DE4016087A1 - Arc coating unit eliminating droplets or spray on substrate - by using centrifugal force of rotating cathode to divert them into wall encircling the cathode - Google Patents
Arc coating unit eliminating droplets or spray on substrate - by using centrifugal force of rotating cathode to divert them into wall encircling the cathodeInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mittels Bogenverdampfung in einem evakuierten Raum sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfah rens.The invention relates to a method for coating Substrates by means of arc evaporation in an evacuated Space and a device for performing this procedure rens.
Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung solcher Verfah ren mit Bogenentladungsverdampfung sind bekannt und werden in der Praxis allgemein verwendet. Nachteilig ist dabei, daß die Qualität der gebildeten Schichten häufig dadurch ver schlechtert wird, daß sich von der Kathode lösende Tröpfchen oder Spritzer in die jeweiligen Schichten eingebaut werden. Dies ist eine Folge davon, daß sich am kathodischen, im we sentlichen punktförmigen Fußpunkt eines Vakuumbogens stets eine kochende Schmelze ausbildet, aus der nicht nur Atome und Ionen, sondern insbesondere auch Tröpfchen und Spritzer austreten und auf das Substrat fliegen, wo sie die uner wünschte Qualitätsverschlechterung zur Folge haben.Methods and devices for carrying out such procedures ren with arc discharge evaporation are known and will be commonly used in practice. The disadvantage here is that this often ver the quality of the layers formed deteriorates that droplets detaching from the cathode or splashes can be built into the respective layers. This is a consequence of the fact that the cathodic, in the we significant point base of a vacuum arc always forms a boiling melt from which not only atoms and ions, but especially droplets and splashes emerge and fly to the substrate where they are the un result in the desired deterioration in quality.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die Bildung von Schichten zu ermöglichen, die einwand freie Qualität besitzen und keine eingebauten Tröpfchen oder Spritzer enthalten.The object of the invention is to avoid these disadvantages and to allow the formation of layers that are flawless possess free quality and no built-in droplets or Splashes included.
Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß im Bereich der Kathode auf die sich von der Kathode lösenden und nicht zum Einbau in die Schichten ge eigneten Teilchen, Tröpfchen und Spritzer solche Ablenkkräf te ausgeübt werden, daß diese Teilchen, Tröpfchen oder Sprit zer aus der zum Substrat gerichteten Bewegungsbahn abgelenkt und in einem vom Substrat beabstandeten Bereich aufgefangen werden, wo sie keinerlei störende Effekte bewirken können. This object is essentially achieved according to the invention characterized in that in the area of the cathode on the Solvent cathode and not for installation in the layers suitable particles, droplets and splashes such deflecting forces te that these particles, droplets or fuel distracted from the path of movement directed towards the substrate and collected in an area spaced from the substrate where they can have no disruptive effects.
Bevorzugt werden als Ablenkkräfte im unmittelbaren Bereich der Kathode erzeugte Fliehkräfte genutzt, die auf die sich von der Kathode lösenden Tropfchen und Spritzer tangentiale Schleuderkräfte ausüben, die zur Kathodenoberfläche parallel und zum Radiusvektor senkrecht verlaufen. Erzeugt werden diese Fliehkrafte dadurch, daß die Kathode in eine Rotations bewegung mit entsprechend hoher Drehzahl versetzt wird, so daß die Spritzer und Tröpfchen beim Verlassen der Kathode geradlinig den tangentialen Schleuderkräften folgen.Preferred as distraction forces in the immediate area centrifugal forces generated on the cathode are used, which affect the droplets and splashes tangential from the cathode Exert centrifugal forces that are parallel to the cathode surface and run perpendicular to the radius vector. Be generated this centrifugal force by rotating the cathode movement is shifted at a correspondingly high speed, so that the splashes and droplets when leaving the cathode follow the tangential centrifugal forces in a straight line.
Aus der Kathode austretende Atome und Ionen haben eine sehr viel geringere Masse als die störenden Tröpfchen und Sprit zer, so daß auch die auf diese Atome und Ionen einwirkenden, von der Rotation der Kathode herrührenden Kräfte sehr viel kleiner sind als die auf die vergleichsweise großen Spritzer oder Tröpfchen wirkenden Kräfte.Atoms and ions emerging from the cathode have a very much less mass than the annoying droplets and fuel zer, so that also those acting on these atoms and ions, forces originating from the rotation of the cathode are smaller than those on the comparatively large splashes or droplet forces.
Dies wird beispielsweise deutlich, wenn man die Masse eines Titanions mit der Masse eines typischen Titantröpfchens mit einem Durchmesser von etwa 2 µm vergleicht.This becomes clear, for example, when you consider the mass of a Titanions with the mass of a typical titanium droplet a diameter of about 2 microns.
Dieses Verhältnis von Tröpfchenmasse zu lonenmasse beträgt 18,65×10-12 zu 8×10-23, d. h. es ergibt sich ein Verhält nis von 2,33×1011.This ratio of droplet mass to ion mass is 18.65 × 10 -12 to 8 × 10 -23 , ie there is a ratio of 2.33 × 10 11 .
Für die Flieh- oder Zentrifugalkraft ergibt sich das gleiche Verhältnis, und dies verdeutlicht die Wirksamkeit des erfin dungsgemäßen Prinzips der Aussonderung dieser störenden Tröpfchen oder Spritzer durch die Flieh- bzw. Zentralifugal krafte, resultierend aus dem Antrieb der Kathode.The same results for centrifugal or centrifugal force Ratio, and this illustrates the effectiveness of the inventions principle of separating these disruptive Droplets or splashes through the centrifugal or centrifugal forces resulting from the drive of the cathode.
