DE3306738A1

DE3306738A1 - Apparatus and process for coating substrates by glow discharge, and their application

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Publication number: DE3306738A1
Application number: DE19833306738
Authority: DE
Inventors: Horst Weiningen Rordorf; Hagen Dipl.-Chem.Dr. Trimbach Wohlfarth
Original assignee: Berna AG Olten
Current assignee: Berna AG Olten
Priority date: 1983-02-25
Filing date: 1983-02-25
Publication date: 1984-08-30
Also published as: FR2541690A1

Abstract

An apparatus for coating substrates using a glow discharge, comprising an anodically connectable bell jar, gas inlets and outlets, electrical connecting elements, screening elements, a holder for at least one substrate (13) and at least one target (1, 8, 14, 16, 17, 19, 20, 21) made of source material and connected as cathode, characterised in that at least one substrate (13) or one substrate holder is arranged in an electrically insulated manner at a distance from at least one target (1, 8, 14, 16, 17, 19, 20, 21), the target being made at least partially of a grid (5) formed from source material. <??>A description is also given of a process for coating substrates using such an apparatus, in which at least one target is used which is made at least partially of grid-type material. In the process a high-energy plasma is formed in the target, and the target material (source material) is atomised essentially at the internal envelope surface and deposited on the correspondingly disposed substrate. The apparatus and process can be used to apply layers to a wide spectrum of substrates. <IMAGE>

Description

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BERNA AG OLTEN, OLTEN / SCHWEIZBERNA AG OLTEN, OLTEN / SWITZERLAND

Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von Substraten mittels Glimmentladung, sowie deren AnwendungDevice and method for coating substrates by means of glow discharge, as well as their use

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten unter Anwendung einer Glimmentladung, wie sie beispielsweise zur Beschichtung oder Teilbeschichtung von verschiedenen Maschinenbauteilen mit abriebfestem oder hitzefestem Metall bzw. deren Verbindungen Verwendung findet. Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten unter Anwendung einer solchen Vorrichtung, wie auch auf die Anwendung dieserThe invention relates to an apparatus for coating substrates using a Glow discharge, such as that used, for example, for coating or partial coating of various machine components with abrasion-resistant or heat-resistant metal or their compounds is used. The invention further relates to a method of coating substrates using such Device, as well as on the application of this

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Vorrichtung und des Verfahrens zur Erzeugung unterschiedlicher Wirkungen von auf Substraten aufgetragenen Beschichtungen.Apparatus and the method for producing different effects of applied to substrates Coatings.

Es ist allgemein bekannt, dass sich bei örtlicher Berührung der Kathodenfallraumgrenzen zweier spannungsführender Flachen eine sehr stromstarke Glimmentladung ausbildet (DE-PS 976 529 von B. Berghaus). Weiterhin ist bekannt, dass unter diesen Bedingungen eine hohe ■ Energiedichte des Plasmas und somit auch hohe Abstäubraten an den das Plasma eingrenzenden Metallflachen auftreten (J. A. Thornton, Films and Coatings for Technology, Davos 1982). Diese Erkenntnisse werden bereits in unterschiedlicher Weise zur metallischen Beschichtung von Substraten durch Zerstäuben von aus geeignetem Metall (Quellenmaterial) konstruierten Kathoden genutzt.It is common knowledge that when touched locally the cathode drop space boundaries of two live surfaces produce a very high-current glow discharge trains (DE-PS 976 529 from B. Berghaus). It is also known that under these conditions a high ■ Energy density of the plasma and thus also high dusting rates occur on the metal surfaces delimiting the plasma (J. A. Thornton, Films and Coatings for Technology, Davos 1982). These findings are already being used in various ways for metallic coatings of substrates by sputtering cathodes constructed of suitable metal (source material) utilized.

So ist aus der DE-PS 15 15 297 ein Verfahren bekannt, bei welchem unter Verwendung einer Penning-Entladung eine solche Beschichtung vorgenommen wird, wobei das Augenmerk insbesondere auf die Erzielung gewisser Temperaturen sowohl der Objektträger als "auch der den Entladungsraum umgebenden Flächen gerichtet ist. Dabei kann die Penning-Entladung in einem Gas bzw. Gasgemisch erfolgen. Es können aber auch abwechselnd verschiedene Gase oder verschiedene Gasgemische in den Entladungsraum eingeleitet werden, wodurch die physikalischen Eigenschaften der erzeugten Schichten bzw. deren chemischer Aufbau gesteuert werden. Zu diesem Zweck wird eine Vorrichtung verwendet, deren Entladungsraum in einem zylindrischen Rezipienten überA method is known from DE-PS 15 15 297 in which a Penning discharge is used such a coating is carried out, paying particular attention to the achievement of certain temperatures both the specimen slide and the surfaces surrounding the discharge space are directed the Penning discharge can take place in a gas or gas mixture. But there can also be different ones alternately Gases or various gas mixtures are introduced into the discharge space, whereby the physical Properties of the layers produced or their chemical structure can be controlled. To this Purpose a device is used, the discharge space in a cylindrical recipient over

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einen doppelwandigen gekühlten Hohlzylinder abgegrenzt ist. An der innenwand dieses Hohlzylinders ist die Kathode, die folglich ebenfalls zylindrisch ist, angeordnet. Die Substrate werden im Zentrum des Entladungsraumes auf einem anodisch geschalteten Träger gehalten. Sie können jedoch auch mit einem Netz als Kathode_i umgeben sein, soweit es sich um einen Schichtaufbau aus der Gasphase handelt. Handelt es sich bei dem Vorgang dagegen um eine Kathodenzerstäubung, soa double-walled cooled hollow cylinder is delimited. The cathode, which is consequently also cylindrical, is arranged on the inner wall of this hollow cylinder. The substrates are held in the center of the discharge space on an anodically connected carrier. However, they can also be surrounded by a network as the cathode _i , provided that it is a layer structure from the gas phase. If, on the other hand, the process involves cathode sputtering, then so

10- ist die Anordnung umgekehrt. Diese bekannte Vorrichtung ist in ihrem Aufbau relativ aufwendig. Sie kann auch nur zur Beschichtung von Substraten in gekühlten und anodisch geschalteten Trägern eingesetzt werden. Zur gleichförmigen Beschichtung, beispielsweise von Innenflächen von Substraten oder von Substraten mit komplexer äusserer Form, ist die bekannte Vorrichtung nicht geeignet.10- the arrangement is reversed. This known device is relatively complex in its structure. It can also be used for coating substrates in cooled only and anodically connected carriers can be used. For uniform coating, for example of The known device is the inner surface of substrates or of substrates with a complex external shape not suitable.

Durch die DE-PS 24 19 794 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mit Quecksilber benetzbaren Metalloberfläche auf einem Träger bekannt, bei welchem mittels Kathodenzerstäubung auf dem Träger (Substrat) eine Metallschicht aufgebracht wird, in die gleichzeitig Quecksilberatome mit eingebaut werden. Bei der zur Durchführung dieses Verfahrens verwendeten Vorrichtung sind die an einem entsprechenden Support axial nebeneinander angeordneten Substrate durch eine zu diesen im wesentlichen konzentrisch angeordnete, zylindrische Zerstäubungskathode umgeben. Des weiteren ist ein Gefass mit Quecksilber vorgesehen, welches die benötigten Quecksilberpartikel durch Verdampfen in den Entladungsraum abgibt. Dieses Verfahren und die Vorrich-DE-PS 24 19 794 describes a process for producing a metal surface that can be wetted with mercury known on a carrier, in which a metal layer is formed on the carrier (substrate) by means of cathode sputtering is applied, in which at the same time mercury atoms are incorporated. At the for The devices used to carry out this method are axially adjacent to one another on a corresponding support arranged substrates by a substantially concentrically arranged, cylindrical Surrounding the sputtering cathode. Furthermore, a vessel with mercury is provided, which the required Releases mercury particles into the discharge space by evaporation. This process and the device

tung sind nur zu dem angegebenen Zweck geeignet; Beschichtungen an Substraten unterschiedlicher Ausformung oder auch eine Innenbeschichtung von zylindrischen Substraten können nicht erzielt werden. Des weiteren erstreckt sich die Hohlentladung in der als volles Rohr ausgebildeten Hohlkathode über das gesamte Rohrvolumen. Damit besteht keine Möglichkeit, die Entladung nur auf bestimmte Teilbereiche zu begrenzen.devices are only suitable for the stated purpose; Coatings on substrates of different shapes or an inner coating of cylindrical substrates cannot be achieved. Further the hollow discharge extends over the entire length of the hollow cathode, which is designed as a full tube Pipe volume. This means that it is not possible to limit the discharge to certain areas only.

