DE4305721C1 - Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung und Verfahren zu dessen Verwendung - Google Patents

Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung und Verfahren zu dessen Verwendung

Info

Publication number
DE4305721C1
DE4305721C1 DE4305721A DE4305721A DE4305721C1 DE 4305721 C1 DE4305721 C1 DE 4305721C1 DE 4305721 A DE4305721 A DE 4305721A DE 4305721 A DE4305721 A DE 4305721A DE 4305721 C1 DE4305721 C1 DE 4305721C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rod
low
evaporation
voltage arc
guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE4305721A
Other languages
English (en)
Inventor
Werner Dr Rer Nat Grimm
Klaus Weber
Bernd Buecken
Hagen Cernohorsky
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRIMM, WERNER, DR., 01326 DRESDEN, DE
Original Assignee
Vtd-Vakuumtechnik Dresden 01257 Dresden GmbH
Hochvakuum Dresden VEB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vtd-Vakuumtechnik Dresden 01257 Dresden GmbH, Hochvakuum Dresden VEB filed Critical Vtd-Vakuumtechnik Dresden 01257 Dresden GmbH
Priority to DE4305721A priority Critical patent/DE4305721C1/de
Priority to EP94102628A priority patent/EP0612859A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4305721C1 publication Critical patent/DE4305721C1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055Arc discharge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/246Replenishment of source material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/28Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
    • C23C14/30Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation
    • C23C14/32Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C23C14/325Electric arc evaporation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Niedervoltbogenverdampfer für die Beschichtung von Substraten in einer Vakuumkammer mit einer Nachfütterungseinrichtung, die das Verdampfungsmaterial von unten in die Verdampfungszone nachführt und ein Verfahren zur Abscheidung von Misch- oder Legierungsschichten auf Substraten im Vakuum mit diesem Niedervoltbogenverdampfer.
Nach dem Stand der Technik sind eine Reihe von Nachfütterungs­ einrichtungen für Verdampfungsmaterial, insbesondere in Durchlaufanlagen, bekannt. So kann das Material aus Drahtwic­ kelvorräten innerhalb der Vakuumkammer kontinuierlich auf den Verdampfer geführt werden, wo es innerhalb des vorhandenen Schmelzbades bzw. direkt auf dem Verdampfer unter Einwirkung der jeweils eingesetzten Wärmequelle verdampft wird. Derartige Einrichtungen haben insbesondere den Nachteil, daß sie in­ nerhalb der Vakuumanlage einen erheblichen Raumbedarf haben und für andere Einrichtungen bzw. den Beschichtungsvorgang selbst hinderlich sind. In ähnlicher Form können Nachfütterungsein­ richtungen innerhalb der Beschichtungsanlage vorhanden sein, die pelletartiges Verdampfungsmaterial periodisch in den Verdampfungstiegel befördern.
Insbesondere für Induktionsverdampfer sind auch Nachfütterungs­ einrichtungen bekannt, bei denen das Verdampfungsmaterial stabförmig vertikal von unten in die Verdampfungszone einge­ führt wird. Das Verdampfungsmaterial wird dabei in einer isoliert angeordneten Einrichtung gehalten.
Für den katodischen Vakuumbogen wird in der EP 0 516 425 A1 eine Vorrichtung beschrieben, mit der konstante Plasmabedingun­ gen über die Beschichtungszeit erzielt werden sollen. Dazu wird ein relativ großes Target eingebracht, und eine Blende wird entsprechend der Verdampfung des Targets jeweils auf die Höhe dessen Oberkante nachgestellt.
Die bekannten Nachfütterungseinrichtungen sind alle nur ungenügend für den Einsatz in einem Bogenentladungsverdampfer geeignet, da insbesondere bei den Niedervoltbogenentladungs­ verdampfern mit Betriebs strömen bis 300 A Probleme bei der elektrischen Kontaktierung des Verdampfungsmaterials auf­ treten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niedervoltbo­ genverdampfer mit einer Nachfütterungseinrichtung anzugeben, bei dem das Verdampfungsmaterial mit relativ geringem tech­ nischen Aufwand von unten in die Verdampfungszone nachgeführt und im wesentlichen tiegellos kontinuierlich verdampft wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ver­ fahren zum Einsatz eines derartigen erfindungsgemäßen Nieder­ voltbogenverdampfers für die kontinuierliche Abscheidung von Misch- oder Legierungsschichten anzugeben.
Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich des Niedervoltbogen­ verdampfers durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet. Das Verfahren zur Anwendung des Niedervoltbogenverdampfers löst die Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 genannten Merkmale. Weiterbildungen der Verfahrenserfindung sind in den Unteransprüchen 7 bis 9 gekennzeichnet.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung für den Niedervoltbogenver­ dampfer liegt das anodische Potential unmittelbar an dem stabförmigen Verdampfungsmaterial an, welches im Laufe der Verfahrensführung kontinuierlich in die Verdampfungszone nachgeführt wird. Im Bereich der Verdampfungszone wird das stabförmige Verdampfungsmaterial in einer wassergekühlten Führung gehaltert. Die Führung ist dabei relativ locker, derart, daß das stabförmige Verdampfungsmaterial ungehindert durch die vertikale Bohrung in der Führung geführt werden kann.