Von Vorteil ist es, auf der Kathodenfläche die Bogenspur mit tels geeigneter Magnetfelder auf gewisse Bereiche einzustel len und so beispielsweise auf einer flächig oder ringschei benförmig ausgebildeten Kathode eine definierte Verdampfungs zone in einem Ringbereich von r ± Δr festzulegen, so daß auch bezüglich der durch Fliehkraftablenkung erfolgenden Aussonderung störender Tröpfchen und Spritzer definierte Verhältnisse geschaffen werden.It is advantageous to have the arc track on the cathode surface by means of suitable magnetic fields in certain areas len and so for example on a flat or ring disc ben-shaped cathode a defined evaporation zone in a ring area of r ± Δr so that also with regard to those caused by centrifugal deflection Separation of disturbing droplets and splashes defined Relationships are created.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further particularly advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird anhand der Zeichnung erläutert; die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung mit rotierendem Bogenverdamp fer.An embodiment of a trained according to the invention Device is explained with reference to the drawing; the only Figure of the drawing shows a schematic representation a coating device with rotating arc evaporator fer.
Dabei ist in einem Vakuumgefäß 1 mit einer Pumpöffnung 2 ein Bereich zur Aufnahme der zu beschichtenden, auf einem Sub strathalter 9 angeordneten Substrate sowie ein rohrförmiger Abschnitt 4 vorgesehen, in dem sich der rotierende Bogenver dampfer befindet.Here, in a vacuum vessel 1 with a pump opening 2, an area for receiving the substrates to be coated, arranged on a substrate holder 9 and a tubular section 4 is provided, in which the rotating Bogenver evaporator is located.
Der Substrathalter 9 ist ebenfalls rotierend ausgebildet und mit einer Biasstromversorgung 10 verbunden.The substrate holder 9 is also designed to be rotating and connected to a bias power supply 10 .
Der rotierende Bogenverdampfer besteht aus einer scheiben oder ringscheibenförmigen Kathode 3, die auf einem Träger an geordnet ist, der über eine Antriebswelle 5 in Drehung ver setzt werden kann. Zwischen dem Kathodenträger und dem Va kuumgefäß ist die Stromversorgung 7 für den Bogenverdampfer angeschlossen.The rotating arc evaporator consists of a disc or washer-shaped cathode 3 , which is arranged on a support which can be set in rotation via a drive shaft 5 . The power supply 7 for the arc evaporator is connected between the cathode support and the vacuum vessel.
Die Kathode 3 bzw. der ihr zugeordnete Trager ist in einem topfförmigen Teil 6 angeordnet, durch dessen Boden sich die Antriebswelle 5 erstreckt und das beschichtungsseitig mit einer Ringwand 11 versehen ist, die sich über den Randbe reich der Kathode erstreckt. The cathode 3 or the associated carrier is arranged in a cup-shaped part 6 , through the bottom of which the drive shaft 5 extends and which is provided on the coating side with an annular wall 11 which extends over the edge of the cathode.
Zwischen einer Abschlußwand des Vakuumgefäßes 1 und dem topf förmigen Teil 6 befindet sich eine verschiebbare Magnetanord nung 8, mittels der sichergestellt werden kann, daß die Bo genspur auf vorgebbare Kathodenbereiche beschränkt werden kann und somit eine gleichmäßige Bogenverdampfung erzielt wird.Between an end wall of the vacuum vessel 1 and the pot-shaped part 6 there is a displaceable Magnetanord voltage 8 , by means of which it can be ensured that the Bo gene trace can be limited to predeterminable cathode areas and thus uniform arc evaporation is achieved.
Durch die Rotation der Kathode 3, deren Drehzahl in Abhängig keit von den jeweiligen betrieblichen Gegebenheiten gewählt werden kann und insbesondere zwischen 10 und 1000 Umdrehun gen pro Sekunde liegt, wird erreicht, daß sich von der Katho denoberfläche lösende Tröpfchen oder Spritzer aufgrund der sich ergebenden Fliehkräfte radial nach außen geschleudert und vorzugsweise von dem topfförmigen Teil 6 aufgefangen werden und somit nicht in die auf den Substraten gebildeten Schichten eingebaut werden können.The rotation of the cathode 3 , the speed of which can be selected as a function of the respective operating conditions and in particular between 10 and 1000 revolutions per second, ensures that droplets or splashes detaching from the cathode due to the resulting centrifugal forces are thrown radially outwards and are preferably caught by the pot-shaped part 6 and thus cannot be built into the layers formed on the substrates.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904016087 DE4016087A1 (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Arc coating unit eliminating droplets or spray on substrate - by using centrifugal force of rotating cathode to divert them into wall encircling the cathode |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4016087A1 true DE4016087A1 (en) | 1991-11-21 |
Family
ID=6406755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19904016087 Withdrawn DE4016087A1 (en) | 1990-05-18 | 1990-05-18 | Arc coating unit eliminating droplets or spray on substrate - by using centrifugal force of rotating cathode to divert them into wall encircling the cathode |
Country Status (1)
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DE (1) | DE4016087A1 (en) |
Cited By (4)
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1990
- 1990-05-18 DE DE19904016087 patent/DE4016087A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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