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EINRICHTUNG ZUM AUFTRAGEN DÜNNER SCHICHTEN AUF EIN ERZEUGNIS Die
vorliegende Erfindung betrifft die Vervollkommnung von Einrichtungen um Auftragen
dünner Schichten mittels der methode der Kathodenzerstäubung und kann auf verschiedenen
Gebieten der Elektronik, zum Beispiel zur Herstellung von Widerstanden, Kondensatoren,
supraleitenden Drahtehung der gleichen mehr, aber auch in der Mikr@elektronik ziir
Herstellung von Mikroschaltungen, angewandt werden.
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allgemein bekannt ist eine Einrichtung zum Auftragen dünner Schichten,
die eine evakuierte Kammer, in welcher der Zerstauber angeordnet ist, besitzt. Der
Letztere stellt eine
Gasentladungskammer dar, wobei ihre Wande als
Kathode dienen. innerhalb der Kammer ist die anode koaxial zu der Kathode angeordnet.
Die Gasentladungskammer wird in ein långsgeordnetes Magnetfeld eingebracht. Die
Anode ist entlang der Längsachse des Magnet@eldes angebracht und stellt einen Stab
dar; hierbei wird die Kathode gewöhnlich zylindrisch aus einem Material ausgeführt,
das unter Einwirkung des Ionenbeschusses zerstaubt wird.
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Das Erzeugnis, auf welches die dünne Schicht aufgetragen werden soll,
wird innerhalb der Gasentladungskammer zwischen der Kathode -Ind der Anode untergebracht.
Unter Ein--virkung des Ionenbeschusses wird das Kathodenmaterial zerstaubt, und
der Strom des zu zerstäubenden Materials
auf dem Erzeugnis nieder.
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Da sich das Erzeugnis im Bereich der Entladung befindet (untergebracht,
wie hingewiesen wurde, zwischen der Anode und der Kathode), verschlechtern sich
die Zerstäubungebedingungen. Gewöhnlich wird in den Zerstaubungseinrichtungen die
gleichzeitige Bearbeitung einer Gruppe von E;rzeugnissen durchgeführt, die auf einem
Tragerelement angeordnet sind. Dieses Element, in den Bereich der Entladung gelanend,
verschlechtert die. Zerstäubungebedingungen noch mehr.
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Außerdem muß beachtet werden, daß ein Teil des Stromes der zerstäubten
Kathode überhaupt nicht ausgenutzt wird, weil er nicht auf das Erzeugnis gelangt.
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Und letztlich, um auf einem zylindrischen Erzeugnis eine homogene
Deckschicht zu erhalten, muß es um seine eigee
Achse ged@eht werden,
was die Konstruktion der Sinrichtung im Ganzen wesentlich kompliziert nacht.
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In einigen Fällen wird das Erzeugnis direkt auf der Änode befestigt.
In diesem Fall kann die Entladung nur eine Hoc@druckentladung (mehr als 10-3 3 Torr)
sein, da <> bei einer Niederdruckentladung das Vorhandensein auf der Anode
<eines Erzeugnisses>zur Störung der beschleunigenden Anoden-@lektronenschicht
führt. All dies hat einen durch <> das Auftreten im Strom des zu zerstäubenden
den Materials<neutraler Restgasteilchen>hervorgerufenen wesentlichen Einfluß
auf die qualität der aufgetragenen Schicht.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Auftragen
dünner Schichten zu schaffen, in welcher eine Anordnung des Erzeugnisses gewährleistet
wird, bei der das Erzeugnis die Zerstäubungsbedingungen und den Ablauf der Entladung
nicht beeinflußt, das Erhalten einer homogenen Deckschicht auf einem Zylinder ohne
seine Drehring ermöglicht und gleichfalls Bedingungen für eine effektivereAusnutzung
des Stromes des zu zerstäubenden Materials geschaffen werden.
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Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Aufgabe gestellt, die Anode
der Gasentiadungskammer derart auszuführen, daß es möglich wird das Erzeugnis außerhalb
des Entladungsgebietes anzubringen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zum auftragen
dünner Schichten auf ein Erzeugnis die Anode der Gasentladungskammer erfindungsgemäß
von zwei entlang der Symmetrieachse angeordneten hohlen Rohren mit gleichem Außendurchmesser
gebildet
wird, wobei die Rohre so angeordnet sind, das sie von der Stirnseite her zueinander
einen Spalt haben, durch welchen das zu zerstaubende ltilaterial der Kathode auf
den Teil des Erzeugnisses, daß zwischen diesen Rohren angebracht ist, auftrifft.
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einer Bei derartigen Ausführung der Einrichtung befindet sich das
erzeugnis außerhalb der Zone der Hochspannungsentl-ldung und beeinflußt deshalb
nicht ihren Ablauf. Bei Bearbeitung zylindrischer Erzeugnisse gelangt der Strom
des zu zrstäubenden Wiaterials der Kathode von allen Seiten gleichmäßig auf ihre
Oberfläche-, und somit entfällt die Notwendigkeit einer Drehung des Erzeugnisses.
Und letztlich gewährleistet eine solche Konstruktion die vollständigste Ausnutzung
des Stromes des zu zerstäubenden materials.
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Zweckmäßigerweise wird der zu zerstäubende abschnitt der Kathode
als eine Fläche ausgeführt, die durch die Rotation einer Parabel entstanden ist,
deren Fokus mit dem Mittelpunkt des Abstandes zusammenfällt.