Insbesondere hat die Führung keine Tiegelfunktion für ge­ schmolzenes Material. Die Nachfütterungsgeschwindigkeit und die Verdampfungsleistung werden vorteilhaft derart aufein­ ander abgestimmt, daß das Schmelzbad auf die Stirnflächen des stabförmigen Verdampfungsmaterials begrenzt bleibt. Die Verdampfung soll grundsätzlich tiegelfrei erfolgen. Lediglich bei möglichen Unregelmäßigkeiten, bei denen das flüssige Verdampfungsmaterial von der Stirnfläche wegläuft, wird es von der Führung aufgehalten.
Die Halterung des stabförmigen Verdampfungsmaterials erfolgt in einer gekühlten Aufnahme, die sich grundsätzlich außerhalb der Vakuumkammer befindet und mit dieser über einen vakuum­ dichten Metallfaltenbalg elektrisch isoliert verbunden ist. Über die Aufnahme wird das stabförmige Verdampfungsmaterial mit dem anodischen Potential der Niedervoltbogenentladung verbunden. Die Nachführung des stabförmigen Verdampfungs­ materials in die Verdampfungszone erfolgt in an sich bekannter Weise durch manuelle oder motorische axiale Bewegung der Aufnahme, wobei der Metallfaltenbalg entsprechend zusammen­ gedrückt wird.
Die Führung des stabförmigen Verdampfungsmaterials, welche sich innerhalb der Vakuumkammer befindet, ist einschließlich der Kühlwasserleitung gegenüber der Vakuumkammer elektrisch isoliert angeordnet, nimmt beim Betrieb des Verdampfers immer anodisches Potential an, kann zusätzlich elektrisch mit der Anode verbunden sein und ist vollständig mit einem Farraday- Käfig, dessen elektrisches Potential floatet, abgedeckt. Dadurch wird gesichert, daß die Niedervoltbogenentladung nicht gegen diese Führung sondern ausschließlich gegen die Stirn­ fläche des stabförmigen Verdampfungsmaterials brennt. Zur Vermeidung von Verklemmungen ist es vorteilhaft, die Führung gegenüber der Vakuumkammer im begrenzten Umfang elastisch anzuordnen.
Die eigentliche Nachfütterung des stabförmigen Verdampfungs­ materials in die Verdampfungszone kann nur solange erfolgen, bis der Metallfaltenbalg maximal zusammengedrückt ist. Recht­ zeitig vorher wird innerhalb von Wartungsarbeiten das restliche Verdampfungsmaterial nach oben aus der Führung herausgezogen und in die Aufnahme wird ein neuer Stab des Verdampfungs­ materials eingeführt, wobei das bereits vorher verwendete, einseitig eingeschmolzene Endstück des Verdampfungsmaterials wieder als Kopf des neuen Gesamtstabes des Verdampfungsmateri­ als oben aufgesetzt wird.
Der Vorteil dieses Niedervoltbogenverdampfers mit Nachfütte­ rungseinrichtung besteht dabei insbesondere darin, daß das Verdampfungsmaterial restlos verbraucht wird und die Zündung der Bogenentladung immer gegen eine bereits eingeschmolzene Oberfläche des Verdampfungsmaterials gezündet wird. Des weiteren erfolgt die Verdampfung im Prinzip tiegellos, da der Energieeintrag ausschließlich auf die Stirnfläche des Stabes erfolgt und das Schmelzbad auf den Umfang des Austritts aus der Führung begrenzt bleibt. Verunreinigungen der Schichten durch Tiegelmaterial werden vermieden. Verunreinigungen im Schmelzbad werden aus dem Schmelzbad herausgedrängt und lagern sich am Rand der Führung ab und können von Zeit zu Zeit leicht mechanisch entfernt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Führung im Bereich der Verdamp­ fungszone konisch aufgeweitet ist. Dadurch wird der obere Abschnitt des Verdampfungsmaterials, gegen den die Bogenentla­ dung brennt, von der Führung nicht unnötig gekühlt. Anderer­ seits wird einem Verklemmen durch thermische Ausdehnung entgegengewirkt. Bei günstiger Dimensionierung bewirkt die thermische Ausdehnung eine zusätzliche Kraftkomponente in Vorschubrichtung.
Der Niedervoltbogenverdampfer kann in vorteilhafter Weise entsprechend des im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegebenen Verfahrens zur Abscheidung von Misch- oder Legie­ rungsschichten auf Substraten eingesetzt werden. Das Quer­ schnittsverhältnis der Stab-Rohr-Kombination richtet sich dabei nach dem gewünschten bzw. erforderlichen Mischungsverhältnis der beiden Materialien. Bei Bedarf können auch Stab-Rohr-Rohr- Kombinationen eingesetzt werden. Das höher schmelzende Material wird vorteilhaft als äußeres Rohr eingesetzt, damit das einge­ schmolzene Material in der Verdampfungszone innerhalb des Querschnittes der Stirnfläche der Kombination gehalten werden kann. Von besonderer erfinderischer Bedeutung bei dem Verfahren ist, daß bei Neueinsatz einer Stab-Rohr-Kombination der Verdampfungsmaterialien in die Nachfütterungseinrichtung als Kopfstück jeweils eine bereits eingeschmolzene Stab-Rohr- Kombination verwendet wird, derart, daß die Niedervoltbogenent­ ladung stets gegen den bereits eingeschmolzenen Ingotkopf gezündet wird. Damit wird gesichert, daß von der Zündung an das verdampfende Material immer das gleiche Mischungsverhältnis aufweist. Erfahrungsgemäß kommt es bei Erreichen der Trenn­ stelle zwischen dem alten Kopfstück und der nächstfolgenden Stab-Rohr-Kombination beim Eintritt in die Verdampfungszone zu keiner Änderung des Mischungsverhältnisses im Dampfstrom. Die Verdampfung läuft wie bei einer nicht unterbrochenen Stab-Rohr- Kombination ab.