Die DE-PS 19 14 747 zeigt eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung zum Aufstäuben nichtleitender Beschichtungen auf bandförmigem oder drahtförmigem Material. Das bandförmige Material wird dabei kontinuierlich durch eine dessen Querschnitt angepasste Hohlkathode gezogen, so dass das zu beschichtende Substrat vom negativen Glimmlicht der Gasentladung im wesentlichen gleichmässig umspült ist. Als Targetmaterialien sind Oxide und Nitride vorgesehen, die nur im Hochfrequenzbereich zerstäubt werden können. Die Substrathalterung ist bei dieser bekannten Vorrichtung direkt auf die mit dem Generator elektrisch verbundene Bodenplatte aufgesetzt, so dass die zu beschichtenden Substrate je nach Halbwellenspannung de*s HF-Generatörs eine positive oder negative Ladung annehmen. Die Möglichkeit, das Substrat isoliert einzubauen oder auch unabhängig von der Targetspannung eine Bias-Spannung anzulegen, um die damit in Zusammenhang stehenden Effekte zu erzielen, ist hier nicht gegeben.DE-PS 19 14 747 shows a cathode sputtering device for sputtering on non-conductive coatings on tape-shaped or wire-shaped material. That strip-shaped material is continuously drawn through a hollow cathode adapted to its cross-section, so that the substrate to be coated from the negative glow light of the gas discharge essentially is evenly washed around. As target materials are Oxides and nitrides are provided only in the high frequency range can be atomized. The substrate holder is in this known device directly on the with the generator electrically connected base plate placed so that the substrates to be coated each after half-wave voltage of the HF generator a positive one or accept negative charge. The possibility of installing the substrate in isolation or independently of it to apply a bias voltage to the target voltage in order to achieve the associated effects, is not given here.

Schliesslich ist aus der US-PS 4 126 530 eine Kathodenzerstäubungsvorrichtung bekannt, bei welcher zumFinally, US Pat. No. 4,126,530 discloses a cathode sputtering device known at which to

Zwecke der Zerstäubungsreinigung und Beschichtung unter Bias-Spannung die Substrate im Mantel einer Hohlkathode derart eingesetzt sind, dass die zu beschichtenden Substratflächen in den Hohlraum weisen. Die Substrate sind dabei auf dem Potential der Kathode gehalten, während das Quellenmaterial in Form einer zweiten stabförmigen Kathode zentral im Inneren der Hohlkathode angeordnet ist. Zum Zwecke der Reinigung der Substratflächen kann die Hohlkathode auch anodisch geschaltet werden, wenngleich sie zur nachfolgenden Beschichtung der Substratflächen mit einer Bias-Spannung beaufschlagt wird. Das abzustäubende Material bzw. Quellenmaterial ist hiernach zentrisch im Entladungsraum angeordnet, während die Abstäubung von der äusseren zylindrischen Mantelfläche erfolgt. Ein konzentriertes Ausrichten der Zerstäubungspartikel, beispielsweise in' Richtung einer Erzeugenden eines zylindrischen, ausserhalb des Targets befindlichen Substrates, oder das gleichzeitge Aufbringen verschiedenartiger Targetmaterialien auf das Substrat ist"durch diese Einrichtung nicht möglich.Purpose of sputter cleaning and coating under bias voltage, the substrates in the jacket of a hollow cathode are used in such a way that the substrate surfaces to be coated face into the cavity. the Substrates are kept at the potential of the cathode, while the source material is in the form of a second rod-shaped cathode centrally inside the Hollow cathode is arranged. For the purpose of cleaning the substrate surfaces, the hollow cathode can also be anodic are switched, although they are used for the subsequent coating of the substrate surfaces with a bias voltage is applied. The material or source material to be sputtered is then centered in the discharge space arranged while the dusting takes place from the outer cylindrical jacket surface. A concentrated one Alignment of the atomizing particles, for example in the direction of a generatrix of a cylindrical, substrate located outside the target, or the simultaneous application of different types Target materials on the substrate is "not possible with this device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche es ermöglicht, die stromstarke Glimmentladung (Hohlkathodeneffekt) auch über grössere Entfernungen oder Bereiche zu stabilisieren und die durch das energieintensive Plasma abgestäubten Quellenmaterialpartikel auf die Oberfläche bzw. Oberflächenteile auch von Substraten komplexerer Ausbildung gezielt und konzentriert abzuscheiden. Dabei soll die Vorrichtung eine einfacheThe invention is based on the object of a device of the type mentioned at the beginning, which enables the high-current glow discharge (hollow cathode effect) to stabilize even over greater distances or areas and that by the energy-intensive Source material particles sputtered by plasma onto the surface or surface parts of substrates to deposit more complex training in a targeted and concentrated manner. The device should be simple

Bauweise besitzen und auch gegebenenfalls die Durchführung von Vor- und Nachbehandlungen der Beschichtungsflächen der Substrate erlauben. Eine Teilaufgabe der Erfindung ist auf die Bereitstellung eines Verfahrens gerichtet, das unter Anwendung der benannten Vorrichtung eine flexible Durchführung von Abscheidungen erlaubt. Insbesondere soll die Möglichkeit gegeben sein, Beschichtungen aus Metall, aus Metallegierungen und/oder Metallverbindungen in gezielter Weise auf Oberflächen bzw. Teilbereichen hiervon einzelner oder einer Mehrzahl von Substraten zu erreichen.Own construction and also, if necessary, the implementation allow pre- and post-treatment of the coated surfaces of the substrates. A partial task The invention is directed to providing a method which can be carried out using said apparatus flexible implementation of depositions allowed. In particular, the opportunity should be given be, coatings made of metal, metal alloys and / or metal compounds in a targeted manner To achieve surfaces or partial areas of individual or a plurality of substrates.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch die Schaffung einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Vorrichtung dadurch gelost, dass mindestens ein Substrat bzw. eine Substrataufnahme zu mindestens einem Target elektrisch isoliert im Abstand angeordnet ist, wobei das Target zumindest teilweise aus einem aus Quellenmaterial gebildeten Gitter geformt ist. Unter dem Begriff "Gitter" sollen im Rahmen der Erfindung auch gitterähnliche Ausführungsformen erfasst werden, z.B. Drahtgeflechte, perforierte Bleche oder durch Streckung bzw. Stanzung' perforierte Materialien. According to the invention, this object is achieved by providing one described in the preamble of claim 1 Device solved in that at least one substrate or a substrate holder to at least a target is arranged at a distance in an electrically insulated manner, the target at least partially is formed from a grid formed from source material. The term "grid" should be used in the context of The invention also covers lattice-like embodiments, e.g. wire meshes, perforated sheets or by stretching or punching 'perforated materials.

Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, dass das durch das energieintensive Plasma im Inneren des Targetzylinders abgestäubte Quellenmaterial durch die aus Gitter geformten Teile des Targets seitlich, also radial aus diesem austreten kann. Durch die Anordnung des Substrates derart, dass die zu beschichtende Fläche gegenüber den Gitterteilen des Targets befindlich istThis makes it possible for this to happen due to the energy-intensive plasma inside the target cylinder Dusted source material laterally, i.e. radially, through the parts of the target formed from the grid can exit from this. By arranging the substrate in such a way that the surface to be coated is located opposite the grid parts of the target

können die im Targetinneren abgestäubten Partikel im wesentlichen radial aus dem Target austretend auf der zu beschichtenden Substratfläche auftreffen.the particles sputtered inside the target can be strike the substrate surface to be coated essentially radially emerging from the target.

Gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gitter ein Streckmaterial aus Quellenmaterial darstellt. Dabei kann das Target bzw. der Targetzylinder in seiner Gänze aus Gitter geformt sein. Alternativ kann das Target aber auch eine Kombination von gegebenenfalls gestrecktem • Gitter und vollem Material darstellen. Hierdurch können, je nach Erfordernis, beispielsweise die gesamte Mantelfläche oder nur Teilbereiche des Substrates gleichmässig entsprechend der Art des (Streck-)-Gitter-Einsatzteils beschichtet werden.According to a further development of the concept of the invention it is particularly advantageous if the grid is an expanded material made from source material. It can Target or the target cylinder be formed in its entirety from a grid. Alternatively, the target can also represent a combination of stretched grids, if applicable, and solid material. This allows depending on requirements, for example the entire surface area or only partial areas of the substrate evenly according to the type of (stretched) grid insert be coated.

Gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist es, je nach Anwendungsfall, von Vorteil, dass das Target aus einem Metallprofil besteht, in dessen Mantel Öffnungen vorgesehen sind, die mit (Streck-)Gitter ausgekleidet sind. Dabei kann das Metallprofil eine im Handel erhältliche Halbzeugform sein, wie beispielsweise ein U-Rohr oder sternförmiges Profil. Diese Profile sind an ihren Öffnungen mit Gitter verkleidet, so dass beim Anlegen einer negativen Spannung eine Hohlentladung stabilisiert wird.According to a further development of the concept of the invention Depending on the application, it is advantageous that the target consists of a metal profile in its jacket Openings are provided which are lined with (expanded) mesh. The metal profile can be an im Be commercially available semi-finished products, such as a U-tube or star-shaped profile. These profiles are clad with grids at their openings, so that a hollow discharge occurs when a negative voltage is applied is stabilized.

Das Target kann im wesentlichen aus nur einem Zylinder bestehen oder aber aus zwei im wesentlichen konzentrisehen, zylinderförmigen Targetteilen zusammengesetzt sein·The target can essentially consist of just one cylinder or two essentially concentric cylinders, Cylindrical Target parts assembled be·

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Durch die sich ausbildende Energiedichte des Plasmas werden die Targets bis zu Glühtemperaturen aufgeheizt. Die daraus resultierende Strahlungswärme kann zu einer unerwünscht starken Aufwärmung der in unmittelbarer Nähe befindlichen Substrate führen. Diese Aufwärmung kann erfindungsgemäss dadurch gesteuert werden, dass die Targets und die Substrate bzw. die zu beschichtende Substratoberfläche je nach Anforderung in einem optimalen Abstand zueinander angeordnet werden können. ^; Je nach geometrischer Anordnung von Target und Substrat bzw. Substrataufnahme oder -auflage können so Beschichtungen über breite Temperaturbereiche, insbesondere aber von 200⁰C bis zur Glühtemperatur des Substrates, durchgeführt werden.Due to the energy density of the plasma, the targets are heated up to annealing temperatures. The resulting radiant heat can lead to an undesirably strong warming of the substrates located in the immediate vicinity. According to the invention, this heating can be controlled in that the targets and the substrates or the substrate surface to be coated can be arranged at an optimal distance from one another, depending on the requirement. ^; Depending on the geometric arrangement of the target and the substrate or substrate support or can -auflage as coatings over wide temperature ranges, but in particular from 200 ⁰ C to the annealing temperature of the substrate, are carried out.

Substrate aus wenig temperaturempfindlichen Materialien, wie Keramik, Glas oder Hartmetallen, die für optimale Beschichtung höhere Temperaturen benötigen, können unter elektrischer Isolierung gegenüber dem Target gegebenenfalls zusätzlich mit einer Bias-Spannung beaufschlagt, in das Innere eines Target eingebaut werden. Dies ist insbesondere für nichtleitende Materialien, z.B. Glas od'er Keramik, von Vorteil. Bei diesen wird trotz der Anordnung des Substrates im Plasma eine positive Aufladung der Oberfläche, hervorgerufen durch Ionenbeschuss, vermieden. Positive Aufladungen führen allgemein zum Stillstand des Schichtenwachstums und zur Verringerung der Schichtenqualität. Substrates made of less temperature-sensitive materials, such as ceramics, glass or hard metals, which require higher temperatures for optimal coating, can optionally additionally with a bias voltage with electrical isolation from the target applied to be built into the interior of a target. This is especially true for non-conductive Materials, e.g. glass or ceramics, are an advantage. In these, despite the arrangement of the substrate in Plasma avoids a positive charge on the surface, caused by ion bombardment. Positive charges generally lead to a standstill in the growth of layers and to a reduction in the quality of the layers.

Metalle, bei denen, z.B. wegen einer vorhergehenden Wärmebehandlung, eine tiefe BeschichtungstemperaturMetals which, e.g. because of previous heat treatment, have a low coating temperature

angezeigt ist, wie z.B. Aluminiumlegierungen, Stähle, aber auch verchromte Teile, lassen sich vorteilhaft im Abstand ausserhalb der Targets bzw. der reaktiven Plasmazone beschichten. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist es hier möglich, Targets, z.B. aus einem Zylinder mit Ausnehmungen, die mit Streckmaterialgitter verkleidet wurden, um die Substrate entsprechend ausgerichtet anzuordnen. Alternativ können die Substrate im Inneren von Doppe.ltargets befindlich sein, die mit Vorteil zwei konzentrisch ineinander gestellte Zylinder aus Streckmaterial darstellen, da bei letzteren das Plasma zwischen den beiden konzentrischen Targetteilen gebildet wird, so dass in der Mitte dieser Doppeltargets ein plasmafreier Raum vorhanden ist. Dabei können beide Teile des Doppeltargets aus Gitter bestehen.is indicated, such as aluminum alloys, steels, but also chrome-plated parts can be advantageously located at a distance outside the target or the reactive Coat the plasma zone. According to one embodiment of In accordance with the invention, it is possible here to produce targets, e.g. from a cylinder with recesses, which are made with expanded material grids were clad in order to align the substrates accordingly. Alternatively, the substrates be located inside Doppe.ltargets, which are advantageously two concentrically nested Represent cylinders made of expanded material, since in the latter case the plasma is between the two concentric target parts is formed so that there is a plasma-free space in the middle of these double targets. Included Both parts of the double target can consist of a grid.

In alternativer Weise kann aber auch das äussere Targetteil ein im wesentlichen volles Metallrohr mit Ausnehmungen im Mantel sein, wobei das innere Targetteil aus Gitter geformt ist. Im letzteren Fall kann das innere Targetteil einen vollständig aus Streckmaterial gebildeten Zylinder darstellen oder aber aus Streckmaterialstreifen bestehen, die im Abstand konzentrisch an der vollen Wandung des äusseren Targetteils angebracht sind.Alternatively, however, the outer target part be a substantially full metal tube with recesses in the jacket, the inner target part is formed from lattice. In the latter case, the inner target part can be made entirely of expanded material represent formed cylinder or from expanded material strips exist, which are attached concentrically at a distance on the full wall of the outer part of the target are.

Bei dieser Anordnung des Substrates ausserhalb der reaktiven Plasmazone des Targets ist es auch möglich, 30- dem Plasma positiv geladene Reaktionsprodukte durch das Anlegen einer negativen Bias-Spannung (vorteilhaft im Bereich von 10 V bis zur Targetspannung) an das,With this arrangement of the substrate outside the reactive plasma zone of the target, it is also possible 30- reaction products positively charged in the plasma by applying a negative bias voltage (advantageous in the range of 10 V up to the target voltage) to the,

gegen die Zerstäubungsvorrichtung isolierte Substrat zu entziehen und diese in Richtung Substratoberfläche zu beschleunigen.to withdraw from the sputtering device isolated substrate and this in the direction of the substrate surface to accelerate.