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Das gewährleistet die besten Ausnutzntlglichkeiten des Stromes des
zu zerstaubenden Kathodenmaterials.
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Im Weiteren wird die Erfindung an Hand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
und der angeführten Zeichnung erläutert, auf welcher die Einrichtung zum Auftragen
dünner Schichten auf ein Erzeugnis gezeigt wird.
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In der evakuierten Kammer 1 sind nacheinander ein Heiselement 2 zur
Reinigung des Erzeugnisses von flüchtigen Oxyden,
eine Einrichtung
3 7ur lonenreinigung, welche zum Beispiel eine Penningzelle darstellen kann, die
eine Anode 4 und eine Kathode 5 mit einer Bohrung in ihrem hlittelteil RUm Durchgang
des Erzeugnisses 6 enthalt, und gleichfalls eine Gasentladungskammer 7 angeordnet,
in welcher das Auftragen des Materials auf das Erzeugnis stattfindet. Diese Kammer
7 stellt im Grunde genommen einen Ionenzerstäuber dar.
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Die Gasentladungskammer 7 besitzt eine Anode 8, die entlang der Symmetrie-Längsachse
dieser Kammer angeordnet ist, und eine Kathode, die von den sich unter gleichem
Potential befindlichen Elektroden 9 und 10 gebildet wird.
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Die Elektroden 10 sind als Wände der Kammer 7, symmetrisch zu ihrer-Längsachse
angeordnet und aus dem Material, welches auf das Erzeugnis aufgetragen werden soll,
hergestellt.
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Die Anode 8, die auf diese Weise innerhalb der Kathode angeordnet
ist, wird von zwei hohlen Rohren gebildet, die entlang der schon angeführten Symmetrieachse
und mit Spalt zwischen ihren Stirnseiten angeordnet sind. Hierbei kann im Allgemeinfall
die Elektrode 10 eine beliebige Form haben, zum Beispiel die eines runden, geraden
Zylinders. Um eine bessere Qualität der aufgestaubten Schicht zu gewährleisten und
den auf das Erzeugnis gelangenden Strom des zerstäubtan Materials zu vergröderen,
hat die Elektrode im Querschnitt die Form einer Parabel, deren Fokus mit dem Mittelpunkt
des Spaltes zwischen den die Anoden 8 darstellenden Rohren zusammenfällt.
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Die Verschiebung des Erzeugnisses E aus einer Bearheitungsposition
in
eine andere, wird von Mechanismen tt, zur kontinuierlichen Bewegung gewährleistet.
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Außerhalb der evakuierten Kammer 4 ist das Solenoid 12 angeordnet,
welches das Längsfeld in der Gasentladungskammer 7 und der Einrichtung 3 zur lonenrelnigung
bildet, wobei die hohre, die die Anode 8 darstellen, die Form des Magnetfeldes wiederholen
sollen, oder mit anderen Worten, sie dürfen die magnetischen Feldlinien dieses Feldes
nicht überschneiden. Um ein homogenes Magnetfeld zu erhalten, haben die liohre die
Form runder, gerader Zylinder; urd die erwähnte Symmetrieachse liegt parallel zu
den Feldlinien des Magnetfeldes des Solenoides 12.
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet mit inertem Durchflußgas, zum
Beispiel mit Argon, bei Drücken von 10-3 bis 10 7 - 10 9 mm Hg.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Das Erzeugnis
6 wird in das Heizelement 2 gebracht und bis zu der, zur Entgasung benötigten, Temperatur
erhitzt.
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Danach werden die Erzeugnisse mit hilfe des Mechanismus 11 zur kontinuierlichen
Bewegung in die Einrichtung 3 zur lonenreinigung eingeführt, in welcher, wenn nötig,
die Oberflache der Unterlage von hitzebeständigen Oxydschichten gereinigt oder einer
Ionenätzung unterzogen wird. Nach der Reinigung gelangt das Erzeugnis in die Gasentladungskammer
7 in welcher e iiie Hochspannungsentladung niedrigen Druckes mit
einer
Anodenschicht erzeugt wird, deren Dicke voll der Stärke des @agnetfeldes des Solenoides
12 abhängt. Der auftretende lonenstrom bombardiert die Elektrode 10 und ruft somit
ihre Zerstäubung hervor.
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Hierbei hängt die Größe des Ionenstromes vom Druck des Gases, der
Fläche der Anode, der Entladungsspannung und der Stärke des Wagnetfeldes ab.
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Das Erzeugnis 6 tritt durch den lio:-lraum der Rohre der Anode 8
und stellt sich zwischen ihren Stirnflächen auf.
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Die ir der Anodenschicht der Gasentladung beschleunigten Ionen bombardieren
und zerstäuben die Kathode 10. Ein Teil der zerstaubten Atome gelangt in den Spalt
zwischen den Rohren der Anode 8 und setzt sich auf der Oberfläche der Unterlage
ab, wobei eine dünne Schicht gebildet wird. Auf diese Weise befindet sich das Erzeugnis
wahrend des Prozesses des Aufstäubens außerhalb des Bereiches des Entstehens der
Gasentladung, und beeinflußt folglich in keiner Weise ihren Ablauf.
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Um mehrschichtige Filme zu erhalten, ist es möglich, hintereinander
mehrere Gasentladungskammern aufzustellen, wobei in jeder die Elektrode 10 aus anderem
Material hergestellt werden kann.
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Mit Hilfe der vorgeschlagenen Einrichtung können Schichten mit einer
Dicke von 10 A° bis 100 tm aufgestäubt werden.