DE2246983A1 - Triodenanordnung zur zerstaeubung von stoffen mittels einer elektrischen niederspannungsentladung - Google Patents

Description

BALZ3RS HOCHVAKUUM JMPH₇ hei ml ch-Jiertz-Str .6, D 6 Frankfurt/M

Tp-iodenanordnung zur Zerstäubung von Stoffen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Triodenanordnung zur Zerstäubung von Stoffen mitteis einer elektrischen Niederspannungsentladung (Bogenentladung). Ss sind derartige Anordnungen bekannt, bei denen die Bogenentladung in der Zerstäubungskammer durch ein axiales Magnetfeld gebündelt wird und zwischen einer in einer eigenen Kammer befindlichen Glühkathode und einer in der evakuierbaren Zerstäubungskammer angeordneten und dieser gegenüber auf positivem Potential befindlichen Anode brennt. In der Zersuäubur.gskammer sind auch die Haltevorrichtungen für das zu zerstäubende Gut (Target) sowie für die mit dem zerstäubten Material zu beschichtenden Substrate vorgesehen.

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Eine bewährte Anordnung dieser Art ist dadurch aussehelehnen, dass das vom" Träger.gehaltene ' ScrstäuburiSsniaVsrlai von einer ringförmigen Anode umgeben ist. (Schweizer Patent Ho. 456 2^

Diese bekannten Triodenanordnungen weisen den Nachteil auf, dass beim Betrieb die Gefahr von elektrischen Durchschlagen zwischen der Anode und den Wänden der Zerstäubungskammer, sowie den in der Zerstäubungskammer angeordneten Einbauten (z. B. Haltevorrichtungen für die Substrate) besteht. Auch dann, wenn es zu keinen Durchschlägen kommt, sind die Innenwände der Zerstäubunsskammer und die Oberflächen der Einbauteile wegen der Potentialdifferenz zwischen Plasma und Wand in gewissem Masse einer Zerstäubung durch aufprallende₄ aus dem Lichtbogenplasma herrührende Ionen unterworfen· Dies bringt nicht nur eine Beschädigung und eine unerwünschte Abnützung der genannten Flächen mit sich, sondern führt vor allem zu einer Verunreinigung der auf den Substraten aufzubringenden Schichten. Bei einer Betriebsweise der bekannten Einrichtung» bei welcher zwecks Zerstäubung von elektrisch nichtleitenden Materialien (Isolatoren; die Haltevorrichtung für das zu zerstäubende Gut an eine Hochfrequenzspanriung gelegt wurde, ergab sich eine starke Einkopplung des Hochfrequenzstromes in den Gleichstromkreis der Bogenentladungf wodurch die Gefahr einer Ueberlastung desselben gegeben war.

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Ein weiterer Nachteil bekannter Anordnungen zur Zerstäubung von Isolatoren mittels einer Bogenentladung, wobei gleich'-zeitig an das .Target eine hochfrequente Spannung angelegt wurde, lag darin, dass die Elektroden,durch das zerstäubte Isoliermaterial belegt wurden. Aus demselben Grunde konnten auch keine dielektrischen Schichten durch reaktives Zerstäuben hergestellt werden. Weitere Probleme entstanden dadurch, dass durch Hoehfrequenz-Spannungsabfälle bewirkte Rückzerstäubungen der Substrate und der Wand der Zerstäubungskammer auftraten.

Aus diesen Gründen hat man bisher meist die kapazitive Hochfrequenzentladung zur Erzeugung von dielektrischen Schichten

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verwendet. Jedoch auch diese genannte Dioden-HF-Entladung weist einige schwerwiegende Nachteile auf. Selbst bei relativ hohen Drücken (p "> 10** Torr) ist die Trägerdichte in einer solchen Entladung gering (10 - 10 cnf^), so dass hohe Spannungen "zur Erreichung der gewünschten Zerstäubungsraten notwendig, sind. Nebst den damit verbundenen konstruktiven Problemen, wird dadurch die Belastung der Sudsträte durch das Bombardement von Sekundärelektronen gross» Ausserdem ist die ProduktionskapazitUt solcher Anlagen beschränkt, da die nutzbare Sübstratflache stets kleiner als die Targetflache ist* Demgegenüber weist die TräEerdichte in Niedervoltbögefl Werte von ΙΟ¹⁰ bis Ip³"^ Teilchen/ cm auf. Dadurch v?ird es möglich, bei geringen Targetspannungen

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Metalle mit hohen Raten selbst im 10 Torr-Bereich zu zerstäuben. Die Substratbelastung durch Sekundärelektronen kann

in diesem Falle durch Anlegen statischer Magnetfelder weitgehend vermieden werden.

Die obenerwähnten Nachteile der bekannten Kathodenzerstäubungseinrichtungen weitgehend zu vermeiden oder wenigstens wesentlich zu mildern, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung.

Die erfindungsgemässe Triodenanordnung zur Zerstäubung von Stoffen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung (Bogenentladung) mit einer in einer von der Zerstäubungskammer getrennten, mit dieser über eine Oeffnung in einer gemeinsamen Trennwand verbundenen Kammer angeordneten Glühkathode ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenkammer von der Zerstäubungskammer elektrisch isoliert 1st und die elektrische Schaltung so getroffen ist, dass sich die erstgenannte Kammer und die Glühkathode beim Betrieb auf negativem Potenial gegenüber den Wänden der ZerstHubungskammer befinden.