Die erfindungsgemäße Lösung gestattet sowohl bei Chargen- als auch bei Durchlaufanlagen eine ungehinderte Verdampfung durch permanente Nachfütterung von Verdampfungsmaterial in die Verdampfungszone, wobei insbesondere bei der Verdampfung von unterschiedlichen Verdampfungsmaterialien in Stab-Rohr-Kom­ binationen konstante Mischungsverhältnisse aufrecht erhalten werden. Bei praktikablen äußeren Stabdurchmessern von 20 bis 30 mm oder größer sowie Faltenbalgwegen von 5 cm und mehr ist eine praktisch kontinuierliche Verdampfung gegeben. Das Bestücken der Nachfütterungseinrichtung mit stabförmigem Verdampfungs­ material kann in einfacher Weise bei Wartungsarbeiten erfolgen, in dem der bereits eingeschmolzene Stab nach oben aus der Führung herausgenommen wird, ein neuer Stab durch die Führung hindurch in die Aufnahme eingesetzt wird und der bereits stirnseitig eingeschmolzene Stab wieder als Kopfstück auf den neuen eingeführten Stab des Verdampfungsmaterials aufgesetzt wird.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung.
Die Zeichnung zeigt dabei nur die erfindungswesentlichen Teile des Niedervoltbogenverdampfers mit der Nachfütterungsein­ richtung. Die sonstigen Bauteile wie Katode und Substratanord­ nung sind gemäß dem Stand der Technik ausgebildet und nicht dargestellt. Im Boden einer Vakuumkammer 1 befindet sich in einer Durchgangsbohrung 2 ein Keramikring 3, der formschlüssig mit einer Keramikplatte 4 verbunden ist. Die wassergekühlte Führung 5 wird von der Keramikplatte 4 getragen. Die Teile 3, 4 und 5 liegen ohne besondere Verbindung übereinander. Die Kühlwasserzuführung in die Führung 5 erfolgt über die Kühlwasserzu- und abflußleitung 6, die über die Durchführung 7 vakuumdicht aus der Vakuumkammer 1 herausgeführt wird. An der Durchführung 7 ist ein Bügel 8 befestigt, der die seitliche Halterung der Führung 5 realisiert und diese zugleich elastisch gegen den Kammerboden drückt. Der Bügel 3 wird über die Schraube 9 und das Isolierstück 10 gehalten, so daß bei möglichen Verklemmungen des stabförmigen Verdampfungsmaterials 11 in der Bohrung 12 der Führung 5 nicht in unzulässiger Weise vertikal nach oben gedrückt werden kann. Der Keramikring 3 sichert, daß auf der knappen Distanz zwischen dem Kammerboden und dem anodischem Verdampfungsmaterial 11 keine Bogenentladung entstehen kann. Alle Teile des Niedervoltbogenverdampfers, die sich innerhalb der Vakuumkammer 1 befinden, sind mit einem Farraday-Käfig 13 abgedeckt, so daß die Niedervoltbogenentla­ dung ausschließlich gegen die Stirnfläche des Verdampfungs­ materials 11 brennen kann. Vertikal oberhalb der Führung 5 befindet sich eine besondere für den Niedervoltbogen elektro­ statisch wirkende Blende 14, die eine für den Dampfaustritt ausreichende Öffnung 15 aufweist.
In vertikaler Richtung unter dem Boden der Vakuumkammer 1 ist isoliert ein Metallfaltenbalg 20 axial zur Bohrung 12 an die Vakuumkammer 1 angeflanscht. Am anderen Ende des Metallfalten­ balges 20 befindet sich eine Aufnahme 21, die stirnseitig einen Stutzen 22 aufweist, in der das stabförmige Verdampfungs­ material 11 mit ausreichend elektrischem Kontakt eingesteckt ist. Die Aufnahme 21 ist vorteilhaft mit der Kühlwasserführung 23 wassergekühlt. Am unteren Ende besitzt die Aufnahme 21 ein Gewindestück 24, in das ein vertikal feststehend gelagertes Schraubteil 25 eingreift. Durch Drehung des Schraubteils 25 wird das Gewindeteil 24 und damit die gesamte Aufnahme 21 vertikal nach oben bzw. unten bewegt. Das stabförmige Verdamp­ fungsmaterial 11 kann somit durch den Keramikring 3 und die Bohrung 12 hindurch in den Bereich der Verdampfungszone im oberen Teil der Führung 5 geschoben werden. Die Verdampfungs­ zone bildet sich dabei im Bereich der Oberkante der Führung 5 auf der Stirnfläche des stabförmigen Verdampfungsmaterials 11 aus. Wesentlich ist die elektrische Kontaktierung des stabförmigen Verdampfungsmaterials 11 über die Aufnahme 21 mit dem anodischen Potential der Niedervoltbogenentladung. Dazu befindet sich an der Aufnahme 21 eine Klemmschraube 26, die einen Kabelschuh 27 elektrisch mit der Aufnahme 21 verbindet.
