DE4336680A1 - Verfahren und Einrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zum ElektronenstrahlverdampfenInfo
- Publication number
- DE4336680A1 DE4336680A1 DE19934336680 DE4336680A DE4336680A1 DE 4336680 A1 DE4336680 A1 DE 4336680A1 DE 19934336680 DE19934336680 DE 19934336680 DE 4336680 A DE4336680 A DE 4336680A DE 4336680 A1 DE4336680 A1 DE 4336680A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electron beam
- evaporation
- arc
- electrode
- crucible
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating, or etching
- H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating, or etching for evaporating or etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/28—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation
- C23C14/30—Vacuum evaporation by wave energy or particle radiation by electron bombardment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen von Materia
lien im Vakuum mittels Elektronenstrahl in Verbindung mit einer
Bogenentladung und die Einrichtung zur Durchführung des Verfah
rens. Das Verfahren ist vorzugsweise zum plasmagestützten Bedamp
fen großer Flächen geeignet und findet insbesondere Anwendung zum
reaktiven Beschichten von Bauteilen, Werkzeugen und Bandstahl.
Beim Elektronenstrahlverdampfen werden in einer Elektronenkanone
Elektronen von einer Glühkatode emittiert und durch eine Hoch
spannung (10 . . . 50 kV) beschleunigt. Der hochenergetische Elektro
nenstrahl kann mittels elektrischer oder magnetischer Felder
abgelenkt und fokussiert werden und wird direkt auf die Oberflä
che des zu verdampfenden Materials gerichtet. Der entscheidende
Vorteil des Elektronenstrahlverdampfens liegt darin begründet,
daß die dampfabgebende Oberfläche direkt beheizt wird, ohne daß
die Energiezufuhr über den Tiegel bzw. das Verdampfungsmaterial
erfolgt. Das ermöglicht auch die Verwendung von wassergekühlten
Kupfertiegeln, womit Reaktionen zwischen Tiegelwand und Verdamp
fungsgut unterbunden werden. Ein weiterer wichtiger Grund für den
Einsatz dieses Verfahrens ist die gute örtliche und zeitliche
Steuerbarkeit des Elektronenstrahls, wodurch die Verwendung von
großflächigen Verdampfertiegeln möglich wird. Mit leistungsfähi
gen Elektronenkanonen vom Axialtyp werden höchste Verdampfungsra
ten realisiert.
Ein Nachteil dieses Verdampfungsverfahrens liegt in dem relativ
geringen Anteil von angeregten und ionisierten Teilchen und der
geringen Energie (E<1eV) der verdampften Teilchen. Das liegt
einerseits an der relativ geringen Prozeßtemperatur (Verdamp
fungstemperatur) an der dampfabgebenden Oberfläche und anderer
seits darin begründet, daß der Wirkungsquerschnitt für den Stoß
zwischen hochenergetischen Strahlelektronen und Dampfteilchen
sehr gering ist.
Wesentliche Voraussetzungen für die Abscheidung qualitativ
hochwertiger, dichter Schichten - auch bei niedriger Substrattem
peratur und zur Herstellung von Verbindungsschichten durch
reaktive Prozeßführung - sind jedoch gerade hohe Anregungs- und
Ionisierungsgrade der Dampfwolke.
Es sind verschiedene Verfahren zur plasmagestützten Schichtab
scheidung beschrieben, die die genannten Nachteile überwinden
sollen.
So ist es bekannt, die auf der Schmelzbadoberfläche durch den
primären energiereichen Elektronenstrahl erzeugten Streu- und
Sekundärelektronen durch eine zusätzliche Elektrode zu beschleu
nigen. Diese wird auf ein geringes, positives Potential (20 . . .100
V) gelegt und in der Verdampfungszone so angeordnet, daß auf dem
Weg der Elektronen zur Anode viele Stöße zwischen Elektronen,
Dampf- und Reaktivgasteilchen erfolgen können (US P 3,791,852).
Es bildet sich eine Glimmentladung aus und das Substrat erreicht
ein Ionenstrom. Die Energie der positiv ionisierten Teilchen kann
zusätzlich durch eine an das Substrat gelegte negative Bias-Span
nung erhöht werden.
Dieses Verfahren hat sich bisher jedoch technisch nicht durchge
setzt, da Versuche, den Prozeß großtechnisch durch den Einsatz
von großen Verdampfertiegeln mit hohen Verdampfungsraten zu
nutzen, gescheitert sind.
