 40′′, 40′′′) des Targets in
einer gemeinsamen Ebene nebeneinanderliegend, bei
spielsweise schachbrettartig, angeordnet sind, wobei
jedes Teil an eine eigene Spannungsquelle (78) ange
schlossen ist, um Ionen im Plasmastrahl zu beschleu
nigen.
56. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektronen-Emitter (9) aus Lanthanhexaborid
gebildet ist.
57. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Beschleunigen der Ionen mit
einer hochfrequenten Spannung, mit Spannungsstößen
oder aber mit einer einstellbaren Wechselspannung
beaufschlagt ist.
58. Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zuführeinrichtung Gaseinlaßrohre (38, 62)
umfaßt, wobei das Reaktivmittel ein Gas ist.
59. Vorrichtung nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaseinlaßöffnungen (61) konzentrisch zum
Target (40) angeordnet sind.
60. Vorrichtung nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gaseinlaßöffnungen (38) etwa parallel zur
Oberfläche des Targets (7) angeordnet sind.
61. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch
Einrichtungen zur Versorgung des Substrats mit einer
einstellbaren elektrischen Spannung zum Zwecke der
Beschichtung.
62. Verfahren zur Kathodenzerstäubung, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Vakuumkammer (17, 50, 104) mit
einem Plasmastrahl-Generator (9, 10, 11, 12, 13 bzw.
88, 89, 92, 93, 99) verbunden ist, der auf das Innere
der Vakuumkammer (50, 104) einwirkt, daß ein Target
(7, 40, 67, 70, 70′, 95) und ein Substrathalter (5,
46, 105) in der Vakuumkammer (17, 50, 104) vorgesehen
sind, wobei der Substrathalter das Substrat (15, 47,
83) zum Zwecke seiner Beschichtung hält, daß eine
magnetische Einrichtung (39, 65, 101) den Plasma
strahl auf die Oberfläche des Targets (7, 40, 67, 70,
70′, 95) lenkt, daß Ionen im Plasmastrahl beschleu
nigt werden, die die Oberfläche des Targets treffen
und von dieser Teilchen abstäuben, und daß ein Teil
des Plasmastrahls abgeteilt und auf das Substrat
gelenkt wird.
63. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (7, 40, 67, 70, 70′) außerhalb des
Pfads des Plasmastrahls angeordnet ist, wobei ein
Teil (S 2) des Plasmastrahls (S) abgelenkt und auf das
Substrat (15, 47) gerichtet werden kann.
64. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (40, 67, 70, 70′) den Plasmastrahl (S)
symmetrisch umschließt und dem Substrat (47) zum
Zwecke der Beschichtung gegenüberliegend angeordnet
ist.
65. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target (95) dem Plasmastrahl (S 0) frontal
gegenüberstehend angeordnet ist, wobei der Sub
strathalter (105) nach Art eines Käfigs ausgebildet
und vor dem Target (95) angeordnet ist und den
Plasmastrahl (S 0) umschließt, wobei ein Teil des
Plasmastrahls abgelenkt und auf das Substrat (83)
gerichtet werden kann.
66. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target aus mehreren einzelnen, aus verschie
denen gebildeten Teilen (40, 40′, 40′′, 40′′′ bzw. 94,
94′, 94′′) besteht, die sämtlich gleichmäßig abge
stäubt werden.
67. Verfahren nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile des Targets (40, 40′, 40′′, 40′′′)
konzentrisch zueinander angeordnet sind.
68. Verfahren nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile des Targets (40, 40′, 40′′, 40′′′ bzw.
94, 94′, 94′′) als in derselben Ebene und nebeneinan
derliegende Segmente ausgebildet sind.
69. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Prozeßphase für das Einführen einer reak
tiven Substanz in die unmittelbare Nähe des Targets
vorgesehen ist.
70. Verfahren nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet,
daß die reaktive Substanz ein Gas ist.
71. Verfahren nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gas konzentrisch zum Target eingelassen wird.
72. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet,
daß der Plasmastrahl abgestäubte Teilchen ionisiert,
wobei diese auf dem Substrat niedergeschlagen werden
und wobei wahlweise ein Teil des Plasmastrahls abge
lenkt und auf das Substrat gerichtet werden kann.
73. Verfahren nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target aus einem Metall gebildet ist und
Metall-Ionen zum Zwecke der Beschichtung auf das
Substrat gestäubt werden.
74. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target von einem Werkstoff gebildet wird, der
vom Plasmastrahl verdampft und dann auf das Substrat
niedergeschlagen wird, wobei wahlweise ein Teil des
Plasmastrahls abgelenkt und auf das Substrat gerich
tet werden kann.