Zum Beladen der Nachfütterungseinrichtung mit Verdampfungs­ material wird die Aufnahme 21 über das Gewindestück 24 und das Schraubteil 25 in eine Mittelstellung gebracht, derart, daß der Metallfaltenbalg 20 etwa zur Hälfte der maxinialen Streckung gedehnt ist. Danach wird ein Stab des Verdampfungsmaterials 11 durch die Bohrung 12 und den Keramikring 3 hindurch in den Stutzen 22 eingesetzt. Nachdem das Schraubteil 25 so verstellt worden ist, daß sich die Stirnfläche des Verdampfungsmaterials 11 in der Höhe der Blende 14 liegt, ist der Verdampfer be­ triebsbereit.
Der so vorbereitete Niedervoltbogenverdampfer kann solange benutzt werden, bis das Verdampfungsmaterial 11 durch den kontinuierlichen Nachschub mittels der Aufnahmeeinrichtung 21 der Metallfaltenbalg 20 maximal zusammengedrückt ist. Aus­ reichend zeitig vor erreichen dieses Punktes wird, während üblicher Wartungsarbeiten, der restliche Stab des Verdampfungs­ materials 11 vertikal nach oben aus der Führung 5 herausgezo­ gen. Danach wird die Aufnahme 21 vertikal nach unten bewegt, bis der Metallfaltenbalg 20 sich wieder etwa einer mittleren gestreckten Stellung befindet. Ein neuer Stab des Verdampfungs­ materials 11 wird durch die Führung 5 hindurch in den Stutzen 22 der Aufnahme 21 eingesetzt und der vorher entfernte, bereits genutzte Stabrest des Verdampfungsmaterials 11 wird wieder in die Bohrung 12 der Führung 5 eingesetzt. Mögliche Längendiffe­ renzen der Stäbe gegenüber der Entfernung der Aufnahme 21 zur Verdampfungszone werden durch vertikale Bewegung der Aufnahme 21 nach oben ausgeglichen, bis der neue Stab und der bereits benutzte Stabrest des Verdampfungsmaterials 11 an ihren Stirnflächen dicht aneinander liegen, derart, daß der Stromfluß der Bogenentladung über diese Trennstelle gesichert ist. In der weiteren Folge wird zuerst der bereits benutzte Stabrest des Verdampfungsmaterials 11 verdampft bis nach Erreichen der Trennstelle unmittelbar folgend der neu eingesetzte Stab des Verdampfungsmaterials 11 verdampft wird. Nachfolgend wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Niedervoltbogenverdampfers für die kontinuierliche Abscheidung von Misch- und Legierungs­ schichten an einem Beispiel beschrieben. Es besteht die Aufgabe, eine Titanaluminiumnitridschicht (TixAlyNz) auf der Oberfläche von Substraten abzuscheiden. Dazu wird als stabför­ miges Verdampfungsmaterial 11 eine Stab-Rohr-Kombination eingesetzt, bei der innerhalb eines Titanrohres ein Aluminium­ stab eingesetzt ist. Das Flächenverhältnis der Querschnitte der Stirnflächen beider Materialien ist entsprechend dem geforder­ ten Molvolumenverhältnis bemessen. Bei dieser Verfahrensführung liegt die Stab-Rohr-Kombination der Verdampfungsmaterialien 11 über die Aufnahme 21 am anodischen Potential der Bogenentladung und die Führung 5 nimmt anodisches Potential an. Die Bogenent­ ladung zündet durch die Blende 14 unmittelbar gegen die Stirnfläche der Stab-Rohr-Kombination der Verdampfungsmateria­ lien 11. Die elektrische Leistung wird mit der Geschwindigkeit, in der die Verdampfungsmaterialien in die Verdampfungszone nachgeschoben werden, derart abgestimmt, daß die maximal mögliche Verdampfungsrate entsprechend der elektrischen Leistung geringfügig höher ist als die nachgeschobene Material­ menge. Mittels dieser Verfahrensführung und insbesondere durch die Anordnung des höher schmelzenden Materials Titan als äußeres Rohr, verbleibt das Schmelzbad 30 innerhalb der Querschnittsfläche der Stab-Rohr-Kombination. Unmittelbar nach dem ersten Einschmelzen handelt es sich bei dem Schmelzbad um eine gleichmäßige Mischung aus den beiden Verdampfungsmateria­ lien Titan und Aluminium, die auch in der Folge beim fort­ laufenden Einschmelzen und durch kontinuierliche Nachführung unverändert aufrecht erhalten wird. Dadurch wird ohne zusätzli­ che Regelungsmechanismen aus den zwei Materialkomponenten Titanrohr und Aluminiumstab stets ein kostantes Titan-Alumini­ um-Gemisch verdampft und unter Reaktion mit dem gasförmigen Stickstoff in der Vakuumkammer 1 als homogene TixAlyNz-Schicht auf den Substraten abgeschieden.
Der besondere Vorteil der Verwendung des erfindungsgemäßen Niedervoltbogenentladungsverdampfers für die Abscheidung von Misch- und Legierungsschichten durch Verwendung einer Stab- Rohr-Kombination aus Verdampfungsmaterialien besteht darin, daß nach dem bereits beschriebenen Einsetzen von neuem Verdamp­ fungsmaterial unter Wiederverwendung der bereits stirnseitig eingeschmolzenen Stab-Rohr-Kombination die Zündung der Vakuum­ bogenentladung unmittelbar gegen einen Ingot erfolgt, der aus der erforderlichen Mischung der einzelnen Bestandteile der Verdampfungsmaterialien erfolgt. Zu jeder Zeit der Verdampfung, ausgenommen beim ursprünglichen ersten Einschmelzen, liegt immer eine homogene Mischung der verschiedenen Verdampfungs­ materialien vor. Dabei werden die einzelnen Verdampfungs­ materialien selbst in jeweils reiner Form als Stab-Rohr- Kombination eingesetzt. Gegenüber vielfach beim Stand der Technik eingesetzten Mischtargets, aus z. B. gesintertem Material, ist das eine wesentliche Vereinfachung der Gesamt­ technologie mit hohem ökonomischem Effekt.