Es ist eine Einrichtung bekannt, welche das obengenannte Prinzip
dahingehend verbessern soll, daß stöchiometrische Schichten auch
bei höheren Beschichtungsraten abgeschieden werden können. Diese
Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfertiegel
von einer Kammer umgeben ist, die in Richtung auf das Substrat
eine Blendenöffnung aufweist. Außerhalb der Kammer ist eine
positiv vorgespannte Elektrode angeordnet, welche die in der
Innenkammer erzeugten Ladungsträger absaugt, wobei eine im
Bereich von Blendenöffnung und Elektrode brennende Glimmentladung
erzeugt wird (DE 30 27 151 A1). Mit diesem Verfahren können ohne
weiteres Beschichtungsraten um 5 µm/min erzielt werden.
Die Nachteile des Verfahrens liegen darin begründet, daß das
Reaktivgas in die Innenkammer eingelassen wird und darin zu einem
erhöhten Druck führt. Die Wechselwirkungen zwischen Elektro
nenstrahl und Reaktivgas sind zwar gewollt, führen jedoch bei
höheren Beschichtungsraten und den damit erforderlichen höheren
Gasmengen zu einer starken Streuung des Elektronenstrahls.
Außerdem schlägt sich ein großer Anteil des verdampften Materials
auf der Wandung der Innenkammer ungenutzt nieder.
Um die genannten Nachteile zu überwinden, wurden intensive
Elektronenquellen entwickelt, die mit geringen Beschleunigungs
spannungen arbeiten. Dazu gehören die Niedervoltbogen-Verdampfer
und Hohlkatoden-Elektronenstrahl-Verdampfer mit geheizter oder
kalter Katode. Charakteristisch für diese Verfahren ist die
Ausbildung des Tiegels als Anode und der Einlaß eines Arbeitsga
ses (z. B. Argon) in einer separaten Katodenkammer. Da in der
Beschichtungskammer ein geringer Gasdruck erwünscht ist, müssen
Druckstufen zwischen Katoden- und Beschichtungskammer angeordnet
werden. Es ist auch ein Verfahren zum Verdampfen von Metallen
beschrieben, wobei ein Elektronenstrahl eines Transverseverdamp
fers und ein Niedervoltbogen auf den als Anode geschalteten
Tiegel gerichtet werden (DE 28 23 876 C2). Gegenüber den Einzel
verfahren können damit Verdampfungsrate und Ionisierung bzw.
Anregung unabhängiger voneinander realisiert werden.
Die Plasmaaktivierung ist bei diesen Prozessen sehr intensiv,
diese Verfahren liefern in der Praxis Schichten mit sehr guten
Eigenschaften, aber hohe Beschichtungsraten um 1 µ/s wurden mit
diesen Verfahren jedoch nicht erreicht. Die Übertragung dieser
Verfahren auf ausgedehnte Tiegel zur Beschichtung großer Flächen
wurde bisher nicht gelöst.
Außerdem werden auch Bogenverdampfer zu Beschichtungszwecken
eingesetzt. Dazu wird mit geeigneten Mitteln ein Lichtbogen auf
der Katode des Bogenverdampfers gezündet. Der Lichtbogen brennt
im selbsterzeugten Dampf zwischen Katode und Anode, wobei sich
die Entladung auf der Katodenseite in sogenannten Katodenflecken
mit sehr hohen Stromdichten (j = 10⁵ . . . . . 10⁸ A/cm²) zusammenschnürt
(DE 31 52 736). Die Katodenflecke, in denen sich die Aufschmel
zung und Verdampfung des Targetmaterials vollzieht, bewegen sich
stochastisch und sprunghaft über die Katodenoberfläche. Die
mittlere Driftgeschwindigkeit und die Richtung dieser Bewegung
wird vom Targetmaterial, vom Bogenstrom, äußeren magnetischen
Feldern und der Anwesenheit zusätzlich eingebrachter Gase beein
flußt. Der entscheidende Vorteil dieses Verfahrens liegt in dem
sehr hohen Ionisierungsgrad der erzeugten Dampfwolke (10 . . . 90%)
mit einem hohen Anteil an mehrfach ionisierten Teilchen.
Mit diesem Verfahren aufgebrachte Schichten sind sehr dicht und
weisen eine hohe Haftfestigkeit auf. Diese Vorteile werden jedoch
bei vielen Anwendungen durch den unerwünschten Einbau von zahlrei
chen Mikropartikeln bis ca. 50 µm Größe, den sogenannten
Droplets, stark eingeschränkt. Diese Droplets werden aufgrund der
überaus hohen Stromdichte aus den Schmelzkratern an der Katoden
oberfläche herausgeschleudert. Häufigkeit und Größe dieser
Droplets können durch verschiedene Maßnahmen reduziert werden.