Es ist von besonderem Vorteil, dass die Targets entsprechend der äusseren Form des Substrates bzw. der Form der zu beschichtenden Flächen des Substrates ausgebildet bzw. angeordnet sein können. So kann das Target gerade, gebogen oder abgewinkelt ausgebildet sein, je nachdem, ob die zu beschichtende Substratfläche eine gerade, gebogene oder abgewinkelte Fläche ist. Je nach Form und Grosse der Substrate können ein oder mehrere Targets senkrecht, gebogen oder waagerecht angeordnet werden. Dabei können um ein einzelnes Substrat herum mehrere Targets angeordnet sein. Es können aber auch um ein Target mehrere Substrate angeordnet werden, wobei dann das Target aber auch in Richtung eines jeden Substrates eine entsprechende, gitterbespannte Öffnung aufweisen sollte.It is of particular advantage that the targets correspond to the external shape of the substrate or the Shape of the surfaces to be coated of the substrate can be formed or arranged. So can the target straight, curved or angled, depending on whether the substrate surface to be coated is a straight, curved, or angled surface. Depending on the shape and size of the substrates, one or several targets can be arranged vertically, bent or horizontally. This can be done around a single substrate be arranged around several targets. However, several substrates can also be arranged around a target be, but then the target also in the direction of each substrate a corresponding, lattice-covered Should have opening.

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Die Targets können als ortsfeste Kathode ausgebildet sein. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Targets aber auch auf einer kathodisch geschalteten Grundplatte, z.B. mittels geeigneter Standfüsse, frei beweglich angeordnet sein. Die ortsfesten Targets können auch zusätzlich um ihre Längsachse rotierbar ausgebildet sein, um beispielsweise bei Ausbildung von nur einem axialen Fenster in der Mantelfläche trotzdem eine gleichförmige Beschichtung einer Innenfläche eines Zylinders zu gestatten.The targets can be designed as a fixed cathode. According to a particularly preferred embodiment According to the invention, however, the targets can also be placed on a cathodically connected base plate, e.g. by means of suitable Stand feet, be arranged freely movable. The stationary targets can also be added to their Longitudinal axis can be designed to be rotatable, for example in the formation of only one axial window in nevertheless to allow the jacket surface to be coated uniformly on an inner surface of a cylinder.

Im Falle- der auf der Grundplatte frei beweglich ausgebildeten Targets ist die Möglichkeit gegeben, diese Targets nach Belieben bzw. nach Bedarf um ein Substrat herum zu gruppieren, wobei dann der Abstand der einzelnen Targets zu der Substratfläche wie auch die Abstände der Targets zueinander zum Zwecke der Erzielung unterschiedlicher Beschichtungsarten oder -dichten variiert werden können.In the case of those designed to be freely movable on the base plate Targets The possibility is given to these targets as desired or as required around a substrate to group around, in which case the distance between the individual targets and the substrate surface as well as the distances of the targets to one another for the purpose of achieving different types or densities of coatings can be varied.

Die frei bewegliche Anordnung der Targets ergibt besondere Vorteile bei der Beschichtung grosser Substratflächen, wie auch der Beschichtung einer grossen Anzahl kleiner Teile, da die Targets so angeordnet werden können, dass stets gleiche Abstände Substrat/-Target vorliegen, was eine für eine gleichmässige Schlchtqualität notwendige Voraussetzung darstellt.The freely movable arrangement of the targets results in particular advantages when coating large substrate areas, as well as the coating of a large number of small parts, since the targets are arranged in this way can be that there are always the same distances substrate / target, what a uniform Bad quality is a necessary requirement.

Die Kathode bzw. das Target selbst befindet sich in einem Rezipienten, der im allgemeinen anodisch geschaltet ist, in den wahlweise inerte oder reaktive Gase, wie Argon, Stickstoff oder Viasserstoff, Methan, Acetylen und Sauerstoff eingeführt werden können. Dies ermöglicht in Verbindung mit den Targetmaterialien aus Quellenmaterial, insbesondere Titan, Niob, Tantal, Edelmetallen, wie Pt, Pd, etc., aber auch Chrom, Vanadin und Molybdän, sowie Legierungen und Verbindungen, gegebenenfalls in Kombination, eine Vielzahl von Beschichtungsmöglichkeiten, auf die im weiteren noch eingegangen werden soll.The cathode or the target itself is located in a recipient, which is generally connected anodically is, in the optionally inert or reactive gases, such as argon, nitrogen or hydrogen, methane, Acetylene and oxygen can be introduced. This allows in conjunction with the target materials Source material, in particular titanium, niobium, tantalum, precious metals such as Pt, Pd, etc., but also chromium, vanadium and molybdenum, as well as alloys and compounds, possibly in combination, a variety of coating options, which will be discussed further below.

Darüber hinaus wirkt die im Vergleich zur Targetoberfläche grosse Rezipientenoberflache als ausreichendeIn addition, the large recipient surface compared to the target surface acts as sufficient

Gitterfläche um die durch eventuell der Beschichtung vorgeschaltete Glimmentladungsprozesse, wie Reinigen oder Nitrieren der Substratoberfläche, eintretende Verschmutzung des Targets zu verhindern. So können Prozesse, wie Reinigung der Substrate durch Absputtern oder Glimmnitrieren mit einer Beschichtung kombiniert werden, ohne dass der Rezipient geöffnet werden muss.Lattice area around the glow discharge processes, such as cleaning, that may be upstream of the coating or nitriding of the substrate surface to prevent contamination of the target. So can Processes such as cleaning the substrates by sputtering or glow nitriding combined with a coating without having to open the recipient.

Die Aufgabe wird auch durch die Schaffung eines Ver- ^: fahrens der im Oberbegriff des Anspruches 27 beschriebenen Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein zylindrisches Target verwendet wird, welches zumindest teilweise aus gitterförmigem Material (Streckmaterial) geformt ist, wobei im Target ein Plasma hoher Energie gebildet wird. Dabei wird das Targetmaterial (Quellenmaterial) im wesentlichen an der Innen-Mantelflache zerstäubt und auf dem entsprechend angeordneten Substrat abgesetzt.The object is also achieved by the creation of a ^comparison: dissolved proceedings of the type described in the preamble of claim 27, which is characterized in that a cylindrical target is used as a minimum which is at least partially formed of grid-like material (expanded material), wherein in the target a high energy plasma is formed. The target material (source material) is essentially atomized on the inner jacket surface and deposited on the correspondingly arranged substrate.

Dabei ist von besonderem Vorteil, dass das zerstäubte Quellenmaterial im wesentlichen radial durch die Gitterteile des Targets austritt und somit gezielt auf bestimmte Substratflächen'gelangen kann.It is particularly advantageous that the atomized source material passes essentially radially through the grid parts of the target emerges and thus can reach specific substrate surfaces in a targeted manner.

Durch die besondere Form der verwendeten erfindungsgemässen Targets ist die Möglichkeit gegeben, bei einem vorgegebenen Gasdruck im Bereich von 0,01 bis 5 Torr unter Anlegen einer negativen Gleichspannung von 200 bis 10.000 V die stromstarke Glimmentladung (Rohlkathode) auch über grössere Längen zu stabilisieren, wobei die durch das energieintensive Plasma abgestäubten Metalle oder Metallverbindungen seitlich, also im wesentlichen radial, abgegeben werden können.Due to the special shape of the inventive Targets is given the possibility at a given gas pressure in the range from 0.01 to 5 Torr the high-current glow discharge (raw cathode) when a negative direct voltage of 200 to 10,000 V is applied to stabilize even over greater lengths, with the sputtered by the energy-intensive plasma Metals or metal compounds can be given off laterally, that is to say essentially radially.