Claims (8)

1. Niedervoltbogenverdampfer für die Beschichtung von Substraten in einer Vakuumkammer mit einer Nachfütte­ rungseinrichtung, die das Verdampfungsmaterial von unten in die Verdampfungszone nachführt, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Führung (5) des Niedervoltbogenverdampfers eine vertikale Bohrung (12) aufweist, in der stabförmiges Verdampfungsmaterial (11) geführt und gehaltert wird, daß die Führung (5) zur Vakuumkammer (1) elektrisch isoliert angeordnet und wassergekühlt ist, daß die Nachfütte­ rungseinrichtung außerhalb der Vakuumkammer (1) angeord­ net ist, und in der Achse der Bohrung (12) eine gekühlte Aufnahme (21) für das stabförmige Verdampfungsmaterial (11) aufweist, die über einen Metallfaltenbalg (20) elektrisch isoliert mit der Vakuumkammer (1) mechanisch verbunden ist, und daß das stabförmige Verdampfungs­ material (11) über die Aufnahme (21) an das anodische Potential der Niedervoltbogenentladung angeschlossen ist.
2. Niedervoltbogenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isoliert angeordnete Führung (5), einschließlich der Kühlwasserzu- und ableitung (6), vollständig mit einem Farraday-Käfig (13) abgedeckt ist.
3. Niedervoltbogenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (5) an der Vakuumkammer (1) elastisch gehaltert ist.
4. Niedervoltbogenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (12) der Führung (5) größer ist als der innere Durchmesser des Stutzens (22) in der Aufnahme (21) der Nachfütterungseinrichtung, derart, daß das stabförmige Verdampfungsmaterial (11) fest in den Stutzen (22) eingesetzt und leicht durch die Bohrung (12) hindurch geschoben werden kann.
5. Niedervoltbogenverdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (5) im Bereich der Verdampfungszone konisch aufgeweitet ist.
6. Verfahren zur Abscheidung von Misch- oder Legierungs­ schichten auf Substrate mittels plasmagestützter Vaku­ umbeschichtung, wobei die Verdampfungsmaterialien in Form einer konzentrischen Stab-Rohr-Kombination von unten mit einer Nachfütterungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 dem Verdampfer zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stab-Rohr-Kombination kontinuierlich in die Verdampfungszone eines Nieder­ voltbogenverdampfers zugeführt wird, daß die Stab-Rohr- Kombination mindestens im Bereich der Verdampfungszone in einer gekühlten Führung (5) geführt wird, daß das höherschmelzende Verdampfungsmaterial als äußeres Rohr der Stab-Rohr-Kombination eingesetzt wird und daß die Energiezufuhr derart geregelt wird, daß das Schmelzbad auf die Stirnfläche der Stab-Rohr-Kombination be­ schränkt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Neueinsatz einer Stab-Rohr-Kombination der Ver­ dampfungsmaterialien in die Nachfütterungseinrichtung als Kopfstück eine bereits eingeschmolzene Stab-Rohr-Kom­ bination verwendet wird, derart daß die Niedervoltbogen­ entladung gegen den bereits eingeschmolzenen Ingotkopf gezündet wird, wobei dieser über Stirnflächenkontakt mit der neu eingesetzten Stab-Rohr-Kombination mit dem anodischen Potential der Niedervoltbogenentladung verbunden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der kontinuierliche Vorschub des Verdampfungsmaterials so bemessen wird, daß die nachgeschobene Materialmenge pro Zeiteinheit geringfügig kleiner bemessen ist, als die maximal mögliche Verdampfungsrate, die durch die elek­ trische Leistung der Niedervoltbogenentladung bestimmt ist.
DE4305721A 1993-02-25 1993-02-25 Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung und Verfahren zu dessen Verwendung Expired - Fee Related DE4305721C1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4305721A DE4305721C1 (de) 1993-02-25 1993-02-25 Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung und Verfahren zu dessen Verwendung
EP94102628A EP0612859A1 (de) 1993-02-25 1994-02-22 Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung und Verfahren zu dessen Verwendung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4305721A DE4305721C1 (de) 1993-02-25 1993-02-25 Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung und Verfahren zu dessen Verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4305721C1 true DE4305721C1 (de) 1994-07-21