Durch die Verwendung zweier voneinander elektrisch isolierter Kammern, wovon sich die die Glühkathode aufnehmende Kammer und die Glühkathode auf negativem Potential gegenüber der als ZerstKubunftskammer dienenden Kairuier befinden, wird das Plasma der Dogenentladung auf negatives Potential gegenüber den Wänden

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der Zerstäubungskammer gebracht, wodurch die Möglichkeit der Zerstäubung .derselben ausgeschaltet ist. Dasselbe gilt für die auf gleichem Potential wiö die Kammerwände befindlichen Einbauteile«

Es ist zweckmässig, die genannte Trennwand gegenüber den Wänden der Zerstäubungskammer elektrisch zu isolieren,, indem sie entweder auf der dieser zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Oberfläche ausgebildet wird, oder, wenn die Trennwand aus Metall-besteht, eine entsprechende Isolation zwischen dieser und der Zerstäubungskammer vorgesehen ist

Bei der erfindungsgemässen Anordnung kann der Boden der Zerstäubungskammer selbst als Anode der Bogenentladung dienen« Die Anode kann auch Als gesonderte Elektrode mit isolierender Spannungsdurchführung durch die Wand der Zerstäubungskammer ausgebildet werden; in diesem Falle erteilt man ihr zweckmässigerweise ein gegenüber der Wand der Zerstäubungskammer negatives Potential,

Die erfindungsgemässe Anordnung kann nicht nur zum Beschichten von Gegenständen verwendet werden sondern kann auch dazu dienen, diese in ansich bekannter Weise einer anodischen Oxydation in einer Glimmentladung in Sauerstoff zu unterwerfen. Zu diesem Zweck wird über ein Ventil Sauerstoff in die Anlage eingeführt.

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Nachfolgend wird ein AusfUhrungabeispiel der Erfindung nähei* beschrieben; Die anliegende £eiohmiiig %<a%$% 'ftfetUMlifttittiV evakuierbare Zerstäubungskammer 1| in weichet* futf richtungen 2 die mit dem zerstäubtem. Material au.

Gegenstände 3 angeordnet sind. Durch einen Isolftlef # wird tp?ep ■ die Zuleitung 5 die erforderliche Betriebsgpannwf*|$ tu dftf^?" zerstäubende Out (Target) 6 durch die Orund|*lai|li f |ii!>4«roh in die Zerstäubungskammer eingeführt, Diese Jt4t lib.ef..,.#tiü PuppitUtaen evakuterbar.

Im Sinne der Erfindung steht die Zerstäubunggkaini(i#f \ ^Mv eine Oeffnung in einer gemeinsamen Trennwand 9 m%%. ©ilief Hielten Kammer 11 in Verbindung. Gegenüber beiden genaiWtfH Jiewnern.Ist die als Blende ausgebildete Trennwand durch Isolil©l*t|i 10 elektrisch isoliert.

Die erwähntejzweite Kammer ist als
in welche das zu ionisierende Gas Über ein Nadelventil 12 in dosierter Menge eingeführt wird. In der XQni&fttionHftwtuner ist* 3ie Kathodel^ vorgesehen, welche über die durch «lit isoliereni«? Planschplatte 14 hindurchgeführten StramfufUhfUnten Wlt Hei8« strom versorgt wird.

2ine die ZerstKubungskammor 1 urgebentle §pMi*5 %% clienfe'iUf Sr-^ scuguns; des die Entladung bündel^r.dcn a.^v.ialon Magnetfolieg»

BAD ORIGINAL

Beim Betrieb liegt Grundplatte 7 der Zerstäubungskammer auf Ei'dpotential. Wogegen die Glühkathode Γ3 in der Ionisationskammer mit dem negativem,Pol eines auf seiner positiven Seite geerdeten Gerätes 16 zur Erzeugung hoher Gleichströme verbunden ist.

An das Target 6 wird, wenn Gleichspannungszerstäubung gewünscht v/ird, eine vom Gerät 17 gelieferte Gleichspannung von einigen 1000 Volt oder - wenn VJechselspannungszerstaubung gewünscht' ist, die vom Gerät 18 gelieferte· Wechselspannung (vorzugsweise Hochfrequenz) angelegt. Die Bogenentladung brennt zwischen der Glühkathode in der Kammer 11 und der Grundplatte 7 der Zerstäubungskammer. Dabei wird das vorzugsweise in der Achse der Bogenentladung angeordneten Target mit hohen Wirkungsrad zerstäubt.

Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R U E ? H E

   1.J Triodenanordnung zur Zerstäubung von Stoffen mittels einer elektrischen Niederspannungsentladung (Bogenentladung) zwischen einer Anode in der Zerstäubungskammer und einer in einer getrennten, mit der Zerstäubungskammer über eine Oeffnung in einer gemeinsamen Trennwand verbundenen GlUhkathodenkammer befindlichen Glühkathode, wobei das zii zerstäubende Target in der Achse der Gasentladung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand gegenüber der Kathoden- und der Zerstäubungskammer elektrisch isoliert ist und dass die Anode auf gleiches elektrisches Potential wie die Wand,der Zerstäubungskammer geschaltet ist.

   2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand zwischen der Kathodenkammer und der Zersttiubungskamtner wenigstens auf der der Zerstäubung skammer zugewandten Seite mit einer isolierenden Oberfläche ausgebildet Ist.

   j5. Anordnung nach Patentanspruch 1, da du r c h gekennzeichnet, dass die Trennwand zwischen der Kathodenkammer

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   und der Zerstäubungskaninier aus Metall besteht und gegenüber den beiden'genannten Kammern elektrisch isoliert ist.

   4. Anordnung nach Patentanspruch^, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand der Kathodenkammer gegenüber. der Zerstäubungskammer', der Trennwand und der Glühkathode elektrisch isoliert ist.

   5. Anordnung nach Patentanspruch 1, da-durch gekenn zeichnet, dass ein Teil der Wand der Zerstlubungsteammer als Anode der Bogenentladung ausgebildet ist«

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   Lee rse He