Dazu zählen Methoden zur nachträglichen Filterung der Droplets
mittels magnetischer oder elektrischer Umlenkfelder für geladene
Partikel. Dies erfordert jedoch wieder zusätzlichen apparativen
Aufwand.
Eine andere Entwicklungsrichtung der Bogenverdampfer geht davon
aus, daß Droplets unterdrückt oder vermieden werden, wenn die
hohe Eigendynamik des katodischen Bogenfußpunktes beschränkt
wird, indem der Fußpunkt über zusätzliche Mittel auf der Target
oberfläche geführt wird. Der Fußpunkt wird durch das Feld eines
Permanentmagneten auf einer geschlossenen Bahn geführt. Durch
Verschieben des Magneten gegenüber der Targetoberfläche kann das
Target definiert abgetragen werden (US P 4,673,477).
Ein gleichmäßiges Abtragen der Targetoberfläche wird auch dadurch
erreicht, daß zur Führung und Stabilisierung des Katodenfußpunk
tes ein Elektronen- oder Laserstrahl verwendet wird (DE 40 06 456
C1). Die Bogenentladung wird in einem Bereich betrieben, wo ein
wesentlicher Teil des Bogenstroms durch kleine Flecken auf der
Targetoberfläche fließt und das Target als Katode geschaltet ist.
Der Laser- oder Elektronenstrahl erzeugt eine lokale Dampfwolke
über dem Target. Der Katodenfußpunkt wird in der lokalen Dampf
wolke konzentriert und kann durch Ablenkung von Laser- bzw.
Elektronenstrahl über die Targetoberfläche geführt werden.
Schließlich ist auch eine Bogenentladung für Beschichtungszwecke
bekannt, bei welcher die Anode als thermisch isolierter Tiegel
ausgebildet ist und mit dem Elektronenstrom eines Bogens aufge
heizt wird, welcher auf einer separaten, kalten Katode brennt.
Auf dem heißen Verdampfungsgut der Anode konzentriert sich der
Bogen von selbst zu sogenannten Anodenflecken und führt zu dessen
intensiver Verdampfung, Anregung und Ionisierung. Der Bogen
brennt vorwiegend im Dampf des anodischen Verdampfungsguts. Auch
diese Form der Bogenverdampfung vermeidet die Entstehung von
Droplets vollständig. Gegenüber den Verfahren mit katodischer
Verdampfung sind nachteilig die vergleichsweise geringere Ioni
sierung des Dampfes, die Schwierigkeit, die gleichzeitig entste
henden Dämpfe von Anode und Katode zu trennen, und der notwendige
Energieverbrauch zur Verdampfung von Katodenmaterial, das nicht
zur Schichtbildung beiträgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Vakuumbeschichten durch Elektronenstrahlverdampfen und die
zugehörige Einrichtung zu schaffen, mit welchem eine sehr hohe
Beschichtungsrate erreicht wird. Dabei soll ein hoher Ionisie
rungsgrad der erzeugten Dampfwolke möglich und das Spektrum der
abscheidbaren Materialien sehr groß sein. Die Beschichtung großer
Flächen soll durch große Verdampferflächen möglich sein und dabei
soll sich die Beschichtungsrate, Ionenstromdichte am Substrat und
die mittlere Energie der abgeschiedenen Teilchen gut steuern
lassen. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren mit Bogenentla
dung dürfen keine Katodenflecke auftreten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach den Merkmalen des Anspru
ches 1 gelöst. Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung
sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Es wurde gefunden, daß bei einer sehr hohen Dampfdichte im Raum
zwischen Anode und Katode aufgrund einer entsprechend hohen
Oberflächentemperatur des Verdampfungsgutes überraschenderweise
die nichtstationären Katodenfleckerscheinungen auf der Katode
verschwinden. Die Bogenentladung kann in einem Parameter-Bereich
aufrechterhalten werden, in welchem sich ein intensives und
verteiltes Plasma über den heißen und verdampfenden Teilen auf
der Oberfläche des Verdampfungsgutes ausbildet. Der Fußpunkt des
Bogens dehnt sich dabei über den Bereich aus, der vom abgelenkten
Elektronenstrahl quasi gleichmäßig aufgeheizt ist. Das Verdamp
fungsgut ist Katode, indem es über die Tiegelwandung oder eine
zusätzliche Elektrode im Tiegel kontaktiert wird.