Family

ID=6481251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4305721A Expired - Fee Related DE4305721C1 (de) 1993-02-25 1993-02-25 Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung und Verfahren zu dessen Verwendung

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP0612859A1 (de)
DE (1) DE4305721C1 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0732420A2 (de) * 1995-03-15 1996-09-18 Fritz Borsi Kg Verfahren zum Versehen einer transparenten Trägerplatte mit einer gleichmässig dünnen Metallschicht
EP0887435A1 (de) * 1997-06-23 1998-12-30 The Boc Group, Inc. Rotierende freistehende Verdampfungsquelle
WO2000008226A2 (en) * 1998-08-03 2000-02-17 The Coca-Cola Company Vapor deposition system
US6223683B1 (en) 1997-03-14 2001-05-01 The Coca-Cola Company Hollow plastic containers with an external very thin coating of low permeability to gases and vapors through plasma-assisted deposition of inorganic substances and method and system for making the coating
US6720052B1 (en) 2000-08-24 2004-04-13 The Coca-Cola Company Multilayer polymeric/inorganic oxide structure with top coat for enhanced gas or vapor barrier and method for making same
US6740378B1 (en) 2000-08-24 2004-05-25 The Coca-Cola Company Multilayer polymeric/zero valent material structure for enhanced gas or vapor barrier and uv barrier and method for making same
US6982119B2 (en) 2002-04-15 2006-01-03 The Coca-Cola Company Coating composition containing an epoxide additive and structures coated therewith
DE102004051290B4 (de) * 2004-10-13 2007-07-12 Creavac-Creative Vakuumbeschichtung Gmbh Einrichtung zum Beschichten von Substraten durch Aufdampfen in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer
DE102012200564A1 (de) * 2012-01-16 2013-07-18 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Antriebs- und Versorgungseinrichtung für eine rotierende Elektrode, drehbare Anode und Vakuumprozessanlage
DE102020114898A1 (de) 2020-06-04 2021-12-09 Universität Duisburg-Essen Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit einer Dünnschicht mittels eines anodischen Lichtbogens