Um eine besonders gute Beschichtungswirkung zu erzielen, kann es, je nach Anwendungsfall, von besonderem Vorteil sein, dass während des Beschichtungsprozesses entweder das Target gedreht und das Substrat unbewegt gehalten wird oder das Target unbewegt gehalten wird, während das Substrat gedreht wird oder schliesslich Target und Substrat entweder unbewegt gehalten oder beide gedreht werden.In order to achieve a particularly good coating effect, it can, depending on the application, be particularly useful The advantage is that either the target is rotated and the substrate is stationary during the coating process is held or the target is kept immobile while the substrate is rotated or finally The target and substrate are either kept stationary or both are rotated.

Gemäss einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens können alle' Targets bzw. Targetteile aus dem gleichen Quellenmaterial bestehen. Alternativ können die Targets bzw. Targetteile aber auch aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein. Hierdurch kann entweder eine Beschichtung aus einheitlichem Material, z.B. einem einzigen Metall, oder aber eine Mischkristallbeschichtung erzielt werden. Die unterschiedliche Quellenmaterialien enthaltenden Targets oder Targetteile können dabei derartig angeordnet sein, dass Legierungen oder Verbindungen der verschiedenen verwendeten Materialien als Beschichtung abgeschieden werden. Auch können die unterschiedliches Quellenmaterial enthaltenden Targets oder' Targetteile 'derartig angeordnet sein, dass auf dem Substrat an vorgewählten Stellen von dessen Oberfläche unterschiedliche Materialien aufgetragen werden.According to a further development of the concept of the invention all targets or target parts can consist of the same source material. Alternatively, the targets or target parts can also be composed of different materials. This can either a coating of uniform material, e.g. a single metal, or a mixed crystal coating be achieved. The targets or target parts containing different source materials can be arranged in such a way that alloys or compounds of the various used Materials are deposited as a coating. The different source material can also be used containing targets or 'target parts' arranged in such a way be that on the substrate at preselected locations from its surface different materials be applied.

Durch die frei bewegliche Anordnung von aus unterschiedlichen Materialien gefertigten Targets in unterschiedlichen Abständen zu dem Substrat bzw. der Targets zueinander ist die Möglichkeit gegeben, dass die Beschichtung auf dem Substrat sowohl von unterschiedlicher Stärke als auch unterschiedlicher zusammensetzung se*in kann.Due to the freely movable arrangement of targets made of different materials in different Distances to the substrate or the targets to one another is given the possibility that the Coating on the substrate both of different thickness and of different composition can be.

Die Vorrichtung und das Verfahren können erfindungsgemäss zur Beschichtung bzw. Teilbeschichtung eines breiten Spektrums von Substraten mit z.B. verschleissfesten oder aber auch dekorativen Schichten eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist dabei der Einsatz von Targets aus Titan, so dass sich gegebenenfalls unt.er Zuführung reaktiver Gase Abscheidungen aus Titanmetall, aber auch TiN, TiC oder Gemischen hiervon erreichen lassen. Dies ist für metallische Substrate, ^: According to the invention, the device and the method can be used for coating or partially coating a broad spectrum of substrates with, for example, wear-resistant or else decorative layers. The use of targets made of titanium is particularly preferred, so that deposits made of titanium metal, but also TiN, TiC or mixtures thereof, can be achieved with the addition of reactive gases, if necessary. This is for metallic substrates ^:

insbesondere Werkzeuge, wie Schneide- und Fräswerkzeuge, aber auch nichtmetallische Substrate, wie Uhrenoder Saphirgläser im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt. Für bestimmte Anwendungsfälle kann auch zunächst eine reine Metallschicht, z.B. aus Titan, und darauf eine Hartstoffschicht aus TiN und/oder TiC aufgesputtert werden. Diese sind als Verschleissschutzschichten auf Bohrern, Sägeblättern, Fräswerkzeugen und dergleichen brauchbar. Dabei kann auch eine Innenbeschichtung von Hohlteilen, wie Zylindern, Rohren, etc., mit Verschleissschutzschichten erreicht werden.in particular tools such as cutting and milling tools, but also non-metallic substrates, such as watch or sapphire glasses, particularly within the scope of the invention preferred. For certain use cases, initially a pure metal layer, e.g. made of titanium, and a hard material layer made of TiN and / or TiC sputtered onto it will. These are used as wear protection layers on drills, saw blades and milling tools and the like useful. An inner coating of hollow parts such as cylinders, pipes, etc., can be achieved with wear protection layers.

Des weiteren finden die Vorrichtung und das Verfahren erfindungsgemäss Anwendung zur Beschichtung von nichtmetallischen Substraten mit Metallen bzw. Verbindungen hiervon, wobei im letzteren Fall zusätzlich reaktive Gase eingeleitet werden. So können Keramik, Glas, metallisierter temperaturstabiler Kunststoff, etc., beschichtet werden.The device and the method are also used according to the invention for coating non-metallic materials Substrates with metals or compounds thereof, in the latter case additionally reactive Gases are introduced. Ceramic, glass, metallized, temperature-stable plastic, etc., can be coated will.

Vielfach werden im Rahmen der Erfindung auch nur Schichten, z.B. aus TiN oder TiC, auf Substrate, wie Uhrgläser, Uhrenschalen aus Edelstahl, KarosserieteileIn many cases, within the scope of the invention, only layers, e.g. made of TiN or TiC, are applied to substrates such as Watch glasses, watch shells made of stainless steel, body parts

aus Aluminiumguss, etc., aus Gründen der Dekoration oder des Korrosionsschutzes aufgestäubt. Ein weiteres Beispiel betrifft die Abscheidung von Metallschichten auf Keramiksubstraten zu Katalysatorzwecken (z.B. dünne Cu-Schichten), etc..made of cast aluminum, etc., for decoration reasons or the anti-corrosion protection. Another example relates to the deposition of metal layers on ceramic substrates for catalyst purposes (e.g. thin Cu layers), etc ..

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: 10The invention is explained below using particularly preferred exemplary embodiments with reference to FIG Drawing described in more detail. It show: 10

Fig. 1 eine Ansicht auf ein erfindungsgemässes Target in erster Ausführung,Fig. 1 is a view of a target according to the invention in the first embodiment,

Fig. 2 einen Schnitt H-II aus Fig. 1, 152 shows a section H-II from FIGS. 1, 15

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 2, jedoch eine andere Halbzeugform zeigend,3 shows a section similar to FIG. 2, but showing a different semi-finished product shape,

Fig. 4 ein Target in zweiter Ausführung, 204 shows a target in a second embodiment, 20

Fig. 5 einen Schnitt V-V aus Fig. 4,Fig. 5 shows a section V-V from Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 5, eineFig. 6 is a section similar to Fig. 5, a

andere Halbzeugf orm zeigend, 25showing other semi-finished products, 25

Fig. 7 eine Anordnung zweier Targets in gebogenerFig. 7 shows an arrangement of two targets in a curved

Ausführung,Execution,

Fig. 8 eine senkrechte Anordnung von drei Targets 30. auf einer Grundplatte,8 shows a vertical arrangement of three targets 30. on a base plate,

Fig. 9 eine waagerechte Anordnung von zwei Targets auf einer Grundplatte,9 shows a horizontal arrangement of two targets on a base plate,

Fig. 10 ein Doppeltarget in erster Ausführung mit streifenförmigem Innenteil,10 shows a double target in a first embodiment with a strip-shaped inner part,

Fig. 11 einen radialen Schnitt durch ein Target nach Fig. 10,11 shows a radial section through a target according to FIG. 10,

Fig. 12 ein Doppeltarget in zweiter Ausführung mit12 shows a double target in a second embodiment with

Zylinderteilen aus Streckmaterial-Gitter,Cylinder parts made of expanded material grids,

Fig. 13 einen radialen Schnitt durch ein Target nach13 shows a radial section through a target

Fig. 12, 15Figures 12, 15

Fig. 14 ein Target, bestehend aus einem einzigen Zylinder aus Streckmaterial-Gitter,14 shows a target consisting of a single cylinder made of an expanded material grid,

Fig. 15 einen radialen Schnitt-durch ein Target nach Fig. 14,15 shows a radial section through a target Fig. 14,

Fig. 16 ein Doppeltarget in dritter Ausführung, mit einem Innenzylinder aus Streckmaterial-Gitter, und, 2516 shows a double target in a third embodiment, with an inner cylinder made of an expanded material grid, and, 25

Fig. 17 einen radialen Schnitt durch ein Target nach Fig. 16.FIG. 17 shows a radial section through a target according to FIG. 16.

Fig. 18 eine Ansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung 18 shows a view of a device according to the invention

Das in Fig. 1 dargestellte Target 1 stellt ein gerades Target dar, welches im wesentlichen aus einem aus - Quellenmaterial geformten Halbzeugkörper 2 und einem an dessen Unterseite angebrachten Sockel 3 besteht. über diesen Sockel 3 ist das Target auf einer Unterlage/ z.B. einer Grundplatte, aufsetzbar. Der Körper 2 weist in seiner Mantelfläche mindestens eine durchgehende Ausnehmung 4 auf, welche mit einem ebenfalls aus Quellenmaterial geformten (Streck-)Gitter derart ausgekleidet ist, dass Körper 2 und Gitter 5 im Querschnitt gesehen ein geschlossenes Profil bilden.The target 1 shown in Fig. 1 represents a straight target, which consists essentially of a - Source material formed semifinished body 2 and a base 3 attached to its underside. The target can be placed on a base / e.g. a base plate via this base 3. The body 2 has in its outer surface at least one continuous recess 4, which is also made with a Source material shaped (expanded) grid is lined such that body 2 and grid 5 in cross section seen form a closed profile.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, kann der Körper 2 ein rohrförmiges Profil 6 sein, in dessen Ausnehmung 4 ein Gitter 5 mit einer dem Rohr 6 entsprechenden Rundung angebracht ist. Das sich im Targetinneren aufbauende Plasma füllt im wesentlichen das ganze zylinderförmige Innere aus.As can be seen from Fig. 2, the body 2 can be a tubular profile 6, in the recess 4 a Grille 5 is attached with a rounding corresponding to the tube 6. The one building up inside the target Plasma essentially fills the entire cylindrical shape Inside out.

Wie Fig. 3 zeigt, kann der Körper des Targets ein U-förmiges Profil 7 darstellen, wobei das Gitter 5 die offene Seite des Profils 7 abschliesst.As FIG. 3 shows, the body of the target can represent a U-shaped profile 7, the grid 5 being the the open side of the profile 7 closes.

Wie die Fig. 4 bis 6 zeigen, kann in zweiter Ausführungsform ein Target 8 aus einem im wesentlichen zylindrischen Sockel 3 bestehen, auf dem ein sternförmiger Körper 9, 10 mit einem im wesentlichen zylindrischen Gitter 11 derart umschlossen ist, dass separate, in axialer Richtung laufende Kammern 12 gebildet werden. In der in Fig. 5 dargestellten Ausbildungsform weist der Körper 9 aus einem mittigen Kern heraustretend vier Enden auf, während in dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem mittigen KernAs FIGS. 4 to 6 show, in the second embodiment, a target 8 can consist of a substantially cylindrical Base 3 exist on which a star-shaped body 9, 10 with a substantially cylindrical Grid 11 is enclosed in such a way that separate chambers 12 running in the axial direction are formed. In the embodiment shown in FIG. 5, the body 9 protrudes from a central core four ends, while in the embodiment shown in Fig. 6 from a central core

nur drei speichenförmige Enden hervorstehen. In beiden Ausführungsformen wird das Plasma in den jeweiligen Kammern 12 zwischen dem Gitterteil 11 und dem Körper bzw. 10 in den vier bzw. drei Kammern 12 ausgebildet. Die Targets nach Fig. 4 bis 6 werden insbesondere zur Innenbeschichtung von zylindrischen Substraten 13 benützt, welche, wie in Fig. 4 dargestellt, das Target in diesem Fall konzentrisch umgeben.only three spoke-shaped ends protrude. In both embodiments, the plasma is in the respective Chambers 12 formed between the grid part 11 and the body or 10 in the four or three chambers 12. The targets according to FIGS. 4 to 6 are used in particular for the internal coating of cylindrical substrates 13, which, as shown in Fig. 4, surround the target concentrically in this case.

In Fig. 7 sind gebogene Targets 14 dargestellt, welche der Form eines nicht dargestellten Substrates angepasst sind. Sie sind in dieser Ausführung zueinanderweisend auf einer Grundplatte 15 angeordnet. Das durch die mit Gitter bespannten Ausnehmungen 4 hindurchtretende, abgestäubte Material wird somit gleichförmig auf dem Substrat auftreffen.In FIG. 7, curved targets 14 are shown which are adapted to the shape of a substrate (not shown) are. In this embodiment, they are arranged on a base plate 15 facing one another. That through the sputtered material which passes through the recesses 4 covered with grids is thus uniform hit the substrate.

Fig. 8 zeigt eine senkrechte Anordnung von Targets 1 auf einer Grundplatte 15. Dabei sind die Targets mit ihren Ausnehmungen 4 im wesentlichen symmetrisch zu einem nichtdargestellten Substrat hin ausgerichtet angeordnet. Fig. 8 shows a vertical arrangement of targets 1 on a base plate 15. The targets are with their recesses 4 are arranged aligned essentially symmetrically to a substrate, not shown.

In Fig. 9 sind zwei waagerechte Tar.gets'16 auf der Grundplatte 15 derart angeordnet, dass sie zu der Grundplatte als auch zueinander parallel ausgerichtet sind. Diese Ausbildungsform wird, wie bereits vorbeschrieben, zur Beschichtung grösserer, ebener Substrate oder mehrerer kleiner Substrate in Abwechslung Target-Substrat-Target-Substrat-Target, angewendet.In Fig. 9, two horizontal Tar.gets'16 are arranged on the base plate 15 in such a way that they belong to the Base plate and are aligned parallel to each other. As already described above, this form of training is for coating larger, flat substrates or several small substrates alternating target-substrate-target-substrate-target, applied.

Die in Fig. 10 bis 17 dargestellten Ausführungsformen des Target dienen insbesondere zur Beschichtung der Aussenfläche von Substraten. In Fig. 10 und 11 ist ein Doppeltarget 17 dargestellt, dessen rohrförmiger Körper 3 gleichmässig angeordnete axiale Ausnehmungen 4 in seiner Mantelfläche aufweist. Im Inneren des Körpers 2 sind gleichmässig von diesem beabstandet jeweils auf Höhe des vollen Teiles des Körpers 2 Gitterst'reifen derart angeordnet, dass zwischen diesen Git-. terstreifen 18 und den jeweiligen vollen Körperteilen 4 eine Entladungskammer 12, in welcher sich das Plasma jeweils aufbaut, gebildet werden. Das zu beschichtende Substrat 13 wird im wesentlichen mittig in dem Doppeltarget 17 angeordnet, so dass es zwar ausserhalb der Plasmakammern 12 steht, jedoch durch die durch die Gitterstreifen 18 austretenden zerstäubten Metallteile beschichtet wird.The embodiments shown in Figs of the target are used in particular to coat the outer surface of substrates. In Figs. 10 and 11 is a Double target 17 is shown, the tubular body 3 of which has uniformly arranged axial recesses 4 having in its lateral surface. Inside the body 2 are equally spaced therefrom at the level of the full part of the body 2 grid strips arranged in such a way that between these grid. terstiffen 18 and the respective full body parts 4 a discharge chamber 12, in which the plasma each builds up, are formed. The substrate 13 to be coated is essentially centered in the double target 17 arranged so that it is outside the plasma chambers 12, but through the Grid strips 18 emerging atomized metal parts is coated.

Das in Fig. 12 und 13 dargestellte Doppeltarget 19 besteht aus zwei konzentrisch angeordneten Zylindern,The double target 19 shown in FIGS. 12 and 13 consists of two concentrically arranged cylinders,

die beide voll aus Streckmaterialgitter geformt sind. • Die Entladungskammer 12 stellt in diesem Falle eine , ringförmige Kammer dar, in der sich das Plasma aufbaut. Diese Art von Ta,rget kann sowohl zur Innen- als auch zur Aussenbeschichtung oder gleichzeitig zur Innenbeschichtung eines Substrates und zur Aussenbeschichtung eines zweiten Substrates dienen.both of which are fully formed from expanded material mesh. • The discharge chamber 12 is in this case , ring-shaped chamber in which the plasma builds up. This type of Ta, rget can be used for both indoor and outdoor use also for external coating or at the same time for internal coating of a substrate and for external coating serve as a second substrate.

Das in Fig. 14 und 15 dargestellte Target 20 besteht lediglich aus einem aus Streckmaterial geformten Zylinder. In diesem Target wird sich die Entladung über das gesamte Innere ausdehnen, so dass ein insThe target 20 shown in Figs. 14 and 15 is made only from a cylinder formed from expanded material. The discharge will be in this target extend over the entire interior so that an ins

Innere eingebrachtes Substrat voll im Plasma zu stehen kommt. Das Target 20 kann aber auch zur innenbeschichtung eines zylindrischen Substrates oder zur Innen- und Aussenbeschichtung von Substraten verwendet werden.Inner introduced substrate comes to stand completely in the plasma. The target 20 can, however, also be used for internal coating a cylindrical substrate or for the inner and outer coating of substrates.

Schliesslich zeigen Fig. 16 und 17 ein Doppeltarget 21, in dessen vollem Körper 2 vier Ausnehmungen 4 vorgesehen sind. Im Inneren dieses Körpers 2 ist ein Streckmaterialzylinder 22 konzentrisch angeordnet. Die Entladung wird in diesem Falle ebenfalls in mehreren Abschnitten erfolgen; diese finden jeweils zwischen den vollen Wandabschnitten 23 des Körpers 2 und den diesen Abschnitten 23 gegenüberstehenden Teilen des Streckmaterialzylinders 22 statt. Damit sind vier abgeschlossene Entladungskammern vorhanden. Das sich bildende Plasma wird auch bei dieser Ausbildungsform nicht im Inneren des Streckmaterialzylinders 22 aufgebaut, so dass auch temperaturempfindlichere Substrate ' in das Targetinnere zum Beschichten eingeführt werden können.Finally, FIGS. 16 and 17 show a double target 21, in the full body 2 of which four recesses 4 are provided are. In the interior of this body 2, an expanded material cylinder 22 is arranged concentrically. the In this case, the discharge will also take place in several stages; these take place between the full wall sections 23 of the body 2 and the parts of the Expanded material cylinder 22 instead. This means that there are four closed discharge chambers. That I Even in this embodiment, the forming plasma is not built up in the interior of the expanded material cylinder 22, so that even more temperature-sensitive substrates' can be introduced into the target interior for coating.

In Fig. 18 ist eine erfindungsgemässe Vorrichtung dargestellt. In dem Rezipienten 31 befindet sich eine Grundplatte mit zerstäubenden Targets 35. Zwischen diesen befindet sich das Substrat 36, das gegenüber der Grundplatte 32 elektrisch isoliert ist. Die Isolierungen 37 ermöglichen auch gegebenenfalls die Anlegung einer Vorspannung an das Substrat 36. Durch die Gasein- und -auslasse 33 bzw. 34 können die Reaktions- und Trägergase zugeführt bzw. abgezogen werden.In Fig. 18 a device according to the invention is shown. In the recipient 31 there is a base plate with atomizing targets 35. Between This is where the substrate 36 is located, which is electrically insulated from the base plate 32. The isolations 37 also allow a bias voltage to be applied to the substrate 36, if necessary Gas inlets and outlets 33 and 34, the reaction and carrier gases can be supplied or withdrawn.

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Claims

BERNA AG OLTEN, OLTEN / SCHWEIZBERNA AG OLTEN, OLTEN / SWITZERLAND

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS

.Ij. Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mittels Glimmentladung, mit einem anodisch schaltbaren Rezipie.nten, Gaszu- und Ableitungen,' elektrischen Verbindungselementen, Abschirmungselementen, einer Aufnahme für mindestens ein Substrat (13) und mindestens einem aus Quellenmaterial geformten Target (1, 8, 14, 16, 17, 19, 20, 21), das als Kathode geschaltet wird, dadurch gekennzeichnet , dass mindestens ein Substrat (13) bzw. eine Substrataufnahme zu mindestens einem Target (1, 8, 14, 16, 17, 19, 20, 21) elektrisch isoliert im Abstand angeordnet ist, wobei .Ij. Device for coating substrates by means of glow discharge, with an anodically switchable recipient, gas supply and discharge lines, electrical connecting elements, shielding elements, a receptacle for at least one substrate (13) and at least one target (1, 8, 14, formed from source material, 16, 17, 19, 20, 21), which is connected as a cathode, characterized in that at least one substrate (13) or a substrate holder for at least one target (1, 8, 14, 16, 17, 19, 20, 21) is arranged electrically isolated at a distance, wherein

das Target zumindest teilweise aus_ einem aus Quelr lenmaterial gebildeten. Gitter (5) geformt ist.the target at least partially from a source lenmaterial formed. Grid (5) is shaped.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, dass das Gitter (5) ein Streckmaterial darstellt.2. Device according to claim 1, characterized in that that the grid (5) is an expanded material.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (1, 8, 14, 16, 17, ^: 3. Device according to claim 1, characterized in that the target (1, 8, 14, 16, ^17,:

19, 20, 21) im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.19, 20, 21) are essentially cylindrical is.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (1.9, 20) bzw. der Target-Zylinder in seiner Gänze als Gitter ausgeformt ist.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the target (1.9, 20) or the target cylinder is formed in its entirety as a grid is.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (1, 8, 17, 21) als Kombination von Streckmaterialgitter und vollem Material gebil de tist.5. Apparatus according to claim 3, characterized in that that the target (1, 8, 17, 21) as a combination of expanded material grid and solid material gebil de tist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (1, 8, 20) im wesentlichen aus nur einem Zylinder besteht.6. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the target (1, 8, 20) consists essentially of only one cylinder.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass das Target aus einem Metallprofil (Halbzeugform, wie U-, rohr-, sternförmigem Profil) besteht, in dessen Mantel Ausnehmungen (4) vorgesehen sind, die mit Gitter (5) ausgekleidet sind.7. Apparatus according to claim 6, characterized that the target is made of a metal profile (semi-finished shape, such as U-, tubular, star-shaped Profile), in the jacket of which recesses (4) are provided, which are lined with grille (5).

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (17, 19, 21) aus zwei im wesentlichen konzentrischen Targetteilen (Doppeltarget) besteht.8. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the target (17, 19, 21) consists of two essentially concentric target parts (Double target) exists.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η nz e i,.c h η e t , dass beide Targetteile aus Gitter bestehen.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that both target parts are made of a grid exist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet., dass das äussere Targetteil im wesentlichen ein volles Metallrohr mit Ausnehmungen (4) im Mantel ist und dass das innere Targetteil aus Gitter geformt ist.10. Apparatus according to claim 8, characterized., that the outer part of the target is essentially a full metal tube with recesses (4) is in the jacket and that the inner target part is formed from mesh.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g ekennzeichnet , dass das innere Targetteil einen Gitterzylinder darstellt.11. The device according to claim 10, characterized in that the inner target part represents a lattice cylinder.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g ekennzeichnet , .dass das innere Targetteil aus Gitterstreifen (18) besteht, welche im Abstand konzentrisch an der vollen Wandung des äusseren Targetteils angebracht sind.12. The device according to claim 10, characterized in g ,. That the inner target part consists of grid strips (18), which at a distance are attached concentrically to the full wall of the outer part of the target.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Targets entsprechend der äusseren Form des Substrates (13) bzw. der Form der zu beschichtenden Flächen des Substrates ausgebildet (gerade, gebogen, abgewinkelt) bzw. angeordnet sind.13. The device according to claim 1, characterized in that that the targets according to the outer shape of the substrate (13) or the shape of the to coating surfaces of the substrate are formed (straight, curved, angled) or arranged.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g ekennzeichnet , dass zur Beschichtung von grossen Flächen oder von mehreren nebeneinanderliegenden Substraten die Targets (16) waagerecht angeordnet sind.14. Apparatus according to claim 13, characterized in g e that for coating large areas or several adjacent ones Substrates, the targets (16) are arranged horizontally.

15. ,Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g ekennzeichnet , dass die Targets (1, 8, u.a.) im wesentlichen senkrecht angeordnet sind. ^: 15. Apparatus according to claim 13, characterized in that the targets (1, 8, etc.) are arranged essentially vertically. ^:

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Target unbeweglich auf einer Grundplatte (15) befestigt ist.16. The device according to claim 1, characterized that the target is fixed immovably on a base plate (15).

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Target ortsfest, jedoch um seine Längsachse rotierend auf einer Grundplatte .(15) befestigt ist.17. The device according to claim 1, characterized that the target is stationary, but rotating around its longitudinal axis on a base plate. (15) is attached.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Target frei beweglich mittels geeigneter Standfüsse auf einer kathodisch geschalteten Grundplatte (15) angeordnet ist.18. The device according to claim 1, characterized in that that the target can be moved freely by means of suitable feet on a cathodic switched base plate (15) is arranged.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat im Targetinneren im wesentlichen konzentrisch zu diesem angeordnet ist.19. The device according to claim 1, characterized in that that the substrate is arranged in the interior of the target essentially concentrically to this.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch g ekennzeichnet, dass das Substrat in der Plasmazone (12) des Targets angeordnet ist.20. The device according to claim 19, characterized in that the substrate in the Plasma zone (12) of the target is arranged.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch g ekennzeichnet , dass das Substrat ausserhalb der reaktiven Plasmazone (12) des Targets angeordnet ist.
521. The device according to claim 19, characterized in that the substrate is arranged outside the reactive plasma zone (12) of the target.
5

- 22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Substrat ausserhalb des Targets angeordnet ist.- 22. Device according to claim 1, characterized that the substrate is arranged outside the target.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch g ekennzeichnet , dass zur Beschichtung der Innenflächen eines Substrats das Target (8) innerhalb des Substrats (13) im wesentlichen konzentrisch zu diesem angeordnet ist.23. The device according to claim 22, characterized in that for coating the Inner surfaces of a substrate are essentially concentric with the target (8) within the substrate (13) this is arranged.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch g ekennze ichnet , dass das Substrat auf Abstand in seiner Gänze ausserhalb des Targets angeordnet ist.24. Apparatus according to claim 22, characterized in that it is identified The whole of the substrate is arranged at a distance outside the target is.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g ekennzeichnet, dass das Substrat elektrisch isolierend zu seiner Aufnahme bzw. Auflage angebracht ist.25. The device according to claim 1, characterized in that that the substrate is attached in an electrically insulating manner to its receptacle or support.

26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer Bias-Spannung beaufschlagt ist.26. The device according to claim 1, characterized in that that the substrate is subjected to a bias voltage.

27. Verfahren zur Beschichtung von Substraten unter Anwendung' einer Glimmentladung, unter Anwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet. ,27. A method for coating substrates using a glow discharge using a Device according to one or more of the preceding claims, characterized. ,

dass mindestens ein Target (1, 8, 14, 16, 17, 19, 20, 21) verwendet wird, welches zumindest teilweise aus gitterförmigem Material geformt ist, wobei im Target ein Plasma hoher Energie gebildet, das Targetmaterial (Quellenmaterial) im wesentlichen an der Innen-Mantelfläche zerstäubt und auf dem entsprechend angeordneten Substrat (13) abgesetzt wird.that at least one target (1, 8, 14, 16, 17, 19, 20, 21) is used, which is at least partially formed from lattice-shaped material, with the target a high-energy plasma is formed, the target material (source material) essentially on the inner lateral surface is atomized and deposited on the correspondingly arranged substrate (13).

28. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-; zeichnet, dass zur Bildung des energieintensiven Plasmas im Target ein Gasdruck von 0,01 bis 5 Torr und eine negative Gleichspannung von 200 bis 10.000 V aufrechterhalten werden.28. The method according to claim 1, characterized in that g e k e η η-; shows that for the formation of the energy-intensive plasma in the target, a gas pressure of 0.01 to 5 Torr and a negative DC voltage of 200-10,000 volts can be maintained.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das zerstäubte Quellenmaterial im wesentlichen radial durch die Gitterteile (5) des Targets austritt.29. The method according to claim 27, characterized in that that the atomized source material essentially radially through the grid parts (5) of the Targets emerges.

30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass wä.hrend dem Beschichtungsprozess das Target gedreht wird, während das Substrat unbewegt gehalten wird.30. The method according to claim 27, characterized in that that during the coating process the target is rotated while the substrate is kept motionless.

31. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass während dem Beschichtungsprozess das Target unbewegt gehalten wird, während das Substrat gedreht wird.31. The method according to claim 27, characterized that the target is kept stationary during the coating process, while the Substrate is rotated.

32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass während des Beschichtungsprozesses sowohl das Target als auch das Substrat unbewegt gehalten werden.32. The method according to claim 27, characterized in that that both the target and the substrate are kept immobile during the coating process.

33. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Targets bzw. Targetteile aus dem gleichen Quellenmaterial bestehen. 533. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that that all targets or target parts consist of the same source material. 5

34. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Targets bzw. die Targetteile aus unterschiedlichen Materialien bestehen.34. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that that the targets or the target parts consist of different materials.

35. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass die verschiedenartiges Quel-· lenmaterial enthaltenden Targets oder Targetteile derart angeordnet sind, dass Legierungen oder Verbindungen der. verschiedenen Materialien als Beschichtung entstehen. 35. The method according to claim 33, characterized that the different types of source material containing targets or target parts in such a way are arranged that alloys or compounds of the. different materials are created as a coating.

36. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass die verschiedenartiges Quellenmaterial enthaltenden Targets oder Targetteile derart angeordnet sind, dass auf dem Substrat an bestimmten Stellen seiner Oberfläche unterschiedliche Materialien aufgetragen herden.36. The method according to claim 33, characterized that the various types of source material containing targets or target parts are arranged such that on the substrate at certain points on its surface different Stoves applied to materials.

37. Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, zur Erzielung einer besonders reinen bzw. kompakten Beschichtung gegebenenfalls in Kombination mit an sich bekannten Vor- (Vorreinigung durch Absputtern) und Nachbehandlungsschritten (Kühlung), wobei in an sich bekannter Weise eine ümpolung des Substrates vorgenommen werden und entsprechende reaktive Gase zur Verwendung kommen können.37. Application of the device and the method according to one or more of the preceding claims for Achieving a particularly pure or compact coating, optionally in combination with per se known pre-cleaning (pre-cleaning by sputtering) and post-treatment steps (cooling), with in per se It is known to reverse the polarity of the substrate and use appropriate reactive gases can come.

♦ It U♦ It U

38. Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur (Teil-)Beschichtung von Werkzeugen.38. Application of the device and the method according to one or more of the preceding claims for (Partial) coating of tools.

39. Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur (Teil-)Beschichtung von nichtmetallischen Substraten (Keramik, Glas) .39. Application of the device and the method according to one or more of the preceding claims for (Partial) coating of non-metallic substrates (ceramic, glass).

40. Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche für die Innenbeschichtung von zylindrischen Teilen (Zylinder und Rohre) mit Hartstoff- oder metallischen Schichten.40. Application of the device and the method according to one or more of the preceding claims for the internal coating of cylindrical parts (cylinders and tubes) with hard or metallic materials Layers.