Bereits bei einer geringen Spannung (10 bis 100 V) zwischen der
Katode und Anode entsteht unter diesen Bedingungen ohne eine
zusätzliche Zündeinrichtung eine stromstarke diffuse Bogenentla
dung mit einer Stromstärke über hundert, vorzugsweise mehrere
tausend Ampere. Die Stromdichte dieses neuartigen Bogens ist,
verglichen mit bekannten Vakuumlichtbögen, relativ gering und
liegt bei 10 bis 1000 A/cm².
Damit wird ein stabil arbeitendes Verfahren mit hoher Verdamp
fungsrate und steuerbarem Grad der Anregung und Ionisierung des
Dampfes geschaffen. Die Obergrenze der erreichbaren Anregung und
Ionisierung hängt von der Art des Verdampfungsmaterials ab. Sie
läßt sich durch typische Werte für die Ionenstromdichte auf den
zu beschichtenden Substraten im Bereich von 100 mA/cm² charakte
risieren. Für manche Materialien sind wesentlich höhere Werte
erreichbar.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß die bei bekannten Vakuumlichtbögen auftretenden instationären
Erscheinungen wie rasche Katodenfleckbewegung, häufiges Verlö
schen der Entladung, Schwankungen von Brennspannung und Plasmain
tensität nicht eintreten.
Der wesentliche Vorteil ist, daß die diffuse Bogenentladung mit
ihrem großflächigen Katodenansatz keinerlei Droplets verursacht,
weil die Dropletemission bei Bogenentladungen eng an die Katoden
mechanismen mit sehr hohen Stromdichten gekoppelt ist. Tatsäch
lich konnte an Schichten, welche durch das beschriebene Verfahren
hergestellt wurden, die Dropletfreiheit nachgewiesen werden.
Die besonderen Möglichkeiten des Verfahrens liegen darin, daß der
Ort sowie die Fläche und folglich die Stromdichte des katodischen
Ansatzes des diffusen Bogens gesteuert werden können. Sie ergeben
sich daraus, daß der Elektronenstrahl sehr schnell abgelenkt
werden kann und am Auftreffort beliebige Figuren und Flächen auf
dem Verdampfungsgut zeichnen kann, die den Fußpunktbereich für
den diffusen Bogen bilden. Zur Erzielung einer bestimmten Lei
stungsdichte kann der Elektronenstrahl fokussiert oder defokus
siert werden. Durch den Einsatz getrennter Leistungsregelungen
für Elektronenstrahl und Bogenentladung ergibt sich die Möglich
keit, Verdampfungsparameter (Verdampfungsrate) und Plasmaparame
ter Ionisierungs- und Anregungsgrad) weitgehend unabhängig
voneinander einzustellen.
Das Verfahren eignet sich zur Abscheidung von Schichten aus
reinen Metallen und Legierungen unter Ioneneinwirkung (ion
plating) und führt dabei zu sehr guten Schichteigenschaften. Es
ist aber auch besonders geeignet für die reaktive Verdampfung zur
Herstellung von Schichten aus chemischen Verbindungen.
Zur Abscheidung von Verbindungsschichten mit dem erfindungsgemä
ßen Verfahren wird in bekannter Weise ein Reaktivgas in die
Vakuumkammer eingelassen. Es erfolgen Reaktionen zwischen Reak
tivgasteilchen und abgeschiedenen Dampfteilchen am Substrat. Es
können stöchiometrische Schichten abgeschieden werden, wenn
Verdampfungsrate und Reaktivgaseinlaß richtig aufeinander abge
stimmt sind. Auch an der Katode treten Reaktionen mit dem Reak
tivgas auf, die jedoch die Stabilität der diffusen Bogenentladung
kaum beeinträchtigen, wenn der Elektronenstrahl mit einer hohen
Leistungsdichte auf das Verdampfungsgut auftrifft und somit die
Oberfläche frei von Kontaminationen hält.