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4444763C2 (de) * 1994-12-19 1996-11-21 Apvv Angewandte Plasma Vakuum Elektrode zur Materialverdampfung für die Beschichtung von Substraten
WO2000005017A1 (en) * 1998-07-21 2000-02-03 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Method and apparatus for producing material vapour
DE102004019060B4 (de) * 2004-04-20 2009-01-08 Peter Lazarov Vorrichtung zum Einbringen einer Lichtbogenquelle in eine Beschichtungsanlage für große Substrate oder Bänder

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1200437A (fr) * 1958-06-23 1959-12-21 Rhone Poulenc Sa Procédé de métallisation d'articles, tels que films, feuilles, textiles et objets divers
GB1263830A (en) * 1968-12-26 1972-02-16 Alvin Allyn Snaper Arc deposition process and apparatus
DD235079A1 (de) * 1985-03-04 1986-04-23 Hochvakuum Dresden Veb Tiegel fuer niedervolt- bogenentladungsverdampfer
EP0516079A2 (de) * 1991-05-27 1992-12-02 Fujitsu Limited Digitales Signalübertragungssystem mit Überwachungsvorrichtung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2841969C2 (de) * 1978-09-27 1985-10-17 Leybold-Heraeus GmbH, 5000 Köln Verdampfertiegel für das Verdampfen von Legierungen mit Komponenten mit unterschiedlichen Dampfdrücken
DE3413891C2 (de) * 1984-04-12 1987-01-08 Horst Dipl.-Phys. Dr. 4270 Dorsten Ehrich Verfahren und Vorrichtung zur Materialverdampfung in einem Vakuumbehälter
JPH0517866A (ja) * 1991-07-11 1993-01-26 Nissin Electric Co Ltd アーク式蒸発源
DE4126040C1 (en) * 1991-08-06 1992-05-07 Multi-Arc Oberflaechentechnik Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach, De Segmented cathodes for plasma surface-coating process - comprise rectangular section frame internally divided into 3 segments of titanium@, zirconium@ and chromium@ respectively and insulating projections

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1200437A (fr) * 1958-06-23 1959-12-21 Rhone Poulenc Sa Procédé de métallisation d'articles, tels que films, feuilles, textiles et objets divers
GB1263830A (en) * 1968-12-26 1972-02-16 Alvin Allyn Snaper Arc deposition process and apparatus
DD235079A1 (de) * 1985-03-04 1986-04-23 Hochvakuum Dresden Veb Tiegel fuer niedervolt- bogenentladungsverdampfer
EP0516079A2 (de) * 1991-05-27 1992-12-02 Fujitsu Limited Digitales Signalübertragungssystem mit Überwachungsvorrichtung