75. Kathodenzerstäubungsvorrichtung, gekennzeichnet durch
ein in einer Vakuumkammer (17, 50, 104) angeordnetes
Substrat (15, 47, 83) und einem Elektronen-Emitter
(9, 88), der in einer separaten, mit der Vakuumkammer
(17, 50, 104) korrespondierenden, die Anode (11, 23,
92) bildenden Generatorkammer (37, 100) zugeordnet
ist und der nach dem Einleiten eines Prozeßgases in
die Generatorkammer (37, 100) eine großflächige Plas
masäule (S) erzeugt, die unter der Einwirkung von
Magneten (64, 30, 20, 21, 39, 65, 101) zwischen
Elektronen-Emitter (9, 88) und einer Target-Anordnung
(7, 40, 67, 70, 70′, 95) geführt ist, wobei die posi
tiven Ionen durch Anlegen einer einstellbaren negati
ven Spannung auf das Target beschleunigt werden, von
wo aus die abgestäubten Metallatome auf das Substrat
(15, 47, 83) gelangen und wobei die Target-Anordnung
(7, 40, 67, 70, 70′, 95) in unmittelbarer Nachbar
schaft des dem Elektronen-Emitter (9, 88) gegenüber
liegenden Ende des die Generatorkammer (37, 100)
verlängernden Rohrstutzens (19, 38, 38′ 54) oder Düse
(63) angeordnet ist und mindestens einen Magneten (6,
39, 65, 101) aufweist, der auf der dem Substrat (15,
47, 83) abgewandten Seite der Target-Anordnung ange
ordnet ist.
76. Vorrichtung nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet,
daß die Target-Anordnung (7) auf einem ortsfesten
Bock (24) gelagert ist und in ihrer Lage zum dem
Elektronen-Emitter (9) abgewandten Ende des Rohr
stutzens (19) sowohl schwenk- (Pfeilrichtung F) als
auch längsverschiebbar (Pfeilrichtung D) gehalten
ist.
77. Vorrichtung nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet,
daß das Target eine im wesentlichen rahmenförmige
Konfiguration aufweist und am dem Elektronen-Emitter
(9) abgewandten Ende des Rohrstutzens (38, 54)
gehalten ist.
78. Vorrichtung nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet,
daß das dem Emitter abgekehrte Ende des Rohrstutzens
(38, 54) einen Kragen oder Flansch (43) aufweist, an
dem die Target-Anordnung (40, 67, 70, 70′) gehalten
ist, wobei zwischen Target-Anordnung (40, 67, 70,
70′) und Flansch (43) mindestens ein Isolator (42)
und mindestens ein vom Kühlmittel durchströmter Kühl
flansch (41, 41′, 68, 71, 71′) angeordnet sind.
79. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 75 bis 78, da
durch gekennzeichnet, daß der zwischen Target (67 und
Isolator (42) angeordnete Kühlflansch (68) als rota
tionssymmetrischer, Kühlkammern aufweisender Torus
mit vorzugsweise etwa trapezförmigem Querschnitt
ausgebildet ist.
80. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Target-Anordnung (67) eine etwa wannen-, schalen-
oder trichterförmige Konfiguration aufweist.
81. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühlflansche (71, 71′) einen oder mehrere Magnete
(72, 72′, ...; 74, 74′, ...) aufweisen, die vom
Kühlmittel umströmt sind und deren magnetische Felder
sich unmittelbar an den Targets (70, 70′) aufbauen
und dort die Ausbildung von Rennbahnen (bzw. Elek
tronenbahnen) (75, 75′; 76, 76′) bewirken.
82. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem
Emitter (9) abgekehrten Ende des Rohrstutzens (38′)
mehrere Targets (70, 70′) angeordnet sind, die je
weils eine etwa parallelepipede Form aufweisen und
die unter einem Winkel (α, α′) zur Längsachse
des Rohrstutzens (38′) angeordnet sind, der jeweils
einem rechten Winkel entspricht oder kleiner als ein
rechter Winkel ist.
83. Kathodenzerstäubungsvorrichtung, dadurch qekenn
zeichnet, daß eine Vakuumkammer (17) mit einer
Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmastrahls (S)
verbunden ist, die einen Elektronen-Emitter (9) mit
einer nachgeschalteten rohrförmigen Anode (11) auf
weist, die einen Einlaß (13) für das Prozeßgas zum
Zünden des Plasmastrahls (S) besitzt, wobei die Anode
(11) mit einem Rohrstutzen (19) korrespondiert, der
sowohl in die Anode (11) als auch in die Vakuumkammer
(17) einmündet, und wobei Magnete (12, 21, 30, 64,
106) zum Ausrichten und Führen des Plasmastrahls (S)
durch die Anode (11) in die Vakuumkammer (17) vorge
sehen sind, die einen Substrathalter mit einem von
diesem gehaltenen und/oder geführten Substrat, bei
spielsweise eine von einem Abwickler (3) über eine
Beschichtungswalze (5) zu einem Aufwickler (4) ge
führte Substratfolie (15) aufweist und wobei in den
aus dem Rohrstutzen (19) austretenden Plasmastrahl
(S) ein Rohr (38) für den Einlaß einer eine Plasma
polymerisation bewirkenden Substanz, beispielsweise
SiH4 (Silan), einmündet.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US15520688A | 1988-02-12 | 1988-02-12 | |
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ID=27434023
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