Das Problem von flächenhaft ausgedehnten Plasmaquellen beim
plasmagestützten Beschichten wurde bisher meistens durch eine
Aneinanderreihung mehrerer einzelner Plasmaquellen mit zugehöri
gen separaten Stromversorgungen gelöst. Dieses Vorgehen ist
technisch sehr aufwendig und teuer. Es zeigte sich, daß das
erfindungsgemäße Verfahren für die plasmagestützte Großflächenbe
dampfung besonders geeignet ist. Die Ursache liegt darin, daß es
überraschenderweise möglich ist, den Bogen auf der Katodenober
fläche in mehrere räumlich voneinander getrennte Gebiete zu
teilen, indem durch den Elektronenstrahl verschiedene Gebiete der
Oberfläche nacheinander durch eine hohe Wechselfrequenz quasi
gleichzeitig beaufschlagt werden. Damit können auch räumlich
ausgedehnte, große Verdampfertiegel für die Beschichtung von
großflächigen Substraten verwendet werden. Dabei können mehrere
getrennte Gebiete auf der Oberfläche des Verdampfungsgutes durch
ein einziges Verdampfersystem (Elektronenstrahlkanone mit
Ablenksystem) und ein gemeinsames Plasmastromversorgungssystem
aktiviert werden.
An einem Beispiel wird die Erfindung näher erläutert. In der
zugehörigen Zeichnung ist eine Einrichtung zum Elektronenstrahl
verdampfen in der Draufsicht dargestellt.
An einem Rezipienten 1 ist eine Elektronenkanone 2 vom Axialtyp
mit einer Leistung von max. 300 kW und einer einstellbaren
Beschleunigungsspannung von 10 bis 50 kV angeflanscht. Mit einem
Vakuum-Pumpsystem 3 wird der Rezipient 1 auf einen Druck von 10-3
Pa evakuiert. Im Rezipienten 1 befindet sich ein wassergekühlter
Verdampfertiegel 4 aus Kupfer mit einem Durchmesser von 25 cm,
der mit dem negativen Pol der Bogenstromversorgung 8 verbunden
ist. Ein statisches Magnetfeld, das durch zwei sich
gegenüberstehende Elektromagnete 5 erzeugt wird, lenkt den
hochenergetischen Elektronenstrahl 6, der in horizontaler Rich
tung in den Rezipienten 1 eingeschossen wird, auf den Verdampfer
tiegel 4 ab. Mittels einer bekannten Ablenkeinrichtung an der
Elektronenkanone 2 kann der Elektronenstrahl auf dem Verdamp
fungsgut am Auftreffort beliebige Figuren zeichnen. Im Abstand
von 5 cm über dem Verdampfertiegel 4 ist eine U-förmige Elektrode
7 angeordnet, deren Öffnung in Richtung des einfallenden Elektro
nenstrahls 6 zeigt. Die Elektrode ist wassergekühlt und mit dem
positiven Pol der Bogenstromversorgung 8 verbunden, welche in der
Lage ist, geregelt Stromstärken von 20 . . .2000 A bei Spannungen
von 0 . . .70 V zu liefern. Der negative Pol der Stromversorgung ist
mit der Masse der Einrichtung verbunden. Das Substrat wird
mittels einer Biasstromversorgung auf negatives Potential gegen
Masse gelegt. Über das Gaseinlaßsystem 9 kann ein Reaktivgas in
den Rezipienten eingelassen werden.
Das Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit Titannitrid
wird wie folgt ausgeübt.
Der Verdampfertiegel 4 ist mit Titan gefüllt. Der Elektro
nenstrahl 6 wird auf die Oberfläche des Verdampfungsguts fokus
siert und so abgelenkt, daß auf dem Verdampfungsgut eine spiral
förmige Bahn mit einem äußeren Durchmesser von 6 cm entsteht.
Diese spiralförmige Figur rotiert zeitlich periodisch auf einer
Kreisbahn, so daß ihr Flächenschwerpunkt einen Kreis von 17 cm
Durchmesser beschreibt und diesen mit einer Frequenz von 2 Hz
durchläuft. Die Elektronenkanone 2 wird auf eine Leistung von 60
kW bei einer Spannung von 45 kV eingestellt. Das Verdampfungsgut
befindet sich im flüssigen Zustand, und der Bereich der spiral
förmigen Bahn ist quasi gleichmäßig aufgeheizt. Wenn im besagten
Bereich eine stationäre Dampfdichte entstanden ist, wird die
Bogenstromversorgung zugeschaltet. Es kann ein Lichtbogen auf der
Targetoberfläche beobachtet werden, der ausschließlich im Titan
dampf brennt. Bei einer Stromstärke von 300 A schlägt die Entla
dung in die beschriebene diffuse Form um. Die Stromstärke wird
nunmehr auf 1000 A erhöht, dabei beträgt die Entladungsspannung
15 V.
Das zu beschichtende Substrat befindet sich in einem Abstand von
20 cm über dem Rand des Verdampfertiegels 4. Die Biasspannung
beträgt 50 V. Wenn die Bogenentladung in der beschriebenen
diffusen Form mit einer Stromstärke von 1000 A brennt, fließt zum
Substrat ein Strom mit einer Stromdichte von 100 mA/cm².