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0732420A3 (de) * 1995-03-15 1997-02-26 Borsi Kg F Verfahren zum Versehen einer transparenten Trägerplatte mit einer gleichmässig dünnen Metallschicht
EP0732420A2 (de) * 1995-03-15 1996-09-18 Fritz Borsi Kg Verfahren zum Versehen einer transparenten Trägerplatte mit einer gleichmässig dünnen Metallschicht
US6548123B1 (en) 1997-03-14 2003-04-15 The Coca-Cola Company Method for coating a plastic container with vacuum vapor deposition
US6599569B1 (en) 1997-03-14 2003-07-29 The Coca-Cola Company Plastic containers with an external gas barrier coating, method and system for coating containers using vapor deposition, method for recycling coated containers, and method for packaging a beverage
US6223683B1 (en) 1997-03-14 2001-05-01 The Coca-Cola Company Hollow plastic containers with an external very thin coating of low permeability to gases and vapors through plasma-assisted deposition of inorganic substances and method and system for making the coating
US6279505B1 (en) 1997-03-14 2001-08-28 The Coca-Cola Company Plastic containers with an external gas barrier coating
EP0887435A1 (de) * 1997-06-23 1998-12-30 The Boc Group, Inc. Rotierende freistehende Verdampfungsquelle
WO2000008226A3 (en) * 1998-08-03 2000-12-07 Coca Cola Co Vapor deposition system
WO2000008226A2 (en) * 1998-08-03 2000-02-17 The Coca-Cola Company Vapor deposition system
US6720052B1 (en) 2000-08-24 2004-04-13 The Coca-Cola Company Multilayer polymeric/inorganic oxide structure with top coat for enhanced gas or vapor barrier and method for making same
US6740378B1 (en) 2000-08-24 2004-05-25 The Coca-Cola Company Multilayer polymeric/zero valent material structure for enhanced gas or vapor barrier and uv barrier and method for making same
US6808753B2 (en) 2000-08-24 2004-10-26 The Coca-Cola Company Multilayer polymeric/inorganic oxide structure with top coat for enhanced gas or vapor barrier and method for making same
US6811826B2 (en) 2000-08-24 2004-11-02 The Coca-Cola Company Multilayer polymeric/zero valent material structure for enhanced gas or vapor barrier and UV barrier and method for making same
US6982119B2 (en) 2002-04-15 2006-01-03 The Coca-Cola Company Coating composition containing an epoxide additive and structures coated therewith
DE102004051290B4 (de) * 2004-10-13 2007-07-12 Creavac-Creative Vakuumbeschichtung Gmbh Einrichtung zum Beschichten von Substraten durch Aufdampfen in einer evakuierbaren Bearbeitungskammer
DE102012200564A1 (de) * 2012-01-16 2013-07-18 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Antriebs- und Versorgungseinrichtung für eine rotierende Elektrode, drehbare Anode und Vakuumprozessanlage
DE102020114898A1 (de) 2020-06-04 2021-12-09 Universität Duisburg-Essen Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit einer Dünnschicht mittels eines anodischen Lichtbogens

Also Published As

Publication number Publication date
EP0612859A1 (de) 1994-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4305721C1 (de) Niedervoltbogenverdampfer mit Nachfütterungseinrichtung und Verfahren zu dessen Verwendung
DE69206028T2 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung eines Substrates unter Verwendung der Vakuum-Bogen-Verdampfung.
DE3413891C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Materialverdampfung in einem Vakuumbehälter
DE3513014C2 (de) Verfahren zur Behandlung der Oberfläche von Werkstücken
DE3206882A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum verdampfen von material unter vakuum
DE19725930A1 (de) Verfahren und Anlage zum Behandeln von Substraten mittels Ionen aus einer Niedervoltbogenentladung
DE3941202A1 (de) Verfahren zur erzeugung von schichten aus harten kohlenstoffmodifikationen und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
EP0666335B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Vakuumlichtbogenverdampfers und Stromversorgungseinrichtung dafür
DE19505258C2 (de) Beschichtungsvorrichtung
WO1992003841A2 (de) Vorrichtung zur materialverdampfung mittels vakuumlichtbogenentladung und verfahren
DE4444763C2 (de) Elektrode zur Materialverdampfung für die Beschichtung von Substraten
EP0438627B1 (de) Bogenentladungsverdampfer mit mehreren Verdampfertiegeln
DE4100541C1 (de)
EP0444538B2 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Verdampfen von Material im Vakuum sowie Anwendung des Verfahrens
DE2821130C2 (de) Verdampfertiegel mit Zuführung des Verdampfungsmaterials in Form von Stangen durch den Tiegelboden
DE69026037T2 (de) Schnelle Atomstrahlquelle
WO2000016373A1 (de) Targetanordnung für eine arc-verdampfungs-kammer
EP0791226B1 (de) Vorrichtung zum beschichten von substraten mit einem materialdampf im unterdruck oder vakuum
CH207351A (de) Verfahren zur Erzeugung festhaftender Metallüberzüge auf metallischen Gegenständen.
DE4409761B4 (de) Einrichtung zur plasmagestützten Verdampfung in einem Bogenentladungsplasma
DE2820183A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum ueberziehen der oberflaeche eines elektrisch leitenden werkstuecks
DE3303677A1 (de) Plasmakanone
DE102007041327B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Nanopulver
DE3801957A1 (de) Verfahren und einrichtung zur verdampfung mittels bogenentladungsverdampfer
DE3508690A1 (de) Verfahren fuer die beschichtung von keramik- und quarztiegeln mit stoffen, die elektrisch in eine dampfphase gebracht worden sind

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: GRIMM, WERNER, DR., 01326 DRESDEN, DE

8339 Ceased/non-payment of the annual fee