Durch Einlaß von reaktivem Stickstoff bis zu einem Druck von 1,2
Pa wird die plasmagestützte Abscheidung von stöchiometrischen
Titannitridschichten mit hoher Abscheiderate auf den Substaten
erreicht.
Claims (8)
1. Verfahren zum Elektronenstrahlverdampfen im Vakuum mittels
eines sehr schnell und hochfrequent auf dem in einem Verdampfer
tiegel befindlichen Verdampfungsgut abgelenkten hochenergetischen
Elektronenstrahles und einer gleichzeitig zwischen dem Verdamp
fungsgut und einer Elektrode brennenden Bogenentladung, dadurch
gekennzeichnet, daß durch die schnelle Ablenkung des Elektro
nenstrahls ein Teil der gesamten Oberfläche des Verdampfungsgutes
quasi gleichmäßig derart geheizt wird, daß in diesem Bereich eine
hohe Verdampfungsrate entsteht, daß eine Bogenentladung gezündet
wird, die im besagten Bereich brennt und einen diffusen Bogen
bildet, dessen Fußpunkt der vom Elektronenstrahl gleichmäßig
beheizten Fläche auf dem Verdampfungsgut annähernd entspricht und
dabei einen wesentlichen Teil des Dampfes ionisiert, und daß kein
Prozeßgas während des Verfahrens zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf
dem Verdampfungsgut durch die örtliche und zeitliche Ablenkung
des Elektronenstrahls mehrere quasi gleichmäßig beheizte Flächen
entstehen und in jeder dieser Flächen ein diffuser Bogen gebildet
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die zu bedampfenden Substrate auf ein frei wählbares, gegenüber
dem Verdampfungsgut negatives Potential gebracht werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Herstellung von Verbindungsschichten während des Verdamp
fungsprozesses ein Reaktivgas eingelassen wird.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
bestehend aus einem Rezipienten mit einem darin angeordneten
Verdampfertiegel und einem Magnetsystem zur Ablenkung eines
Elektronenstrahles, den eine an dem Rezipienten angeordnete
Elektronenkanone erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver
dampfertiegel (4) an den negativen Pol einer Bogenstromversor
gungseinrichtung (8) gelegt ist, daß in geringem Abstand über dem
Verdampfertiegel (4) außerhalb der Oberfläche des Verdampfungsgu
tes und innerhalb der Magneten (5) des Magnetsystems zur Umlen
kung des Elektronenstrahls (6) eine Elektrode (7) mit dem positi
ven Pol der Bogenstromversorgungseinrichtung (8) verbunden ist, und
daß diese Elektrode (7) in dem Bereich, in den der Elektronen
strahl (6) eintritt, geöffnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
als Anode wirkende Elektrode (7) wassergekühlt und/oder thermisch
isoliert angeordnet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet,
daß im Verdampfertiegel (4) eine zusätzliche Elektrode für das
Zuführen des Bogenstromes angeordnet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem Rezipienten (1) mehrere Elektronenkanonen (2) angeord
net sind, die jeweils einem bestimmten Bereich des Verdampfertie
gels (4) zugeordnet sind, um diesen mit dem Elektronenstrahl (6)
zu beaufschlagen.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934336680 DE4336680C2 (de) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | Verfahren zum Elektronenstrahlverdampfen |
| PCT/DE1994/001210 WO1995012006A1 (de) | 1993-10-27 | 1994-10-11 | Verfahren und einrichtung zum elektronenstrahlverdampfen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934336680 DE4336680C2 (de) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | Verfahren zum Elektronenstrahlverdampfen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4336680A1 true DE4336680A1 (de) | 1995-05-04 |
| DE4336680C2 DE4336680C2 (de) | 1998-05-14 |
Family
ID=6501165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19934336680 Expired - Lifetime DE4336680C2 (de) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | Verfahren zum Elektronenstrahlverdampfen |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4336680C2 (de) |
| WO (1) | WO1995012006A1 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19605316C1 (de) * | 1996-02-14 | 1996-12-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Einrichtung zur Regelung von plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen |
| US7152549B2 (en) | 2001-07-11 | 2006-12-26 | Carl-Zeiss-Stiftung | Vapor deposition system |
| DE102010035315A1 (de) | 2010-08-25 | 2012-03-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum langzeitstabilen plasmaaktivierten Vakuumbedampfen |
| DE102012209196A1 (de) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Verfahren zum Elektronenstrahlschmelzen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004019169A1 (de) * | 2004-04-20 | 2005-11-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum Abscheiden von Karbidschichten hochschmelzender Metalle |
| DE102006031244B4 (de) * | 2006-07-06 | 2010-12-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zum Verdampfen eines Materials mittels eines Elektronenstrahls und zum Abscheiden des Dampfes auf ein Substrat |
| DE102015105310A1 (de) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | Von Ardenne Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen von Materialien mittels Elektronenstrahl |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3791852A (en) * | 1972-06-16 | 1974-02-12 | Univ California | High rate deposition of carbides by activated reactive evaporation |
| DE3206882A1 (de) * | 1981-03-13 | 1982-10-14 | Balzers Hochvakuum Gmbh, 6200 Wiesbaden | Verfahren und vorrichtung zum verdampfen von material unter vakuum |
| DE3152736C2 (de) * | 1981-02-23 | 1984-04-05 | Leonid Pavlovič Sablev | Selbstverzehrende Kathode f}r einen Lichtbogen-Metallverdampfer |
| DE2823876C2 (de) * | 1977-06-01 | 1984-04-19 | Balzers Hochvakuum Gmbh, 6200 Wiesbaden | Verfahren zum Verdampfen von Material mittels eines Niedervoltbogens |
| DE3413891C2 (de) * | 1984-04-12 | 1987-01-08 | Horst Dipl.-Phys. Dr. 4270 Dorsten Ehrich | Verfahren und Vorrichtung zur Materialverdampfung in einem Vakuumbehälter |
| US4673477A (en) * | 1984-03-02 | 1987-06-16 | Regents Of The University Of Minnesota | Controlled vacuum arc material deposition, method and apparatus |
| DE3627151A1 (de) * | 1986-08-11 | 1988-02-18 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Verfahren und vorrichtung zum reaktiven aufdampfen von metallverbindungen |
| DE4006456C1 (en) * | 1990-03-01 | 1991-05-29 | Balzers Ag, Balzers, Li | Appts. for vaporising material in vacuum - has electron beam gun or laser guided by electromagnet to form cloud or pre-melted spot on the target surface |
| JPH04198474A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-17 | Nkk Corp | イオンプレーティング方法および装置 |
| US5227203A (en) * | 1992-02-24 | 1993-07-13 | Nkk Corporation | Ion-plating method and apparatus therefor |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4109061A (en) * | 1977-12-08 | 1978-08-22 | United Technologies Corporation | Method for altering the composition and structure of aluminum bearing overlay alloy coatings during deposition from metallic vapor |
| JPS5842771A (ja) * | 1981-09-07 | 1983-03-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | イオンプレ−テイング装置 |
| JPS60128261A (ja) * | 1983-12-15 | 1985-07-09 | Kowa Eng Kk | イオンプレ−テイング装置 |
| JPS62150786A (ja) * | 1985-12-24 | 1987-07-04 | Kobe Steel Ltd | NbN超電導膜の製造方法 |
-
1993
- 1993-10-27 DE DE19934336680 patent/DE4336680C2/de not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-10-11 WO PCT/DE1994/001210 patent/WO1995012006A1/de not_active Ceased
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3791852A (en) * | 1972-06-16 | 1974-02-12 | Univ California | High rate deposition of carbides by activated reactive evaporation |
| DE2823876C2 (de) * | 1977-06-01 | 1984-04-19 | Balzers Hochvakuum Gmbh, 6200 Wiesbaden | Verfahren zum Verdampfen von Material mittels eines Niedervoltbogens |
| DE3152736C2 (de) * | 1981-02-23 | 1984-04-05 | Leonid Pavlovič Sablev | Selbstverzehrende Kathode f}r einen Lichtbogen-Metallverdampfer |
| DE3206882A1 (de) * | 1981-03-13 | 1982-10-14 | Balzers Hochvakuum Gmbh, 6200 Wiesbaden | Verfahren und vorrichtung zum verdampfen von material unter vakuum |
| US4673477A (en) * | 1984-03-02 | 1987-06-16 | Regents Of The University Of Minnesota | Controlled vacuum arc material deposition, method and apparatus |
| US4673477B1 (de) * | 1984-03-02 | 1993-01-12 | Univ Minnesota | |
| DE3413891C2 (de) * | 1984-04-12 | 1987-01-08 | Horst Dipl.-Phys. Dr. 4270 Dorsten Ehrich | Verfahren und Vorrichtung zur Materialverdampfung in einem Vakuumbehälter |
| DE3627151A1 (de) * | 1986-08-11 | 1988-02-18 | Leybold Heraeus Gmbh & Co Kg | Verfahren und vorrichtung zum reaktiven aufdampfen von metallverbindungen |
| DE4006456C1 (en) * | 1990-03-01 | 1991-05-29 | Balzers Ag, Balzers, Li | Appts. for vaporising material in vacuum - has electron beam gun or laser guided by electromagnet to form cloud or pre-melted spot on the target surface |
| JPH04198474A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-17 | Nkk Corp | イオンプレーティング方法および装置 |
| US5227203A (en) * | 1992-02-24 | 1993-07-13 | Nkk Corporation | Ion-plating method and apparatus therefor |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19605316C1 (de) * | 1996-02-14 | 1996-12-12 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und Einrichtung zur Regelung von plasmagestützten Vakuumbeschichtungsprozessen |
| US7152549B2 (en) | 2001-07-11 | 2006-12-26 | Carl-Zeiss-Stiftung | Vapor deposition system |
| EP1275750A3 (de) * | 2001-07-11 | 2007-04-04 | Carl Zeiss | Bedampfungsanlage |
| US7544399B2 (en) | 2001-07-11 | 2009-06-09 | Carl Zeiss Vision Gmbh | Method for vapor depositing a material utilizing an electron beam |
| DE102010035315A1 (de) | 2010-08-25 | 2012-03-01 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zum langzeitstabilen plasmaaktivierten Vakuumbedampfen |
| DE102012209196A1 (de) * | 2012-05-31 | 2013-12-05 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Verfahren zum Elektronenstrahlschmelzen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1995012006A1 (de) | 1995-05-04 |
| DE4336680C2 (de) | 1998-05-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0725843B1 (de) | Verfahren und einrichtung zum plasmaaktivierten elektronenstrahlverdampfen | |
| DE3206882C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen von Material unter Vakuum | |
| EP2633543B1 (de) | Vorrichtung zum erzeugen eines elektronenstrahls | |
| DE4125365C1 (de) | ||
| DE68915012T2 (de) | Anlage zur Erzeugung von Dünnschichten und Ionenquelle unter Anwendung von Plasmazerstäubung. | |
| DE2823876C2 (de) | Verfahren zum Verdampfen von Material mittels eines Niedervoltbogens | |
| EP2795657B1 (de) | Vorrichtung zum erzeugen eines hohlkathodenbogenentladungsplasmas | |
| DE19902146C2 (de) | Verfahren und Einrichtung zur gepulsten Plasmaaktivierung | |
| EP2585622B1 (de) | Arc-verdampfungsquelle mit definiertem elektrischem feld | |
| EP0727508A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Substratoberflächen | |
| Coll et al. | Design of vacuum arc-based sources | |
| DE4228499C1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur plasmagestützten Beschichtung von Substraten | |
| DE4336680C2 (de) | Verfahren zum Elektronenstrahlverdampfen | |
| EP0603464B1 (de) | Verfahren zum Beschichten von Substraten | |
| EP0776987B1 (de) | Vakuumbeschichtungsanlage mit einem in der Vakuumkammer angeordneten Tiegel zur Aufnahme von zu verdampfendem Material | |
| EP0308680A1 (de) | Vorrichtung zum Kathodenzerstäuben | |
| US20140034484A1 (en) | Device for the elimination of liquid droplets from a cathodic arc plasma source | |
| DE102006027853B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Plasmas sowie Verwendung derselben | |
| DE102015104433B3 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Kaltkathoden-Elektronenstrahlquelle | |
| DD141932B1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur teilchenstromionisierung und hochratebeschichtung | |
| DE19600993A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur anodischen Verdampfung eines Materials mittels einer Vakuumlichtbogenentladung | |
| DE102014110835B4 (de) | Vorrichtung zum Bedampfen eines Substrates innerhalb einer Vakuumkammer | |
| DE10318363A1 (de) | Verfahren und Einrichtung zum plasmaaktivierten Hochrate-Bedampfen großflächiger Substrate | |
| DE10018639C1 (de) | Verfahren und Einrichtung zur ionengestützten Hochratebedampfung | |
| DD146625A1 (de) | Vorrichtung zum ionengestuetzten beschichten und ionenaetzen von substraten |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8380 | Miscellaneous part iii |
Free format text: AUF DER TITELSEITE DER PATENTSCHRIFT WURDEN FALSCHE ZF UND ZEICHNUNG VEROEFFENTLICHT |
|
| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |