DE2264436A1

DE2264436A1 - PROCESS FOR DUSTING MATERIAL FROM TWO OUTPUT ELECTRODES ON A SUPPORT SURFACE

Info

Publication number: DE2264436A1
Application number: DE2264436*A
Authority: DE
Inventors: Alan Scardeburg Penfold; John Alexander Thornton
Original assignee: Telic Corp
Current assignee: Dart Industries Inc
Priority date: 1971-09-07
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1973-12-20
Also published as: DE2243708A1; IL40285A0; FR2152633A1; DE2264437A1; FR2168124A1; IL40285A; CH589940A5; FR2152633B1; US3884793A; GB1420061A; CA1006116A; GB1420062A; NL7211911A; FR2168124B1

Description

Oipl'hc.. ι ^:7^7··\Oipl'hc .. ι ^: 7 ^ 7 ·· \

19731973

"Verfahren zum Zerstäuben von Material von zwei Ausgangselektroden auf eine Trägerfläche" 2264436"Method of atomizing material from two output electrodes on a support surface "2264436

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektroden enthaltende Glimmentaldungsvorrichtungen und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung dieser Art zum Zerstäuben von Material sowie auf ein Verfahren zur Erzeugung derartiger Glimmentladungen·The present invention relates to corona deposition devices containing electrodes, and more particularly to an improved apparatus of this type for atomizing material and a method for producing such Glow discharges

Verschiedene mit Elektroden arbeitende Glimmentladungsvorrichtungen sind entwickelt und in der Praxis verwendet worden. Trotz ständiger Neuentwicklungen und Verbesserungen auf diesem Gebiet ergeben sich mit der von üblichen Anordnungen abweichenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verbesserte Ergebnisse insbesondere in Bezug auf Wirkungsgrad und Betriebssicherheit.Various electrode-operated glow discharge devices have been developed and put into practical use been. Despite constant new developments and improvements in this area, the usual arrangements result differing apparatus of the present invention improved results, particularly with respect to efficiency and operational safety.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders zum Niederschlagen bzw. Aufbringen dünner Schichten durch Kathodenzerstäubung. Die Erfindung schafft bei niedrigen Drucken arbeitende Gasentladungsvorrichtungen, die als Licht- und Strahlungsquellen wirken und Strahlung mit Elektronenübergängen in Gasen entsprechenden Wellenlängen liefern.The device according to the invention is particularly suitable for depositing or applying thin layers Cathodic sputtering. The invention creates gas discharge devices which operate at low pressures and which are used as light and radiation sources act and deliver radiation with electron transitions in gases of corresponding wavelengths.

Besonderer Bedarf besteht an Vorrichtungen und Verfahren, die es ermöglichen, eine intensive Glühentladung bei niedrigen Drucken von etwa 10 Torr oder weniger auf einer Aufprallfläche aufrecht zu erhalten. Es ist an sich bekannt, die Bewegung der ionisierenden Elektronen durch Magnetfelder zu steuern und durch eine getrennte Entladung die Erzeugung der ionisierenden Elektronen vom eigentlichen Zerstäubungsprozeß abzutrennen. Diese Vorrichtungen haben im wesentlichen ebene geometrische Formen, wobei sich nur schwer eine gleichmäßige Ionenverteilung und damit eine gleichmäßige Abscheidungsrate auf der gesamten Aufprallfläche herstellen lassen. Verbesserter Betrieb läßt sich bei zusätzlicher Verwendung von Magnetfeldern in Vorrichtungen mit einer zylindrischen Kathode erzielen, in denen die Kathodenachse den FeldlinienThere is a particular need for devices and methods which enable an intense glow discharge at low temperatures Printing about 10 Torr or less on an impact surface to maintain. It is known per se to control the movement of the ionizing electrons by means of magnetic fields and through a separate discharge the generation of the ionizing electrons from the actual sputtering process to separate. These devices have essentially planar geometric shapes, which are difficult to achieve uniform Allow ion distribution and thus a uniform deposition rate to be produced over the entire impact surface. Improved operation can be achieved with the additional use of magnetic fields in devices with a cylindrical Achieve cathode in which the cathode axis is the field lines

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parallel ist. Die Radialbewegung der Primärelektronen ist in diesem Fall bestimmten Einschränkungen unterworfen. Insbesondere können die Primärelektronen gezwungen werden, in der Nähe der Kathodenoberfläche zu bleiben, bis ein bedeutender Teil ihrer Energie in ionisierenden Zusammenstoßen mit dem Umgebungsgas verbraucht worden ist. Infolge der geometrischen Symmetrie wird gleichzeitig ein gleichmäßigerer Kathodenstrom in azimutaler Richtung erzielt. Die Zylinder-Außenfläche oder -Innenfläche kann als. Kathode verwendet werden. In beiden Fällen verlassen die Primärelektronen das Kathodengebiet in achsialer Richtung mit einem bedeutenden Teil ihrer Energie. Diese "Endverluste" werden besonders bedeutsam für den Betrieb bei verringerten Drucken und bei Verwendung von Kathoden mit zunehmendem Verhältnis von Kathodendurchmesser zu Kathodenlänge.is parallel. The radial movement of the primary electrons is in this case subject to certain restrictions. In particular the primary electrons can be forced to stay near the cathode surface until a significant one Part of their energy has been consumed in ionizing collisions with the ambient gas. As a result of the geometric Symmetry, a more uniform cathode current in the azimuthal direction is achieved at the same time. The outer surface of the cylinder or inner surface can be used as. Cathode can be used. In both cases the primary electrons leave that Cathode area in the axial direction with a significant part of its energy. These "terminal losses" become particularly significant for operation at reduced pressures and when using cathodes with an increasing ratio of cathode diameter to cathode length.

Neben den oben erwähnten Problemen ist es eine bekannte Tatsache in Plasmaphysik, daß bekannte Verfahren zur Gleichstrom-Zerstäubung leitender Materialien sich nicht im Falle elektrisch isolierender Materialien verwenden lassen, da die Ansammlung elektrischer Ladungen auf dem isolierenden Material den bombardierenden Ionenstrom auf für praktische Anwendungen unzulässig niedrige Werte begrenzt.In addition to the problems mentioned above, it is a known fact in plasma physics that known methods of direct current atomization conductive materials cannot be used in the case of electrically insulating materials, since the Accumulation of electrical charges on the insulating material causes the bombarding ion current for practical applications impermissibly low values limited.

Die beim Gleichstrom-Zerstäuben elektrisch isolierender Materialien auftretenden Schwierigkeiten konnten gewöhnlich durch Hochfrequenz-Zerstäubung überwunden werden, wobei eine elektrisch leitende Platte dicht hinter der zu beschichtenden dielektrischen Aufprallfläche aufgestellt wird. An diese leitende Platte wird ein hochfrequentes V/echselfeld (Frequenz einige Megahertz) angelegt. Ein Verschiebungsstrom fließt dann durch die isolierende Aufprallfläche und entfernt die dort angesammelte Ladung, sodaß die Zerstäubung mit der Ionenbombardierung ungehindert vor sich gehen können.Those that are electrically insulating during direct current atomization Difficulties encountered with materials have usually been overcome by high frequency sputtering, with a electrically conductive plate is placed close behind the dielectric impact surface to be coated. To this executive Plate becomes a high-frequency field (frequency a few megahertz). A displacement current then flows through the insulating impact surface and removes the charge accumulated there so that atomization with ion bombardment can proceed unhindered.

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In den meisten der an sich bekannten, mit Hochfrequenz betriebenen Zerstäubungsvorrichtungen ist die Aufprallfläche eben und zusätzliche Hochfrequenz- oder Gleichstrom-Entladungen oder äußere magnetische Felder werden nicht selten zur Steuerung der Entladung verwendet.In most of the nebulization devices which are known per se and which are operated with high frequency, the impact surface is even and additional high-frequency or direct current discharges or external magnetic fields are not infrequently used for control used for discharge.

Sämtliche bekannten HP-Systeme haben bestimmte Nachteile, die ihre Anwendung in Verbindung mit Glimmentladungen und Vorrichtungen zur Kathodenzerstäubung unzweckmäßig erscheinen lassen. Zu diesen Nachteilen gehören hohe Anschaffungskosten, komplizierter Aufbau, niedriger Wirkungsgrad, geringe Zerstäubungsleistung, Zerstäubung von dafür ungeeigneten Flächen aus, geringe nutzbare Beaufschlagungsfläche, hohe Betriebsspannungen, starke Kopplung zwischen den die Entladung aufrecht erhaltenden und die Zerstäubungsgeschwindigkeit steuernden Prozessen, sodaß sich wesentliche Einschränkungen für den Betrieb ergeben, hohe Anforderungen an den aufrecht zu erhaltenden Gasdruck, fehlende Vielseitigkeit, Hochfrequenz-Verluste, Abhängigkeit vom Abstand zum Träger der Aufprallfläche, Verunreinigungen der abgeschiedenen Schicht, Gradienten der Ionendichte im Plasma um die Aufprallfläche, ungleichmäßige Zerstäubung, unzulässiges Erhitzen der Trägerfläche, die Notwendigkeit, verschiedene Stromversorgungen einzusetzen, die Unmöglichkeit, die Anordnungen auf größere Aufprallflächen abzustimmen, und Endverluste , die Änderungen der Zerstäubungsrate in Achsialrichtung ergeben und dem Betrieb bei niedrigen Drucken Grenzen setzen.All known HP systems have certain disadvantages that hamper their use in connection with glow discharges and devices for cathode sputtering appear inexpedient. These disadvantages include high acquisition costs, Complicated structure, low efficiency, low atomization performance, atomization from unsuitable surfaces, small usable surface area, high operating voltages, strong coupling between those maintaining the discharge and processes that control the atomization rate, so that there are significant restrictions on operation, high demands on the gas pressure to be maintained, lack of versatility, high frequency losses, dependency from the distance to the carrier of the impact surface, contamination of the deposited layer, gradient of the ion density in the plasma around the impact surface, uneven atomization, impermissible Heating the support surface, the need to different Use of power supplies, the impossibility of adapting the arrangements to larger impact surfaces, and end losses which result in changes in the atomization rate in the axial direction and which limit operation at low pressures.

Erfindungsgemäß wird eine wirkungsvolle Glimmentladung erzeugt, sodaß ein Minimum an Energie pro erzeugtes Ion gebraucht wird. Außerdem werden die Ionen in einem Gebiet erzeugt, das in Bezug auf die Aufprallfläche so gelegen ist, daß ein hoher Prozentsatz der erzeugten Ionen für den Zerstäubungsprozeß zur Verfügung steht. Die Plasmaentladung ist über die Aufprallfläche in regelbarer Weise verteilt, sodaß sich eineAccording to the invention, an effective glow discharge is generated so that a minimum of energy is used per ion generated will. In addition, the ions are generated in an area which is so located with respect to the impact surface that a high percentage of the ions generated is available for the sputtering process. The plasma discharge is about that Impact surface distributed in a controllable manner, so that a

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Quelle zerstäubten Materials mit einer gewünschten Geometrie ergibt. Erfindungsgemäß lassen sich damit gleichmäßige und in bestimmter, gewünschter Weise ungleichmäßige Beschichtungs- muster erzielen.Source of atomized material with a desired geometry results. According to the invention, uniform and, in a specific, desired manner, non-uniform coating patterns can thus be achieved.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Plasmafalle, die die Bewegung der von der Kathode emittierten Primärelektronen in Radialrichtung und Achsialrichtung begrenzt und die Primärelektronen in der Nähe der Aufprallfläche hält, bis der größte Teil der Energie dieser Elektronen in ionisierenden Zusammenstößen verbraucht worden ist, in denen zusätzliches Plasma erzeugt wird. Völlige Zurückhaltung in der Falle bedeutet, daß die überwiegende Mehrzahl der Primärelektronen, die noch genügend Energie zur Erzeugung zusätzlicher Ionen haben, in der Falle zurückgehalten wird. Das bedeutet auch, daß alle nicht in der Falle zurückgehaltenen Elektronen nicht in merklicher Weise zur Ionisierung beitragen.The present invention provides a plasma trap that controls the movement of the primary electrons emitted from the cathode limited in the radial direction and axial direction and keeps the primary electrons in the vicinity of the impact surface until the largest Part of the energy of these electrons has been consumed in ionizing collisions, in which additional plasma is produced. Complete restraint in the trap means that the vast majority of the primary electrons are still sufficient Have energy to generate additional ions is retained in the trap. That also means that none of them electrons retained in the trap do not contribute significantly to ionization.

Die im Niederdruckplasma arbeitende Falle benutzt das Prinzip einer kombinierten Elektronen-Reflexion an auf Xathodenpotential gehaltenen Flächen und Elektronen-Ablenkung mit Hilfe eines Magnetfelds. Das Plasma v/ird erfindungsgemäß im gesamten Entladungsbereich festgehalten, der alle sechs Seiten des üblicherweise betrachteten Kastenvolumens umfaßt, wobei im Querschnitt gesehen vier der sechs Seiten der Falle von magnetischen Feldlinien und Elektrodenoberflächen gebildet werden, während die verbleibenden zv/ei Seiten durch die Achsialsymmetrie des Systems definiert sind. Die Achsialsymmetrie ergibt sich aus der Konfiguration des Magnetfelds und/oder der Elektrodenanordnung.The trap, which works in low-pressure plasma, uses the principle of a combined electron reflection on surfaces kept at xathode potential and electron deflection with the help of a magnetic field. According to the invention, the plasma is retained in the entire discharge area, which includes all six sides of the box volume usually considered, four of the six sides of the trap being formed by magnetic field lines and electrode surfaces when viewed in cross section, while the remaining two sides are formed by the axial symmetry of the System are defined. The axial symmetry results from the configuration of the magnetic field and / or the electrode arrangement.

Das Einströmen von Primärelektronen in die Falle hat zur Folge, daß die Energie dieser Elektronen zur Erzeugung zusätzlicher Ionen im Plasma zur Verfügung steht. Nachdem die Pri märelektronen in derartigen Ionisationsprozessen alle zur The influx of primary electrons into the trap means that the energy of these electrons is available to generate additional ions in the plasma. After the primary electrons in such ionization processes all to

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Ionisierung verwendbare Energie verloren haben, sind sie für weitere Ionisationsakte ohne Bedeutung und dienen schließlich nur noch dazu, den Gesamtstrom im elektrischen Kreis zu unterhalten. Der Gesamtstrom setzt sich aus dem Elektronenstrom und dem Ionenstrom zusammen. Durch Verwendung einer als Anode dienenden Elektrode wird gewährleistet, daß die Elektronen nach Abgabe ihrer Energie ihren Weg zu Ende führen können. Die Anode ist dabei so anzubringen, daß die Elektronen niederer Energie in der Fälle durch die Anode gesammelt werden, ohne daß es dabei zu Verlusten von Elektronen mit höheren, zur Ionisation noch ausreichenden Energien kommt.Ionization have lost usable energy, they are irrelevant for further ionization acts and ultimately serve only to maintain the total current in the electrical circuit. The total current is made up of the electron current and the ion current. By using one as an anode Serving electrode ensures that the electrons can lead their way to the end after giving up their energy. The anode is to be attached in such a way that the low-energy electrons can be collected by the anode without that there is a loss of electrons with higher energies that are still sufficient for ionization.

Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestehen aus flanschartigen Kathodenanordnungen, die hohe Kathodenstromdichten bei verhältnismäßig niedrigen Spannungen und bei niedrigen Gasdrücken ergeben. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf zwei Ausführungsformen mit zylindrischen Kathoden, wobei im Beispiel a) Plasma an der Außenseite eines Zylinders erzeugt wird, während im Beispiel b) Plasma innerhalb eines Zylinders erzeugt wird. Die Kraftlinien des in beiden Fällen verwendeten Magnetfelds sind parallel zur Zylinderachse oder zur Achse der Kathode. Die Feldstärke kann eingeregelt werden, um das Plasma in der Nähe der Wandungen im Raum zwischen der tonnenförmigen Kathode und den Flanschen der Gegenelektrode zu halten. Der größte Teil der Plasmaionen wird dann an der Kathodenschicht· erzeugt, die sich über die Kathodenoberfläche erstreckt. Bei Verwendung dieser Kathoden müssen die schnellen Elektronen durch magnetische und elektrische Felder gelenkt und gefangen gehalten werden. Die Fallenwirkung ergibt sich dadurch, daß die magnetischen Kraftlinien die Kathodenschicht an zwei Punkten durchschneiden, wobei die Kraftlinien im wesentlichen unter einem rechten Winkel auf die Kathodenschicht treffen· Damit bestehenExemplary embodiments of the present invention consist of flange-like cathode assemblies, the high cathode current densities at relatively low voltages and result at low gas pressures. The following description relates to two embodiments cylindrical cathodes, where in the example a) plasma is generated on the outside of a cylinder, while in the example b) Plasma is generated within a cylinder. The lines of force of the magnetic field used in both cases are parallel to the cylinder axis or to the axis of the cathode. The field strength can be adjusted to keep the plasma close by of the walls in the space between the barrel-shaped cathode and the flanges of the counter electrode. The biggest part of the plasma ion is then generated at the cathode layer which extends across the cathode surface. Using These cathodes have to direct the fast electrons through magnetic and electric fields and hold them captive will. The trap effect results from the fact that the magnetic lines of force cut through the cathode layer at two points, the lines of force impinging on the cathode layer essentially at a right angle

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praktisch drei Seiten der Falle aus der Kathodenschicht, während das Magnetfeld die vierte Seite der Falle herstellt. Die Symmetrie der Anordnung gewährleistet hohe Plasmahomogenität.practically three sides of the trap from the cathode layer while the magnetic field creates the fourth side of the trap. The symmetry of the arrangement ensures high plasma homogeneity.

Für den Hochfrequenz-Betrieb werden Anordnungen mit zwei Elektroden verwendet, die ebenfalls hohe Kathodenstromdichten bei verhältnismäßig niedren Spannungen und Gasdrucken ergeben. Beim normalen HF-Betrieb der Glimmentladung kann jede der beiden Elektroden die Funktion der Anode oder der Kathode übernehmen, doch läßt sich zeigen, daß beide Elektroden für das Plasma während des größten Teils einer HF-Periode als Kathoden wirken. Hur während sehr kurzer Zeitabschnitte in jeder zweiten Halbwelle wirken die Elektroden als Anoden für das Plasma. Die im Plasma und in der Kathodenschicht enthaltenen Ionen verhalten sich aber wie in einer Gleichstrom-Glimmentladung in der beide Elektroden fast die ganze Zeit als Kathoden wirken.For high-frequency operation, arrangements with two electrodes are used, which also have high cathode current densities result at relatively low voltages and gas pressures. During normal HF operation of the glow discharge, either of the two Electrodes take over the function of the anode or the cathode, but it can be shown that both electrodes are responsible for the Plasma as cathodes for most of an RF period works. The electrodes only act as anodes for the plasma for very short periods of time in every second half-wave. The ions contained in the plasma and in the cathode layer behave but like a direct current glow discharge in which both electrodes act as cathodes almost all the time.

Mit den drei im Rahmen der Erfindung verwendeten Elektrodenklassen wird a) Plasma an der Außenseite zweier stabförmiger Elektroden erzeugt, b) Plasma innerhalb zweier Hohlelektroden erzeugt, und c) Plasma an der Oberfläche einer verhältnismäßig dünnen, ebenen oder gekrümmten Flächenelektrode erzeugt. In all diesen Anordnungen wird zusätzlich ein Magnetfeld verwendet, das entweder durch innerhalb oder außerhalb der Elektroden angebrachte Feldspulen erzeugt wird. Das magnetische Feld ist so verteilt, daß sich mit der jeweiligen Elektrodenanordnung mindestens eine das Plasma enthaltende Falle ergibt, die infolge der Gesamtanordnung des Magnetfelds und/oder der Elektroden Achsialsymmetrie aufweist.With the three classes of electrodes used in the context of the invention a) plasma is generated on the outside of two rod-shaped electrodes, b) plasma within two hollow electrodes generated, and c) plasma on the surface of a relatively thin, flat or curved surface electrode generated. In all of these arrangements a magnetic field is additionally used, which is either through inside or outside Field coils attached to the electrodes is generated. The magnetic field is distributed in such a way that with the respective Electrode arrangement results in at least one trap containing the plasma, as a result of the overall arrangement of the magnetic field and / or the electrodes have axial symmetry.

Die stabförmigen oder hohlen Elektroden können an ihren Enden mit Flanschen zum Schließen der Plasmafalle versehen werden. Derartige flanschförmige Fortsätze können weggelassen werden, falls sich die Grenzen der Falle durch andere Abschnitte der Elektrodenstruktur und das Magnetfeld völlig definieren lassen. Bei Verwendung flanschförmiger Fortsätze werden dieseThe rod-shaped or hollow electrodes can be provided with flanges at their ends to close the plasma trap. Such flange-shaped extensions can be omitted if the boundaries of the trap can be completely defined by other sections of the electrode structure and the magnetic field. When using flange-shaped extensions , these

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groß genug gemacht, um die Falle völlig zu schließen. Andernfalls ist die magnetische Feldstärke auf Werte zu erhöhen, bei denen wirtschaftlicher Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht mehr gewährleistet ist. Die Größe der flanschartigen Fortsätze steht in direkter Beziehung zur Größe des Raums, in dem die Primärelektronen bei der Erzeugung zusätzlicher Ionen Energie verlieren.Made big enough to close the trap completely. Otherwise the magnetic field strength must be increased to values at those economic operation of the device according to the invention is no longer guaranteed. The size of the flange-like extensions is directly related to the size of the space in which the primary electrons lose energy when generating additional ions.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich damit im wesentlichen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schaffung einer hochwirksamen Plasmafalle, in der die Bedingungen zur Aufrechterhaltung eines Plasmas so günstig sind, daß die Belastung der als Kathode dienenden Aufprallfläche i.j.üht in merklicher Weise den Zerstäubungsvorgang beeinflußt« Die Aufrechterhai tung einer intensiven Plasmaentladung auf der gesamten Aufprallfläche ist nur sehr schwach mit dem Zerstäubungsprozeß gekoppelt. lediglich geringe Änderungen des Magnetfelds werden zur Anpassung an die jeweiligen zur Zerstäubung ver_r wendeten Spannungen bei einem gewissen Gasdruck und Arbeitsstrom benötigt. The present invention thus essentially relates to a method and a device for creating a highly effective plasma trap, in which the conditions for maintaining a plasma are so favorable that the load on the impact surface serving as cathode now noticeably influences the sputtering process An intensive plasma discharge on the entire impact surface is only very weakly linked to the sputtering process. only small changes of the magnetic field are required to adapt to the respective ver for atomization _r applied voltages at a certain gas pressure and working stream.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues, verbessertes Verfahren zur Erzeugung einer Glimmentladung zu schaffen.It is an object of the present invention to provide a new, improved method for generating a glow discharge create.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige, verbesserte Vorrichtung für Glimmentladungen zu schaffen.Another object of the present invention is to provide a novel, improved device for glow discharges create.

Die Erfindung hat ferner zum Ziel, eine neuartige, verbesserte, Elektroden enthaltende Vorrichtung für Glimmentladungen zu schaffen.Another object of the invention is to provide a novel, improved, electrode-containing device for glow discharges to accomplish.

Die Erfindung hat ferner zum Ziel, ein neuartiges, verbessertes Verfahren zur Erzeugung eines räumlich beschränkten Plasmas anzugeben.Another object of the invention is to provide a novel, improved method for generating a spatially restricted Specify plasmas.

Die Erfindung hat ferner zum Ziel, eine neuartige Vor- The invention further aims to provide a novel pre-

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richtung zur Erzeugung eines räumlich begrenzbaren Plasmas zu schaffen.direction to generate a spatially delimitable plasma to accomplish.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Glimmentladungssysteme zu schaffen, die mit verhältnismäßig niedrigen Spannungen bei niedrigen Drucken des Arbeitsgases betrieben werden können.Another object of the present invention is to provide glow discharge systems that use relatively low voltages can be operated at low pressures of the working gas.

Die Erfindung hat weiter zum Ziel, eine verbesserte Zerstäubungsvorrichtung zu schaffen, in der der Zerstäubungsvorgang praktisch vollkommen unabhängig von den Eigenschaften der Plasmaentladung ist.Another object of the invention is to provide an improved atomizing device to create in which the atomization process is practically completely independent of the properties the plasma discharge is.

Die Erfindung hat außerdem zum Ziel, eine Zerstäubungsvorrichtung mit einer flanschförmigen Kathode zu schaffen, die unter dem Einfluß eines Magnetfelds steht, wobei die Feldlinien im wesentlichen an dem Kathodenzylinder und parallel zu demselben verlaufen.Another object of the invention is to provide a sputtering device with a flange-shaped cathode which is under the influence of a magnetic field, the field lines essentially at the cathode cylinder and parallel run to the same.

Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Kathoden-Anoden-Verbindung zu schaffen.It is an additional object of the present invention to provide an improved cathode-to-anode connection.

Die Erfindung hat außerdem zum Ziel, eine Zerstäubungsvorrichtung anzugeben, die leicht zusammengebaut und auseinandergenommen werden kann, um das Kathodenmaterial auszuwechseln oder die Kathode selbst zu reinigen.Another object of the invention is to provide an atomizing device which can be easily assembled and disassembled to change the cathode material or to clean the cathode itself.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Zerstäubungsvorrichtung mit einer neuartigen Anordnung von im Zerstäubungsraum enthaltenen Isolatoren zu schaffen, in der Kunststoffmaterialien nicht direkt der in der Zerstäubungskammer herrschenden Atmosphäre ausgesetzt sind. Another object of the invention is to provide an atomizing device with a novel arrangement of insulators contained in the atomization chamber, in which Plastic materials are not directly exposed to the atmosphere in the atomization chamber.

Die Erfindung hat ferner zum Ziel, eine neuartige Anordnung für Isolatoren für Glimmentladungsvorrichtungen zu schaffen.Another object of the invention is to provide a novel arrangement for insulators for glow discharge devices create.

Weiterhin hat die Erfindung zum Ziel, ein neuartiges, mit Hochfrequenz betriebenes Glimmentladungssystem anzugeben.A further aim of the invention is to provide a novel, high-frequency operated glow discharge system.

Die Schaffung einer verbesserten Doppelelktroden-Anord-The creation of an improved double-electrode arrangement

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nung in Glimmentladungssystemen ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung.tion in glow discharge systems is another goal of the present invention.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es auch, verbesserte Glimmentladungsanordnungen mit verschiedenen Doppelelektrodensystemen zu schaffen, die ihrerseits mit verschiedenen räumlichen Magnetfeldverteilungen zusammenwirken und dabei das Plasma der Glimmentladung völlig umschließende Fallen ergeben.It is also an object of the present invention to provide improved glow discharge assemblies with various double electrode systems to create, which in turn interact with different spatial magnetic field distributions and in the process, traps that completely enclose the plasma of the glow discharge result.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es auch, neuartige, verbesserte Glimmentladungssysteme zu schaffen, die sich in beträchtlicher Größe herstellen lassen.It is also an object of the present invention to provide novel, improved glow discharge systems which can be produced in a considerable size.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte Zerstäubungssysteme zu schaffen, die eine im wesentlichen gleichförmige Abscheidungsrate auf verhältnismäßig großen Oberflächen gewährleisten.Another object of the present invention is to provide improved atomization systems which substantially comprise one uniform deposition rate on relatively ensure large surfaces.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte Doppelelektroden-Zerstäubungssysteme zu schaffen, die mit Hochfrequenz betrieben werden und in denen beide Elektroden als Aufprallflächen dienen.Another object of the present invention is to provide improved dual electrode sputtering systems that which are operated with high frequency and in which both electrodes serve as impact surfaces.

Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die beispielhafte Ausführungsformen darstellen. These and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description below Referring to the drawings, which illustrate exemplary embodiments.

Figur 1 ist ein schematischer Aufriß einer erfindungsgemäßen, Elektroden enthaltenden Entladungsvorrichtung in einer Vakuumkammer.FIG. 1 is a schematic elevational view of an electrode-containing discharge device in accordance with the present invention in FIG a vacuum chamber.

Figur 2 zeigt Einzelheiten eines Querschnitts durch die erfindungsgemäße Entladungsvorrichtung.FIG. 2 shows details of a cross section through the discharge device according to the invention.

Figur 3a ist ein Längsquerschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entladungsvorrichtung, während Figur 3b einen Querschnitt der gleichen Anordnung zeigt.FIG. 3a is a longitudinal cross section through another embodiment of the discharge device according to the invention, while FIG. 3b shows a cross section of the same arrangement .

Figuren 3c und 3d sind vergrößerte Teilansichten der in FIGS. 3c and 3d are enlarged partial views of the FIGS

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Figur 3a dargestellten Vorrichtung mit gewissen Abänderungen derselben.Figure 3a shown device with certain modifications thereof.

Figur 4 ist ein schematischer Aufriß einer mit zwei Elektroden arbeitenden, mit Hochfrequenz betriebenen Glimmentladung svorrichtung, die in einer Vakuumkammer mit Vorrichtungen für geeignete Magnetspulen montiert ist.Figure 4 is a schematic elevation view of one with two Electrodes working glow discharge operated with high frequency s device, which is mounted in a vacuum chamber with devices for suitable magnetic coils.

Figuren 5a bis 5d stellen verschiedene Ausführungsformen stabförmiger Doppelelektroden dar, die sich in verschiedenartigen Magnetfeldern zur Durchführung der Erfindungsziele befinden. Figures 5a to 5d represent different embodiments rod-shaped double electrodes, which are located in different types of magnetic fields for carrying out the objects of the invention.

Figuren 6a bis 6e zeigen verschiedene Ausführungen von für die Ziele der Erfindung verwendbaren Doppelelektroden.FIGS. 6a to 6e show different designs of double electrodes which can be used for the purposes of the invention.

Figur 7 ist ein Figur 4 ähnelnder schematischer Aufriß und dient zur Erläuterung der Verwendung von Hohlkathoden.Figure 7 is a schematic elevation similar to Figure 4 and is used to explain the use of hollow cathodes.

Figuren 8a bis 8d zeigen verschiedene Hohlkathodenanordnungen mit magnetischen Feldanordnungen gemäß vorliegender Erfindung.FIGS. 8a to 8d show various hollow cathode arrangements with magnetic field arrangements according to the present invention Invention.

Figuren 9a bis 9e zeigen verschiedene Ausführungsformen von Elektrodenanordnungen mit Hohlkathoden gemäß vorliegender Erfindung.Figures 9a to 9e show different embodiments of electrode arrangements with hollow cathodes according to the present invention.

Figur 10a zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glimmentladungsvorrichtung mit ebenen Doppelelektroden.Figure 10a shows an embodiment of the invention Glow discharge device with flat double electrodes.

Figur 10b zeigt die Elektroden und die magnetische Feldwicklung der in Figur 10a dargestellten Ausführungsform im Grundriß.FIG. 10b shows the electrodes and the magnetic field winding of the embodiment shown in FIG. 10a Layout.

Figur 10c zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Glimmentladungsvorrichtung mit zwei ebenen Elektroden. Figure 10c shows another embodiment of an inventive Glow discharge device with two flat electrodes.

Figur 1Od ist schließlich ein Grundriß der in Figur 10a dargestellten Elektrodenanordnung mit der zugehörigen, das Magnetfeld erzeugenden Spule.Finally, FIG. 10d is a plan view of that in FIG. 10a shown electrode arrangement with the associated, the magnetic field generating coil.

Figur 1 zeigt eine an sich bekannte Vakuumkammer 10 mitFigure 1 shows a known vacuum chamber 10 with

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einer in ihr montierten erfindungsgemäßen, Elektroden enthaltenden Gasentladungsvorrichtung 12.one mounted in it containing electrodes according to the invention Gas discharge device 12.

Me Entladevorrichtung 12 umfaßt eine "spulenartige¹¹ oder "flanschförmige" Kathode 14, die in Kammer 10 montiert ist und durch Halterungen 15 festgehalten ist. An Kathode ist ein oberer Flansch 14a sowie ein unterer Plansch 14b angesetzt. Um den oberen Plansch 14a der Kathode 14 ist eine Anode 16 gelegt, die durch zwei oder mehr hohle Abstandshalter 17 an der Abdeckung der Vakuumkammer 10 befestigt ist. Ein Magnetfeld wird an der Kathodenoberfläche drrch zwei magnetische Feldspulen erzeugt. Eine der Feldspulen ist innerhalb der Kathode 14 angebracht, während die andere Spule 21 um die Außenwand 22 der Vakuumkammer 10 gewickelt ist. Die Windungen der äußeren Spule 21 erstrecken sich von einem etwas über dem Kathodenflansch Ha gelegenen Punkt zu einem etwas unterhalb des Kathodenflansches 14b gelegenen Punkt. Die Kraftlinien des von diesen Spulen erzeugten Magnetfelds verlaufen dicht an der Kathodenoberfläche vorbei und parallel zu derselben, wie durch die gestrichelten Linien 23 angedeutet. Nach Auspumpen wird Kammer 10 mit einem geeigneten Gas, wie beispielsweise Argon, auf einen niedrigen Gasdruck gefüllt.The discharge device 12 comprises a "coil-like ¹¹ or" flange-shaped "cathode 14 which is mounted in chamber 10 and held in place by brackets 15. An upper flange 14a and a lower flange 14b are attached to the cathode is an anode 16, which is fixed by two or more hollow spacers 17 to the cover of the vacuum chamber 10. A magnetic field is generated on the cathode surface by two magnetic field coils is wound around the outer wall 22 of the vacuum chamber 10. The turns of the outer coil 21 extend from a point slightly above the cathode flange Ha to a point slightly below the cathode flange 14b. The lines of force of the magnetic field generated by these coils run close to the cathode surface past and parallel to the same, as indicated by the dashed lines 23 utet. After pumping out, chamber 10 is filled with a suitable gas, such as argon, to a low gas pressure.

Kathode 14 und Anode 16 sind hohl und eine durch geeignete Leitungen 25a - 25c angeschlossene Kühlwasserquelle sorgt für Kathode 14 und Anode 16 durchströmendes Kühlwasser. Eine die benötigten hohen Spannungen und den Strom für die Feldspulen liefernde Stromquelle 27 ist eingezeichnet, wobei gewöhnlich zwei getrennte Versorgungseinheiten für die verschiedenen Spannungen benutzt werden. Stromversorgungseinheit 27 ist mit Kathode 14 verbunden, an der eine negative Spannung angelegt wird, während Anode 16 geerdet ist. Außerdem liefert die Stromversorgungseinheit Strom an die Spulen 20 und 21. Der am unteren Ende der Vakuumkammer 10 angebrachte Stutzen Cathode 14 and anode 16 are hollow and a cooling water source connected by suitable lines 25a-25c provides cooling water flowing through cathode 14 and anode 16. A current source 27 which supplies the required high voltages and the current for the field coils is shown, two separate supply units usually being used for the different voltages. Power supply unit 27 is connected to cathode 14, to which a negative voltage is applied, while anode 16 is grounded. In addition, the power supply unit supplies power to the coils 20 and 21. The nozzle attached to the lower end of the vacuum chamber 10

309851/10309851/10

226A436226A436

29 ist über ein Ventil an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe in an sich bekannter Weise angeschlossen.29 is connected to a vacuum pump, not shown, via a valve connected in a manner known per se.

Schichten oder Filme können auf Trägerflansch 31 in der Vakuumkammer 10 aufgestäubt werden. In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist außerdem ein Trägerflansch 32 vorgesehen. Die beiden Trägerflansche 31 und 32 können aus einem magnetischen Metall hergestellt werden, um die Feldlinien" geeignet abzubiegen, doch können andere Materialien verwendet werden, falls eine Feldspule im Innern der Kathode 14 vorgesehen ist.Layers or films can be applied to the carrier flange 31 in the Vacuum chamber 10 can be dusted on. In the embodiment shown in FIG. 1, there is also a carrier flange 32 intended. The two support flanges 31 and 32 can be made from a magnetic metal to "bend the field lines" appropriately, but other materials can be used if a field coil is provided inside the cathode 14.

Die in Figur 2 dargestellte Entladungsvorrichtung 12 hängt von der Deckkappe 18 der Vakuumkammer 10 herab. Die Kammer wird normalerweise aus einem nichtmagnetischen Metall, wie beispielsweise Aluminium, hergestellt. Kathode 14 ist an Halterung 15 befestigt, die ihrerseits an Deckkappe 16 angeschraubt ist. Kathode 14 besteht aus einem zylindrischen Rohr oder einer Zylinderhülse 40, die aus dem zu zerstäubenden Material hergestellt ist oder auf der eine Schicht des zu zerstäubenden Materials aufgebracht ist. Rostfreier Stahl mit einer auf der Außenfläche angebrachten Chromschicht ist als Kathode geeignet, wenn Chrom auf einer Trägerfläche als Schicht aufgebracht werden soll. Kathode 14 umfaßt ferner oberen Flansch 14a und unteren Flansch 14b, die jeweils aus zwei Teilen bestehen, um den Zusammenbau zu erleichtern.The discharge device 12 shown in FIG. 2 hangs from the top cap 18 of the vacuum chamber 10. the Chamber is usually made from a non-magnetic metal such as aluminum. Cathode 14 is on Bracket 15 is attached, which in turn is screwed to cover cap 16. Cathode 14 consists of a cylindrical Tube or a cylinder sleeve 40, which is made of the material to be atomized or on which one layer of the to atomizing material is applied. Stainless steel with a chrome layer on the outside is considered to be Cathode suitable when chromium is to be applied as a layer on a carrier surface. Cathode 14 also includes upper flange 14a and lower flange 14b each consisting of two parts to facilitate assembly.

Oberer Flansch 14a umfaßt einen unteren Flanschabschnitt 42 sowie einen oberen Flanschabschnitt 43. Die beiden Abschnitte sind durch mehrere Schrauben 44 miteinander verbunden und durch einen Dichtungsring 45 abgedichtet, sodaß sie zusammen den oberen Flansch 14a bilden. Flansch 14a umschließt einen Innenhohlraum 47 zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser. Der untere Flansch 14b ist ähnlich konstruiert und besteht aus einem oberen Abschnitt 52 undUpper flange 14a includes a lower flange portion 42 and an upper flange portion 43. The two portions are connected to each other by a plurality of screws 44 and sealed by a sealing ring 45 so that they are together form the upper flange 14a. Flange 14a encloses an inner cavity 47 for receiving a cooling liquid, such as water. The lower flange 14b is similarly constructed and consists of an upper portion 52 and

309851 /1041309851/1041

einem unteren Abschnitt 53. Diese beiden Abschnitte sind durch mehrere Schrauben 54 miteinander verbunden und durch einen
Dichtungsring 55 abgedichtet, sodaß insgesamt ein weiterer
Hohlraum 57 zur Aufnahme von Kühlwasser zwischen den beiden Planschabschnitten 52 und 53 entsteht. Flanschabschnitte 42 und 52 werden zweckmäßigerweise aus einem nichtmagnetischen Metall hergestellt, beispielsweise aus rostfreiem Stahl mit einer Chromauflage (wenn Chrom zerstäubt werden soll), während Flanschabschnitte 43 und 53 aus einem magnetischen Metall, wie z.B. einem geeigneten rostfreien Stahl, hergestellt sind.a lower section 53. These two sections are connected to one another by several screws 54 and by a
Sealing ring 55 sealed, so that a total of another
Cavity 57 for receiving cooling water between the two paddling sections 52 and 53 is created. Flange sections 42 and 52 are conveniently made of a non-magnetic metal, such as stainless steel with a chrome plating (if chrome is to be atomized), while flange sections 43 and 53 are made of a magnetic metal, such as a suitable stainless steel.

Die beiden Flansche 14a und 14b sind an Zylinderhülse 40 mit mehreren Gewindestangen 59 befestigt, und Dichtungsringe 60 und 61 schaffen eine Abdichtung. Ein ringförmiger
Kamnierraum 62 wird dadurch innerhalb Zylinderhülse 40 zur Aufnahme von durch ringförmige Öffnung 63 im unteren Flanschabschnitt 42 des oberen Flansches 14a eingeleitetem Kühlwasser geschaffen. Eine ähnliche ringförmige Öffnung 65 ist im oberen Flanschabschnitt 52 des unteren Flansche Hb vorgesehen. Oberer Flanschabschnitt 43 am oberen Flansch 14a umfaßt zwei
Abstandsringe 67a und 67b sowie einen in dem von den beiden Abstandsringen gebildeten Rillenraum ruhenden Dichtungsring 67. Dadurch wird ein oberer Isolator 70 aus Glas, Keramikmaterial, Quarz oder dergleichen von der Oberfläche des oberen Flanschabschnitts 43 des Kathodenflanschs 14a isoliert gehalten. Die zwischen dem Isolator 70 und dem oberen Flanschabschnitt 43 gebildete Rille 71 hat eine weiter unten noch
ausführlicher beschriebene Funktion.The two flanges 14a and 14b are attached to the cylinder sleeve 40 with a plurality of threaded rods 59, and sealing rings 60 and 61 create a seal. A ring-shaped one
Kamnierraum 62 is created within the cylinder sleeve 40 for receiving cooling water introduced through the annular opening 63 in the lower flange section 42 of the upper flange 14a. A similar annular opening 65 is provided in the upper flange portion 52 of the lower flange Hb. Upper flange portion 43 on upper flange 14a includes two
Spacer rings 67a and 67b and a sealing ring 67 resting in the groove space formed by the two spacer rings. This keeps an upper insulator 70 made of glass, ceramic material, quartz or the like insulated from the surface of the upper flange section 43 of the cathode flange 14a. The groove 71 formed between the insulator 70 and the upper flange portion 43 has one further below
function described in more detail.

Die innere Spule 20 umfaßt einen Spulenkörper 76, der aus rostfreiem, magnetischem Stahl hergestellt sein kann,und eine zylindrische Hülse 77 mit oberen und unteren Flanschen 77a bzw. 77b. Diese Flansche sind an Zylinderhülse 77 mit
mehreren Schrauben 79 und 80 befestigt. Ringe 82 und 83 ausThe inner spool 20 comprises a spool 76, which may be made of stainless magnetic steel, and a cylindrical sleeve 77 having upper and lower flanges 77a and 77b, respectively. These flanges are on the cylinder sleeve 77 with
several screws 79 and 80 attached. Rings 82 and 83

309851/10A1309851 / 10A1

-H--H-

226AA36226AA36

Kunststoff sind um die Enden der Zylinderhülse 77 gelegt und eine aus mehreren Drahtwicklungen bestehende Spule 85 ist um Zylinderhülse 77 zwischen den Ringen 82 und 83 gewickelt. Bei dem Draht kann es sich um isolierten Kupferdraht handeln, wobei ein Ende der Drahtwicklung elektrisch mit der Zylinderhülse 77 verbunden sein kann. Das andere Wicklungsende 86 geht durch eine öffnung im unteren Ende der Hülse 77. Drahtende 86 ist zweckmäßigerweise flexibel ausgeführt und durch eine Innenkammer 87 in Hülse 77 nach oben durch eine öffnung 88 im Halterungsrohr 89 nach außen weitergeführt. Die innere Spulenwicklung hat eine bei den Ringen 82 und 83 erhöhte Windungsdichte, um ein äußerst gleichförmiges Magnetfeld zu erzeugen.Plastic are wrapped around the ends of the cylinder sleeve 77 and a coil 85 consisting of several turns of wire is around Cylinder sleeve 77 wound between rings 82 and 83. The wire can be insulated copper wire, where one end of the wire winding can be electrically connected to the cylinder sleeve 77. The other end of the winding 86 goes through an opening in the lower end of the sleeve 77. The wire end 86 is expediently designed to be flexible and has an inner chamber 87 is continued upward in the sleeve 77 through an opening 88 in the mounting tube 89 to the outside. The inner coil winding has an increased winding density in the rings 82 and 83 in order to produce an extremely uniform magnetic field.

Die innere Spule 76 wird innerhalb Kathode 14 dadurch gehaltert, daß der obere Plansch 77a der Spule 76 an mehreren Punkten 92, von denen nur einer gezeigt ist, an die Innenfläche des oberen Flanschabschnitts 43 am oberen Kathodenflansch 14a befestigt ist. Spule 76 ist ferner mit einer Schraube 94 am Mittelpunkt der Innenfläche des unteren Flanschabschnitts 53 am unteren Kathodenflansch 14b befestigt. Diese Anordnung, besonders die Befestigung des unteren Planschabschnitts 53 an Plansch 77b durch Schraube 94, verhindert, daß der Kathodenflansch durch den hohen Innendruck in der Kathode (Kühlflüssigkeit unter einem den atmosphärischen Außendruck übersteigenden Druck) und den niederen Druck in Vakuumkammer 10 nach außen gebogen wird. Im unteren Plansch 77b der Spule sind mehrere öffnungen 95 angebracht, sodaß das Kühlwasser durch die Innenkammer 87 wie weiter unten beschrieben zur Außenseite der Anordnung zurückfließen kann.The inner coil 76 is held within the cathode 14 by the upper surface 77a of the coil 76 at several Points 92, only one of which is shown, on the inner surface of the upper flange portion 43 on the upper cathode flange 14a is attached. Spool 76 is also attached to a screw 94 at the midpoint of the inner surface of lower flange portion 53 attached to the lower cathode flange 14b. This arrangement, particularly the fastening of the lower splash section 53 on splash 77b by screw 94, prevents the cathode flange due to the high internal pressure in the cathode (cooling liquid below an external pressure that exceeds the atmospheric pressure Pressure) and the lower pressure in vacuum chamber 10 is bent outwards. In the lower flap 77b of the coil are several openings 95 attached so that the cooling water through the inner chamber 87 as described below to the outside the arrangement can flow back.

Anode 16 umfaßt die zweckmäßigerweise aus nichtmagnetischem rostfreiem Stahl hergestellten Ringabschnitte 100 und 101, die miteinander durch mehrere am Rand der Ringabechnitte eingesetzte Schrauben 102, 103 verbunden sind· Innere undAnode 16 comprises ring sections 100 and 10 conveniently made of non-magnetic stainless steel 101, which are connected to one another by a plurality of screws 102, 103 inserted on the edge of the ring-joint

309851 /104 1309851/104 1

226U36226U36

äußere Dichtungsringe 105 bzw» 106 ergeben einen ringförmigen inneren Hohlraum 108 zur Aufnahme von Kühlwasser. Die Unterseite des Ringabschnitts 100 umfaßt außerdem mehrere ringförmige Rillen 110. Anode 16 ist vom oberen Plansch Ha der Kathode durch einen Spalt 112 getrennt.outer sealing rings 105 or 106 result in an annular inner cavity 108 for receiving cooling water. The bottom of the ring portion 100 also includes a plurality of annular grooves 110. Anode 16 is from the upper face of the Ha Cathode separated by a gap 112.

Anode 16 wird durch zwei an der Abdeckung 18 der Vakuumkammer 10 befestigte Abstandshalterungen 17 in ihrer Lage gehalten, wobei nur eine der gleichartig ausgeführten Halterungen in den Figuren eingezeichnet ist. Eine Halterung stellt eine Erdungsverbindung zu Abdeckung 18 iier und dient als Kuhlwasser-Ausflußleitung, während die andere zur Kühlwassereinleitung dient. Halterung 17 umfaßt eine -n den oberen Ringabschnitt 101 der Anode angeschraubten, mit einem Dichtungsring angepreßten Kupplungsteil 114 sowie ein an Flansch 116 durch Hartlötung angesetztes Rohr 115. Flansch 116 ist mit mehreren Schrauben und einem Dichtungsring an Kupplungsteil 114 befestigt. Das obere Ende des Rohrs 115 verläuft, durch eine öffnung in Deckkappe 18 der Vakuumkammer 10 und ist mit derselben mittels eines eindrückbaren Sockels 119 (einen nicht dargestellten inneren Dichtungsring enthaltend), eines Dichtungsrings 120, einer Deckplatte 121 und einer oder mehrerer Schrauben 122 dicht verbunden. Abstandshalterung 17 kann von der Vakuumkammer 10 isoliert sein, um die Anode 16 auf einem vom Erdpotential verschiedenen Potential zu halten, doch bezieht sich die folgende Beschreibung auf eine geerdete Anode. Ein in der Abstandshalterung 17 befindlicher Innenkanal 124 dient zur Zuleitung von Kühlwasser an Innenhohlraum 108 in der Anode 16; das Wasser läuft durch die zweite, nicht dargestellte Abstandshalterung aus.The anode 16 is secured in place by two spacers 17 attached to the cover 18 of the vacuum chamber 10 held, with only one of the similarly designed brackets is shown in the figures. A bracket provides a ground connection to cover 18 and serves as a cooling water discharge line, while the other is used for cooling water introduction serves. Bracket 17 comprises a screwed onto the upper ring section 101 of the anode, with a sealing ring pressed-on coupling part 114 and a pipe 115 attached to flange 116 by brazing. Flange 116 is attached to coupling part 114 with several screws and a sealing ring. The upper end of the tube 115 runs through an opening in the cover cap 18 of the vacuum chamber 10 and is connected to the same by means of a base 119 that can be pressed in (including an inner sealing ring not shown), a sealing ring 120, a cover plate 121 and an or several screws 122 tightly connected. Spacer 17 may be isolated from vacuum chamber 10 to provide anode 16 at a different potential from the ground potential, but the following description refers to a grounded Anode. An inner channel 124 located in the spacer bracket 17 serves to supply cooling water to the inner cavity 108 in the anode 16; the water runs through the second, no spacer shown.

Eine zusätzliche Anodenhalterung läßt sich durch mehrere Arme 126 (beispielsweise vier, von denen jedoch nur einer eingezeichnet ist) aus Metall erzielen. Ein Ende jedesAn additional anode holder can be provided by several arms 126 (for example four, of which only one is shown) made of metal. One end to each

309851/10 Λ 1309851/10 Λ 1

Arms ist an einem unteren Plansch 127b der Abdeckung 127 der Halterung 15 befestigt, während das andere Ende über ein Abstandsstück 128 an dem oberen Ringabschnitt 101 befestigt ist. Diese Arme stellen ebenfalls eine Erdung dar.Arms is attached to a lower surface 127b of the cover 127 Bracket 15 is attached, while the other end is attached to the upper ring portion 101 via a spacer 128 is. These arms also represent an earth connection.

Die zur Halterung 15 gehörige Abdeckung 127 ist mit einem oberen Flansch 127a versehen, der an der Unterseite der Deckkappe 18 der Vakuumkammer 10 mit mehreren Schrauben 131 befestigt ist. An Abdeckung 127 ist ferner ein unterer Plansch 127b angebracht, und der obere Isolator 70 ist zwischen den unteren Plansch 127b und an der Oberseite 43 des oberen Kathodenflanschs angebrachten Abstandsringen 67a,67b mit Dichtungsringen 132 und 67 eingezwängt. Abdeckung 127 und Haiterungsrohr 89 werden zweckmäßigerweise aus unmagnetischem rostfreiem Stahl angefertigt. Ein Einführungsisolator 134, der beispielsweise aus dem unter dem Handelsnamen Lexan bekannten Kunststoff angefertigt sein kann, ist innerhalb Abdeckung 127 montiert und paßt mit seinem unteren zylindrischen Ende in öffnung 135 im Isolator 70.The cover 127 belonging to the holder 15 is provided with an upper flange 127a, which is on the underside the top cap 18 of the vacuum chamber 10 is fastened with a plurality of screws 131. On cover 127 is also a lower one Flap 127b attached, and the upper insulator 70 is between the lower flap 127b and at the top 43 of the spacer rings 67a, 67b attached to the upper cathode flange wedged with sealing rings 132 and 67. Cover 127 and support tube 89 are expediently made of non-magnetic made of stainless steel. A lead-in insulator 134, for example, from that known under the trade name Lexan Plastic, is mounted within cover 127 and mates with its lower cylindrical End in opening 135 in insulator 70.

Das untere Ende des Halterungsrohrs 89 ist in den oberen Plansch 77a der inneren Spule 76 eingeschraubt und mit einem Plansch 136 versehen, der dicht an der oberen Oberfläche des oberen Abschnitts 43 am Kathodenflansch 14a anliegt. Halterungsrohr 89 verläuft nach oben durch Isolator 134 und trägt am oberen, mit einem Gewinde versehenen Ende eine Hauptmutter 140 und eine weitere Schraubenmutter 141. Ein Drucklager 144 und eine federnde Unterlegscheibe 145 sind am oberen Ende des Halterungsrohrs 89 zwischen der oberen Fläche 146 des Isolators 134 und der Unterkante der Hauptrautter 140 montiert. Die federnde Unterlegscheibe 145 nimmt jegliche durch Erwärmung bedingte Ausdehnung der Teile auf.The lower end of the support tube 89 is screwed into the upper face 77 a of the inner coil 76 and with a Splash 136 is provided which rests closely against the upper surface of the upper portion 43 on the cathode flange 14a. Support tube 89 extends up through insulator 134 and has a main nut at the top, threaded end 140 and another nut 141. A thrust bearing 144 and a resilient washer 145 are at the top of the support tube 89 is mounted between the upper surface 146 of the insulator 134 and the lower edge of the main nut 140. The resilient washer 145 accommodates any expansion of the parts due to heating.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, dient Hauptmutter 140 zur Befestigung der Kathode 14 und des oberen Isolators 70 anAs can be seen from FIG. 2, the main nut 140 is used to fasten the cathode 14 and the upper insulator 70

309851 / 1 0309851/1 0

Halterung 15. Das mit einem Gewinde versehene untere Ende des Halterungsrohrs 89, das mit dem oberen Plansch 77a des Spulenkörpers 76 verkoppelt ist, drückt oberen Kathodenflansch Ha, oberen Isolator 70, Abdeckung 27 und Einführungsisolator 134 zusammen. Die zylindrische Unterkante 14-9 des Isolators 134 liegt an der Innenkante des unteren Planschs 127b der Abdeckung 127 an und erzeugt den Druck, der die Abstandsringe 67a, -67b des oberen Kathodenflanschs 14a und die Unterseite des unteren Planschs 127b zusammen und an entsprechende Flächen des oberen Isolators 70 angepreßt hält. Die am oberen Kathodenflansch 14a und dem unteren Planscn 127b angebrachten Dichtungsringe 67c bzw. 132 ergeben einen dichten Abschluß. Isolator 134 befindet sich an keiner Stelle seiner Oberfläche im Vakuum in der Kammer 10.Bracket 15. The threaded lower end of the bracket tube 89 that mates with the upper face 77a of the spool 76 is coupled, pushes upper cathode flange Ha, upper insulator 70, cover 27 and lead-in insulator 134 together. The cylindrical lower edge 14-9 of the insulator 134 lies on the inner edge of the lower plan 127b of the Cover 127 and generates the pressure that the spacer rings 67a, -67b of the upper cathode flange 14a and the bottom of the lower flange 127b together and pressed against corresponding surfaces of the upper insulator 70. The one at the top Cathode flange 14a and sealing rings 67c and 132 attached to the lower planescn 127b result in a tight seal. Insulator 134 is not located at any point on its surface in the vacuum in the chamber 10.

Am oberen Ende des Halterungsrohrs 89 ist ein oberer Stutzen 152 mit mehreren Schrauben 153 an der oberen Schraubenmutter 141 befestigt und mit einem Dichtungsring 154 abgedichtet. Das obere Ende der Spulenleitung 86 geht durch Stutzen 152 und ist mit einem Dichtungsstöpsel 155 abgedichtet. Der Stutzen 152 umfaßt eine Einlaßöffnung 156 zur Einleitung von Kühlwasser, die mit dem Kammerraum 157 im Halterungsrohr 89 in Verbindung steht. Durch öffnungen 158 im unteren Ende des Halterungsrohrs 89 ist eine Verbindung zum Innenhohlraum 47 im oberen Kathodenflansch 14a geschaffen. Auslaßöffnung 88 im Halterungsrohr 89 stellt eine Verbindung zur Auslaßöffnung 160 des Stutzens 152 her. An den Verbindungsstellen eingesetzte Dichtungen trennen die Einlaß- und Auslaßöffnungen 156 bzw. 160 von dem entsprechenden Kammerraum 157 im Rohr 89 ab.At the upper end of the support tube 89 is an upper connecting piece 152 with a plurality of screws 153 on the upper screw nut 141 attached and sealed with a sealing ring 154. The upper end of the coil line 86 goes through nozzles 152 and is sealed with a sealing plug 155. The nozzle 152 includes an inlet port 156 for the introduction of Cooling water, which is in communication with the chamber space 157 in the support tube 89. Through openings 158 in the lower end of the Holding tube 89 is connected to the inner cavity 47 in the upper cathode flange 14a. Outlet port 88 in the holding tube 89 establishes a connection to the outlet opening 160 of the connecting piece 152. Used at the connection points Seals separate the inlet and outlet ports 156 and 160, respectively, from the corresponding chamber space 157 in the tube 89 from.

Das Kühlwasser fließt zur Einlaßleitung 25a und von der Einlaßöffnung 156 des oberen Stutzens 152 durch den Kammerraum 157 in Halterungsrohr 89 zum Innenhohlraum 47 im Ober-The cooling water flows to and from the inlet pipe 25a Inlet opening 156 of the upper port 152 through the chamber space 157 in support tube 89 to inner cavity 47 in the upper

3Q9851/1fH13Q9851 / 1fH1

teil des Kathodenflanschs 14a, worauf es um den oberen Plansch 77a der Spule 76 geleitet wird. Die Kühlflüssigkeit verläßt den oberen Kathodenflansch Ha durch die ringförmige öffnung 63 und fließt in die in der hülsenförmigen Kathode gelegene Kammer 62 und den Hohlraum 57 im unteren Kathodenflansch 146. Die Flüssigkeit fließt um den unteren Flansch 77b der Spule 76 und nach oben durch Öffnungen 95 in die Innenkammer 87 in Hülse 77. Flansche 77a und 77b bilden Hemmwände, die den Flüssigkeitsfluß so lenken, daß Kathodenflansche 14a und 14b ausreichend gekühlt werden. Die Flüssigkeit fließt dann durch Auslaßöffnung 88 des Halterungsrohrs 89 weiter zur Auslaßöffnung 160 im Stutzen 152.part of the cathode flange 14a, whereupon it is the upper puddle 77a of the coil 76 is passed. The cooling liquid leaves the upper cathode flange Ha through the annular opening 63 and flows into the in the sleeve-shaped cathode located chamber 62 and the cavity 57 in the lower cathode flange 146. The liquid flows around the lower flange 77b of the coil 76 and upwards through openings 95 into the inner chamber 87 in sleeve 77. Flanges 77a and 77b form barrier walls, which direct the flow of liquid so that cathode flanges 14a and 14b are adequately cooled. The liquid flows then through the outlet opening 88 of the holding tube 89 to the outlet opening 160 in the connecting piece 152.

Die in Figur 2 dargestellte Anordnung umfaßt ferner einen Bodenabschnitt mit einem unteren Isolator 164, der aus dem gleichen Material wie der obere Isolator 70 bestehen kann und zwischen einem nichtmagnetischen Bodendeckel 165 und dem Boden des unteren Flanschabschnitts 53 des Kathodenflanschs 14b eingepreßt ist. Ein aus dem gleichen Material wie Isolator 134 bestehender Kunststoff-Isolator 166 ist in den unteren Flanschabschnitt 53 eingeschraubt, während Bodendeckel 165 in Isolator 166 eingeschraubt ist. Dichtungsringe 167, 168 ergeben eine Abdichtung an Isolator 164. Die Gesamtanordnung ergibt einen langen, engen, ringförmigen Spalt 171, der der Rille 71 zwischen dem oberen Isolator und der Oberseite des oberen Kathodenflanschs 14a ähnelt.The arrangement shown in Figure 2 further includes a bottom portion with a lower insulator 164, which consists of the same material as the upper insulator 70 and between a non-magnetic bottom cover 165 and the Bottom of the lower flange portion 53 of the cathode flange 14b is pressed in. A plastic insulator 166 made of the same material as insulator 134 is in the lower Flange section 53 screwed in, while bottom cover 165 is screwed into insulator 166. Sealing rings 167, 168 result in a seal on insulator 164. The overall arrangement results in a long, narrow, annular gap 171, which is the Groove 71 between the upper insulator and the top of the upper cathode flange 14a is similar.

An allen Stellen, an denen sich bei Isolatoren 70 und 164 ein Kontakt mit Metall ergibt, ohne daß das Metall auf Kathodenpotential ist (oder mindestens auf einem stark vom Kathodenpotential abweichenden Potential ist), ist ein langer, enger Schlitz vorgesehen, so z.B. Rille 71 an Isolator 70 und Spalt 171 an Isolator 164. Der Schlitz erstreckt eich in allen Fällen senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien. Dadurch kannAt all points where insulators 70 and 164 come into contact with metal without the metal Cathode potential is (or at least at a potential that deviates significantly from the cathode potential), is a long, narrow slot is provided, such as groove 71 on insulator 70 and gap 171 on insulator 164. The slot extends in all Cases perpendicular to the magnetic lines of force. This can

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zerstäubtes Material nicht in den Schlitz eindringen und die Isolatoroberfläche am Schlitz beschichten, was schließlich zur Herstellung einer leitenden Verbindung und damit zum Kurzschluß führen würde· Wie aus der Figur ersichtlich, verlaufen die mit 172 bezeichneten magnetischen Kraftlinien senkrecht zu den ringförmigen Spalten 71 und 171. Die Kraftlinien an Spalten 71 und 171 sind parallel zu den Kraftlinien 172. Dieser Verlauf des magnetischen Feldes verhindert, daß Elektronen in die Spalte eindringen und darin G-asmoleküle usw. ionisieren.atomized material does not penetrate into the slot and coat the insulator surface at the slot, which ultimately leads to Establishing a conductive connection and thus would lead to a short circuit · As can be seen from the figure, the run with 172 designated magnetic lines of force perpendicular to the annular gaps 71 and 171. The lines of force at gaps 71 and 171 are parallel to lines of force 172. This course of the magnetic field prevents electrons from entering the gap and ionizing gas molecules etc. therein.

Beim Betrieb liegt eine Kathodenschicht 173 an der Kathodenhülse an und erstreckt sich zwischen Spalt 112 zwischen oberem Flansch Ha und Anode 16.In operation, a cathode layer 173 lies against the Cathode sleeve and extends between gap 112 between upper flange Ha and anode 16.

Durch Verwendung verhältnismäßig niederer Gasdrucke lassen sich große Abscheidungsflächen erzielen. Die freie Weglänge oder die mittlere geradlinige Flugstrecke, auf der das zerstäubte Material keine Zusammenstöße mit den Gasmolekülen oder den eigenen Ionen des verdampften Materials erleidet, ist dem Druck umgekehrt proportional, sodaß ein bei niederen Drucken betreibbares Aufdampfsystem der oben beschriebenen Art mit großen Abständen von der Materialquelle arbeiten kann, wobei die Bewegung der aufgedampften Partikel immer noch im wesentlichen geradlinig ist.Large deposition areas can be achieved by using relatively low gas pressures. The free path or the mean straight flight path over which the atomized material does not collide with the gas molecules or the own ions of the vaporized material suffers, is inversely proportional to the pressure, so that one at lower Printing operable evaporation system of the type described above can operate at large distances from the material source, the movement of the deposited particles still being substantially rectilinear.

Erfindungsgemäß wird eine leistungsfähige Falle zwischen der als Kathode verwendeten Zylinderhülse und den Flanschen 14a, 14b geschaffen, wie durch die Kraftlinien 172 in Figur 2 angedeutet. Zum richtigen Betrieb der Falle wird der Strom durch die inneren und äußeren Feldspulen eingereglt und geeignete magnetische und nichtmagnetische Metalle werden an den betreffenden Stellen der Anordnung verwendet.According to the invention, a powerful trap is created between the cylinder sleeve used as the cathode and the flanges 14a, 14b, as indicated by the lines of force 172 in FIG. Electricity is essential for the correct operation of the trap regulated by the inner and outer field coils and suitable magnetic and non-magnetic metals are turned on used in the relevant places in the order.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, daß das System in seinen Abmessungen veränderlich ist, d.h. der Durchmesser und, wichtiger noch, die Länge der Kathode können verändert werden,Another important advantage is that the system is variable in its dimensions, i.e. the diameter and, more importantly, the length of the cathode can be changed,

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ohne daß dabei der Betrieb wesentlich beeinträchtigt würde. Die Kathode wirkt im wesentlichen als geradlinige Quelle und läßt sich deshalb ohne bedeutende andere Abänderungen der Anordnung verlängern.without the operation being significantly impaired. The cathode acts essentially as a rectilinear source and can therefore be extended without significant other changes to the arrangement.

Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, daß Betrieb mit einer verhältnismäßig niederen Spannungsdifferenz zwischen Kathode und Anode möglich ist. Die Ausbeute des Aufdampfprozesses, d.h. die Zahl der pro einfallendes Ion aufgedampften Atome, steigt nicht genau linear bei höheren Ionenenergien an. Bei einer bestimmten Eingangsleistung ergibt sich deshalb bei niederen Spannungen eine höhere Abscheidungsrate als bei höheren Arbeitsspannungen. Betrieb mit niederen Spannungen bedeutet außerdem, daß die Anlage leistungsfähig ist, aber keine kostspieligen Isolierprobleme für die Stromversorgung und die Abscheidungsvorrichtung selbst schafft.An additional advantage of the device according to the invention is that operation with a relatively low Voltage difference between cathode and anode is possible. The yield of the vapor deposition process, i.e. the number of per incident ion of evaporated atoms does not increase exactly linearly with higher ion energies. With a certain input power, there is therefore an at low voltages higher deposition rate than at higher working voltages. Low voltage operation also means that the Plant is efficient, but no costly insulation problems for the power supply and the separation device creates himself.

Als weiterer Vorteil ist zu erwähnen, daß der Betriebsstrom einer hohen Potenz der Arbeitsspannung proportional ist, d.h. der Strom I ist proportional Vⁿ, wobei der Exponent η Werte zwischen 5 und 7 annimmt. Eine geringe Spannungsänderung führt damit zu einer starken Stromänderung.Another advantage that should be mentioned is that the operating current is proportional to a high power of the operating voltage, ie the current I is proportional to V ⁿ , the exponent η taking on values between 5 and 7. A small change in voltage thus leads to a large change in current.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß eine gute "Anodenverbindung" hergestellt werden kann. Diese ergibt sich aus dem Zusammenwirken mehrerer kennzeichnender Eigenschaften, darunter die flanschartige Kathodenform und die Möglichkeit bei verhältnismäßig niederen Spannungen zu arbeiten. Gute Anodenverbindung bedeutet in diesem Zusammenhang auch, daß Anode 16 in Bezug auf Flansch 14a so angeordnet ist, daß ein Elektron bei seinem Auftreffen auf eine den Plansch nicht schneidende Feldlinie sobald als möglich auf die Anode geführt wird oder möglichst nahe zum Kathodenflansch kommt, nachdem das Elektron eich radial nach außen Another advantage of the present invention is that a good "anode connection" can be made. This results from the interaction of several characteristic properties, including the flange-like cathode shape and the possibility of working at relatively low voltages. In this context, a good anode connection also means that anode 16 is arranged in relation to flange 14a in such a way that an electron, when it hits a field line that does not intersect the surface, is guided to the anode as soon as possible or comes as close as possible to the cathode flange after the Electron calibrates radially outwards

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auf eine Bahn hinbewegt hat, die nicht den Kathodenflansch kreuzt. Es besteht damit praktisch kein Spannungsabfall zwischen dein Plasma und der Anode und fast die gesamte angelegte Spannung trägt zur verlustfreien Durchführung des Verfahrens bei.moved towards a path that does not cross the cathode flange. There is practically no voltage drop between your plasma and the anode and almost all of the applied voltage contributes to the loss-free implementation of the process at.

Als weiterer Vorteil ist zu erwähnen, daß die Trägerfläche nur in sehr geringem Maße erhitzt wird, da das Plasmabombardement der Trägerfläche infolge Begrenzung des Plasmas auf den kathodennahen Raum sehr gering ist. In der Vorrichtung können deshalb Trägerflächen aus Materialien verwendet werden, die leicht schmelzen oder Gase abgeben. Auch wird die Struktur des Materials der Trägerfläche durch Elektronenbombardement nicht wesentlich verändert. Bei Bedarf läßt sich aber ein Elektronenbombardement der Trägerfläche durch Abschaltung des Magnetfelds oder durch Eintauchen der Trägerfläche in ein im entsprechenden Gebiet erzeugtes Plasma erzielen.Another advantage to be mentioned is that the support surface is heated only to a very small extent, since the plasma bombardment of the support surface as a result of the limitation of the plasma on the space near the cathode is very low. Support surfaces made of materials can therefore be used in the device that melt easily or give off gases. The structure of the material of the support surface is also determined by electron bombardment not changed significantly. If necessary, however, electron bombardment of the carrier surface can be achieved by switching off the Achieve magnetic field or by immersing the support surface in a plasma generated in the corresponding area.

Vorteilhaft wirkt sich aus, daß Kathode und Anode leicht mit Wasser gekühlt werden können, da dadurch die Anordnung für sehr hohe Stromdichten ausgelegt werden kann.It is advantageous that the cathode and anode can be easily cooled with water, since this makes the arrangement for very high current densities can be designed.

Besonders vorteilhaft wirkt sich aus, daß die Isolatoren 70 und 164 infolge der Anbringung der Spalte 71 und 171 und deren Form praktisch unbegrenzte Lebensdauer haben.It is particularly advantageous that the insulators 70 and 164 as a result of the attachment of the gaps 71 and 171 and the shape of which has a practically unlimited lifespan.

In der in Figur 2 dargestellten Anordnung sind nur Metalle und die üblicherweise aus Pyrexglas, Quarz oder einem keramischen Material hergestellten Isolatoren 70 und 164 dem in der Kammer herrschenden Vakuum ausgesetzt. Dies bedeutet, daß keine leicht Gas abgebenden Polymeren oder Kunststoffe das Vakuum beeinflussen oder verschlechtern.In the arrangement shown in Figure 2 are only metals and usually made of Pyrex glass, quartz or a ceramic material made insulators 70 and 164 dem exposed to the vacuum prevailing in the chamber. This means that no easily gas-emitting polymers or plastics affect or worsen the vacuum.

Als zusätzlicher Vorteil ist zu erwähnen, daß die Stromdichte auf einer großen Fläche stabil und gleichförmig ist, sodaß sich Material in einem weiten Stromdichtenbereich gleichmäßig abscheiden läßt.As an additional advantage it should be mentioned that the current density is stable and uniform over a large area, so that material can be found in a wide range of current densities can be deposited evenly.

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In einer Zerstäubungsanlage kann die Betriebsspannung V zur Bewertung des Wirkungsgrads verwendet werden. Es giltIn an atomization system, the operating voltage V can be used to evaluate the efficiency. It applies

V = EV = E

wobei E. die durchschnittlich zur Erzeugung eines Ions durch ein Elektron aufzuwendende Energie bedeutet; γ (Gamma) bezeichnet den Ionen-Elektronen-Sekundäremissionskoeffizient, der sich aus dem Ionenbombardement des Kathodenmaterials ergibt; ε« (Epsilon) bezeichnet den Bruchteil der in der Falle verloren gegangenen Elektronenergie ; und ε« bezeichnet schließlich den Bruchteil der die Kathode erreichenden Ionen.where E. denotes the average energy required to generate an ion by an electron; γ (gamma) denotes the ion-electron secondary emission coefficient, which results from the ion bombardment of the cathode material; ε « (epsilon) denotes the fraction of the electron energy lost in the trap; and ε «denotes the fraction of the ions reaching the cathode.

E. hängt von den Eigenschaften des verwendeten Gases ab und beträgt ungefähr 30 ev pro Ion im Falle von Argon. Der Gammawert für Argon beträgt etwa 0,1, d.h. ein Ion von 10 auf die Kathode auftreffenden Ionen erzeugt ein in das Plasma emittiertes Elektron, während die anderen Ionen im Kathodenmetall verbleiben. Diese durch Ionenbombardement erzeugten Elektronen werden in der Kathodenschicht beschleunigt und- erreichen eine ungefähr der angelegten Spannung V entsprechende Energie. Da diese Elektronen eingefangen sind und Energie verlieren, tragen sie zur Plasmaerzeugung bei, sodaß dadurch weitere Ionen geschaffen werden, die ihrerseits zur Zerstäubung beitragen und neue Sekundärelektronen erzeugen, usw. Falls die durch das Magnetfeld geschaffene Falle sehr wirksam ist, nimmt ^₁ den Wert eins an und alle Elektronen bleiben eingefangen, bis sie ihre Energie verloren haben. Einige der Ionen diffundieren aus dem Plasma, während andere zur Kathode gezogen werden. £p bedeutet den Bruchteil der an die Kathode weitergeführten Ionen und schwankt zwischen Null und Eins, nimmt aber normalerweise nicht den Wert eins an. Im Falle einer perfekten Falle ist das Produkt aus ε. und f~ gleich eins, woraus sich eine Arbeitsspannung von 300 V ableiten läßt. Im Falle Jes hier beschriebenen beispielhaften Systems beträgt die Betriebs»E. depends on the properties of the gas used and is approximately 30 ev per ion in the case of argon. The gamma value for argon is about 0.1, which means that one ion in every 10 ions hitting the cathode produces one electron emitted into the plasma, while the other ions remain in the cathode metal. These electrons generated by ion bombardment are accelerated in the cathode layer and reach an energy approximately corresponding to the applied voltage V. As these electrons are trapped and lose energy, they contribute to the generation of the plasma, thus creating more ions which in turn contribute to the sputtering and generate new secondary electrons, etc. If the trap created by the magnetic field is very effective, ^ _{1 takes} its value one on and all electrons remain trapped until they have lost their energy. Some of the ions diffuse out of the plasma while others are drawn towards the cathode. £ p means the fraction of the ions carried on to the cathode and fluctuates between zero and one, but does not normally take on the value one. In the case of a perfect case, the product is ε. and f ~ equals one, from which a working voltage of 300 V can be derived. In the case of the exemplary system described here, the operating »

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spannung etwa 800 V und das Produkt aus ε. und tp ist etwa 0,3, d.h. der Wirkungsgrad beträgt etwa 30$. In den im folgenden beschriebenen Hohlkathodensystemen fördert die sogenannte "Umschlingungsgeometrie" hohe i\.-Werte. Typische Arbeitsspannungen belaufen sich in diesem Fall auf etwa 400 V und das Produkt ⁴^t₂ beträgt 0,75.voltage about 800 V and the product of ε. and tp is about 0.3, that is, the efficiency is about $ 30. In the hollow cathode systems described below, the so-called "looping geometry" promotes high i \. -Values. Typical working voltages in this case amount to around 400 V and the product ⁴ ^ t ₂ is 0.75.

Im Falle der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform sind hohe, dem Wert eins sich nähernde ε* und tp-Werte erwünscht. Dies läßt sich erreichen durch Verwendung einer wirksamen Falle, die möglichst nahe an der Kathodenhülse anzubringen ist. Der E₁-Wert nähert sich dann eins und Ionen werden sehr nahe bei der Kathode erzeugt, was den ?.₂-Wert näher an eins bringt. Der y-Wert hängt vom benutzten Gas ab und beträgt etwa 0,1 im Falle von Argon. Der E.-Wert hängt ebenfalls vom Gas ab, beträgt aber typischerweise 30 ev/Ion im Falle der gewöhnlich in Zerstäubungsanlagen verwendeten Gase. In den' bekannten Zerstäubungsvorrichtungen beträgt die Arbeitsspannung etwa 300 V, sodaß die Isolation ein bedeutendes Problem darstellt. Wenn niedrigere Spannungen (800 - 850 V) verwendet werden können, wie dies im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich ist, verliert die Isolationsfrage an Bedeutung für die Kathode und die Spannungszuführung.In the case of the embodiment shown in FIG. 2, high ε * and tp values approaching the value one are desired. This can be achieved by using an effective trap which is to be attached as close as possible to the cathode sleeve. The E ₁ value then approaches one and ions are generated very close to the cathode, which is the? ₂ value brings it closer to one. The y-value depends on the gas used and is about 0.1 in the case of argon. The E. value also depends on the gas, but is typically 30 ev / ion in the case of the gases commonly used in atomization systems. In the known atomizing devices, the working voltage is about 300 V, so that the insulation is a significant problem. If lower voltages (800-850 V) can be used, as is possible in the case of the device according to the invention, the question of insulation becomes less important for the cathode and the voltage supply.

Obwohl ein inneres und ein äußeres Magnetfeld in der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung verwendet werden, genügt im Prinzip eines der Felder, besonders wenn geeignete Materialien für die Teile der Vorrichtung verwendet werden und der Feldlinienverlauf durch magnetische Platten modifiziert wird. Wie vorher erwähnt, ist es zweckmäßig, die magnetischen Kraftlinien möglichst nahe an der zylindrischen Kathode 40 parallel zu ihr vorbeizuführen. Dieser Feldverlauf läßt sich am besten erreichen mit einem inneren Magnetfeld, das einem äußeren Magnetfeld überlagert ist, wobei die Stärke beider Felder Although an internal and an external magnetic field are used in the device shown in FIG. 2, in principle one of the fields is sufficient, especially if suitable materials are used for the parts of the device and the course of the field lines is modified by magnetic plates. As previously mentioned, it is expedient to guide the magnetic lines of force as close as possible to the cylindrical cathode 40 and parallel to it. This field course can best be achieved with an internal magnetic field that is superimposed on an external magnetic field, the strength of both fields

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verändert werden kann, um den erwünschten Verlauf des resultierenden Feldes einzustellen. Beide Felder können dann zur Einregelung der richtigen Feldstärke gemeinsam verändert werden, ohne daß hierbei der Verlauf der Kraftlinien in Bezug auf die Kathode verändert wird.Can be changed to the desired course of the resulting Field. Both fields can then be changed together to adjust the correct field strength, without referring to the course of the lines of force is changed on the cathode.

Figuren 3a - 3d zeigen eine andere Ausführungsform und gewisse Abänderungen derselben, wobei die geflanschte Hohlkathode dieser Ausführungsformen trotz äußerer Ähnlichkeit und ähnlicher Betriebsweise eine Umkehrung der in Figur 2 dargestellten Kathode 14 bildet. Figur 3a zeigt den Längsschnitt der Gesamtanordnung, deren Querschnitt in Figur 3b dargestellt ist. Figuren 3c und 3d zeigen Ausschnitte vorzugsweiser Abänderungen der Endabschnitte. Figur 3c ist insbesondere eine Teilansicht eines Abschnitts am linken Ende, doch können beide Enden der Vorrichtung in dieser Weise ausgebildet werden. Bei Figur 3d handelt es sich um eine Teilansicht des rechten Endabschnitts, doch können auch in diesem Fall beide Enden der "Vorrichtungen in gleicher Weise ausgestaltet werden.FIGS. 3a-3d show another embodiment and certain modifications thereof, with the flanged hollow cathode In spite of external similarity and a similar mode of operation, these embodiments represent a reversal of that shown in FIG Cathode 14 forms. FIG. 3a shows the longitudinal section of the overall arrangement, the cross section of which is shown in FIG. 3b is. Figures 3c and 3d show details of preferred modifications of the end sections. Figure 3c is particularly one Partial view of a portion at the left end, but both ends of the device can be formed in this way. at Figure 3d is a partial view of the right end portion, but both ends of the "Devices are designed in the same way.

Die in Figur 3a dargestellte Hohlkathode umfaßt eine Kathodentrommel 214 mit Endflanschen 214a und 214b. Die Kathode ist zylindrisch und die Flansche 214a, 214b haben die Form von Ringen. Kanäle 214c für Kühlwasser können in der in Figur 3d gezeigten Weise an den Flanschen vorgesehen werden. Die Kathodentrommel und die Flansche werden entweder aus dem zu zerstäubenden Material angefertigt oder aus einem nichtmagnetischen Material wie Aluminium oder rostfreiem Stahl, auf dem das zu zerstäubende Material als etwa 0,3 - 3 mm dicke Innenschicht aufgetragen ist. Die austauschbare Kathodentrommel kann in der in Figur 3a gezeigten Weise an ein äußeres, zylinderförmiges Gehäuse 215 angeschweißt werden, sodaß sich ein ringförmiger Hohlraum 215a für Kühlwasser ergibt· Trommel wird zweckmäßigerweise durch Dichtungsringe 215b und 215 cThe hollow cathode shown in Figure 3a comprises a cathode drum 214 with end flanges 214a and 214b. The cathode is cylindrical and the flanges 214a, 214b are in the form of rings. Channels 214c for cooling water can be in the in Figure 3d be provided on the flanges in the manner shown. The cathode drum and the flanges are either from the one to be sputtered Material made or made of a non-magnetic material such as aluminum or stainless steel on which the material to be atomized is applied as an inner layer about 0.3 - 3 mm thick. The replaceable cathode drum can in the manner shown in Figure 3a to an outer, cylindrical Housing 215 are welded, so that there is an annular cavity 215a for cooling water · drum is expediently through sealing rings 215b and 215c

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in der in Figuren 3c bzw. 3d gezeigten Weise im Innern des Gehäuses 215 gehaltert, sodaß sich ein ringförmiger Hohlraum 215d für das Kühlwasser ergibt.held in the manner shown in Figures 3c and 3d in the interior of the housing 215, so that an annular Cavity 215d results for the cooling water.

Die ringförmigen Anoden 216a, 216b sind von der Kathode durch Isolatoren 218, 219 getrennt, die aus dem gleichen Material wie der in Figur 2 dargestellte Isolator hergestellt sind. Wie unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben, sind Rillen 216c zur Verbesserung der Haftung des auf die Anode auftreffenden zerstäubΰ«ϋ Materials vorgesehen. Die Anoden 216a, 216b sind mit Hohlräumen 223 bzw. 224 versehen und zweckmaßigerAreise in der in Figuren 3c und 3d gezeigten Weise an Endplatten 221, 222 befestigt, sodaß sich Innenräume 223a, 224b ergeben. Nach Abnahme der Endplatten 221, 222 lassen sich die Hohlräume für das Kühlwasser reinigen.The ring-shaped anodes 216a, 216b are separated from the cathode by insulators 218, 219 made of the same material as the insulator shown in Figure 2 are made. As with reference to figure 2 described, grooves 216c are for improving the Adhesion of the atomized material hitting the anode intended. The anodes 216a, 216b are hollow 223 and 224, respectively, and more conveniently on end plates in the manner shown in Figures 3c and 3d 221, 222 attached so that interiors 223a, 224b result. After removing the end plates 221, 222 clean the cavities for the cooling water.

Enge ringförmige Spalte 228, 229 sind, wie in Figuren 3a, 3c und 3d dargestellt, zwischen der Kathode, der Anode und den Isolatoren 218, 219 angebracht und ähneln in ihrer Form und Funktion den Spalten 71, 170 der in Figur 2 dargestellten Anordnung. In jedem Fall schneiden die von der Magnetspule 234 erzeugton Kraftlinien die Spalte unter einem rechten Winkel. Weitere öffnungen 228a, 228b (Figur 3c bzw. Figur 3d) können hinzugefügt werden, um die Entfernung von Gasen aus den Spalten zu verbessern, v/ie unter Bezugnahme auf Figur erwähnt. Ein zweiter Satz von Spalten 231, 232 (Figur 3a) und 231a, 232a (Figuren 3c und 3d) ist zwischen den Kathodenflanschen 214a, 214b und den Anoden 216a, 216b zu den magnetischen Feldlinien parallel verlaufend angeordnet. Narrow annular gaps 228, 229 are, as shown in Figures 3a, 3c and 3d, between the cathode, attached to the anode and insulators 218, 219 and are similar in their form and function to the columns 71, 170 of the arrangement shown in FIG. In any case intersect the lines of force generated by solenoid 234 the column at a right angle. Further openings 228a, 228b (FIG. 3c and FIG. 3d) can be added to improve the removal of gases from the crevices, v / ie with reference to Figure mentioned. A second set of columns 231, 232 (Figure 3a) and 231a, 232a (Figures 3c and 3d) are between the Cathode flanges 214a, 214b and the anodes 216a, 216b arranged running parallel to the magnetic field lines.

In der Praxis besteht Magnetspule 234 typischerweise aus mehreren, aus einem nichtmagnetisehen Ma-In practice, solenoid 234 typically consists of several, from a non-magnetic magnet

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terial (beispielsweise Aluminium) bestehenden, auf einem isolierenden Körper 234a aufgebrachten Windungen (Figuren 3c und 3d). Der Körper isoliert die Windungen vom Außengehäuse 215 der Kathode. Die Windungen werden dann in der in Figur 3a dargestellten Weise über den Entladungsraum geschoben. Die Windung 234- in Figuren 3a bis 3d bedeutet mehrere Spulen, deren Lage ebenso wie der Spulenstrom veränderlich sind, um die gewünschte Verteilung des Magnetfelds an der Kathode zu erzielen. Zweckmäßigerweise aus Eisen angefertigte magnetische Endplatten 237, 238 können an den Außenenden der Anoden 216a, 216b angebracht werden. Die magnetischen Kraftlinien werden eingeschnürt durch Platten 237, 238 gelenkt, um Kraftlinien durch die Anode zu führen und den "Anodenschluß" zu verbessern. Die magnetischen Endplatten der Kathode sind an der Kathode befestigt, sodaß Isolatoren 218, 219 durch mehrer Schrauben 237a, 238a festgehalten sind (Figuren 3c und 3d). Diese Schrauben verlaufen durch Dichtungsringe 215a, 215b, die aus einem Isoliermaterial wie beispielsweise einem Polykarbon-Kunststoff hergestellt sind.Material (for example aluminum) existing turns applied to an insulating body 234a (Figures 3c and 3d). The body isolates the turns from the outer casing 215 of the cathode. The turns are then pushed over the discharge space in the manner shown in FIG. 3a. The twist 234- in FIGS. 3a to 3d means several coils, the position of which, like the coil current, is variable to achieve the desired distribution of the magnetic field at the cathode. Appropriately off Iron-made magnetic end plates 237, 238 can be attached to the outer ends of the anodes 216a, 216b will. The magnetic lines of force are constricted by plates 237, 238 directed to lines of force through the anode and improve the "anode connection". The magnetic end plates of the cathode are attached to the cathode so that insulators 218, 219 are held in place by several screws 237a, 238a are (Figures 3c and 3d). These screws pass through sealing rings 215a, 215b, which are made of an insulating material such as a polycarbonate plastic.

Ein Paar aus dem gleichen Material wie Isolatoren 218, 219 hergestellter, zylindrischer Isolatoren 241, 242 ist an den Außenseiten der magnetischen Endplatten 237, 238 an den Erdungsplatten 245 bzw. 246 angebracht. Die Erdungsplatten halten die Plasmaentladung innerhalb der Hohlkathode, wenn mit Hilfe einer Vorspannung Material auf einer geerdeten Trägerfläche abgeschieden wird. Dabei wird eine der Stromversorgungen dazu verwendet, die Anode auf einem positiven Potential zu halten, das einige hundert Volt über dem Potentia?* der geerdeten Trägerfläche liegt» Eine zweite Strom-A pair of cylindrical insulators 241, 242 made of the same material as insulators 218, 219 are attached to the outer surfaces of the magnetic end plates 237, 238 on the grounding plates 245 and 246, respectively. The grounding plates keep the plasma discharge inside the hollow cathode when material is deposited on a grounded support surface with the aid of a bias voltage. One of the power supplies is used to keep the anode at a positive potential that is a few hundred volts above the potential? * Of the grounded support surface.

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Versorgung hält die Kathode auf einem negativen Potential, das einige hundert Volt unter dem der Trägerfläche liegt. Das bei der Entladung erzeugte Plasma befindet sich praktisch auf Anodenpotential und die geerdete Trägerfläche ist negativ in Bezug auf das Plasmapotential. Eine Zerstäubung findet von der Trägerfläche aus statt. Die verschiedenen Potentiale werden so eingeregelt, daß die Geschwindigkeit der von der Trägerfläche ausgehenden Zerstäubung geringer ist als die Abscheidungsgeschwindigkeit, sodaß insgesamt eine beschichtende Abscheidung von Material stattfindet. Diese Zerstäubung der Trägerfläche reinigt dieselbewährend des eigentlichen BeSchichtungsvorgangs. Die Erdungsplatten 245 und 246 gewährleisten, daß die auf positivem Potential liegenden Anoden keinen Stromfluß von den Vakuumpumpen und anderen geerdeten Abschnitten des Systems erzeugen können. Geeignete Stutzen 249 und 250 können an die Enden der Vorrichtung angesetzt werden und sind, ebenso wie die Erdungsplatten 245 _f 246 und äußeren Isolatoren 241, 242, mit Schrauben an die Endplatten 237, 238 angeschraubt. Diese Schrauben oder Gewindestangen sind in der in Figuren 3c und 3d gezeigten Weise mit Isolatoren 246a und 246b isoliert, sodaß die Anoden elektrisch von den Erdungsplatten getrennt sind. Stutzen 249 und 250 können an die Vakuumanlage angeschlossen sein, in der ein Ende des beweglichen oder ortsfesten Trägers 252 montiert ist, oder die gesamte in Figur 3a dargestellte Anordnung kann in einer Vakuumkammer der in Figur 1 dargestellten Art untergebracht sein. Gewebe 247f 248 aus rostfreiem Stahl mit Durchlaßöffnungen für Träger 252 sind an den Erdungsplatten 245, 246 an-The supply keeps the cathode at a negative potential, which is a few hundred volts below that of the support surface. The plasma generated during the discharge is practically at anode potential and the grounded carrier surface is negative with respect to the plasma potential. Atomization takes place from the support surface. The different potentials are regulated in such a way that the speed of the sputtering emanating from the carrier surface is lower than the deposition speed, so that overall a coating deposition of material takes place. This atomization of the carrier surface cleans it during the actual coating process. Ground plates 245 and 246 ensure that the positive anodes cannot generate current flow from the vacuum pumps and other grounded portions of the system. Suitable nozzles 249 and 250 can be attached to the ends of the device and, as well as the ground plates 245 _f 246 and outer insulators 241, 242 screwed with screws to the end plates 237, 238th These screws or threaded rods are insulated in the manner shown in Figures 3c and 3d with insulators 246a and 246b so that the anodes are electrically isolated from the grounding plates. Nozzles 249 and 250 can be connected to the vacuum system in which one end of the movable or stationary support 252 is mounted, or the entire arrangement shown in FIG. 3a can be accommodated in a vacuum chamber of the type shown in FIG. Mesh 247 and 248 made of stainless steel with passage openings for supports 252 are attached to the grounding plates 245, 246.

3 Ü 9 8 5 1 / 1 0 4 13 nights 9 8 5 1/1 0 4 1

226U36226U36

geschraubt.screwed.

Ein Kabel 256 ist an die linke Anode 216a in der in Figur 3a gezeigten Weise angeschlossen und ein weiteres Kabel 257 verläuft an der Magnetspule 234 vorbei an die rechte Anode 216b. Kabel 257 ist unter Magnetspule 234 angebracht, um zu verhindern, daß induktive Rückkopplung an die Magnetspule 234 im Falle starker Stromanstiege in der Entladung stattfindet. Kabel 256, 257 sind in der vorzugsweisen Ausführungsform geerdet, können aber auch an eine positive Spannung wie vorher erwähnt angeschlossen werden. Ein Kathodenjcabel 259 kann an Gehäuse 215 und an eine negative Spannung angeschlossen werden. In Figur 3c dargestellte Schrauben 215e ergeben eine gute elektrische Verbindung zwischen Kathodentrommel 214 und Gehäuse 215. Geeignete röhrenförmige Kanäle stellen eine Verbindung zu den Hohlräumen 223 und 224 und zu den weiteren Hohlräumen 215a und 216b in der Kathode zur Durchführung von Kühlwasser her, ähnlich wie unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben. Der Draht der Magnetspule 234 ist zweckmäßigerweise hohl und von Kühlwasser durchflossen. Nicht dargestellte Dichtungsringe sind zweckmäßigerweise zwischen Kathodentrommel 214 und Endflansche 214a, 214b der Kathode sowie zwischen Anoden 216a, 216b und Endplatten 221, 222 und zwischen die Endplatten der Anoden und die magnetischen Endplatten 237, 238 eingesetzt. Dichtungsringe 270 - 273 sind zwischen den Isolatoren 218, 219 und den Flanschen 214a, 214b sowie den Anoden 216a, 216b eingesetzt; Dichtungen 274, 275 werden zwischen Ringen 215b, 215c und Kathoden 214, 215 eingesetzt (Figuren 3c und 3d). Ähnliche Dichtungen sind an den Berührungsflächen der Isolatoren 241, 242 angebracht und zwischen Erdungsplatten 245, 246 und Stutzen 249, 250 einge setzt, sowie zwischen der wassergekühlten Trommel 214 (Figur 3c) und Endflanschen 214a und 214b.A cable 256 is connected to the left anode 216a in the manner shown in Figure 3a and a further cable 257 runs past the magnetic coil 234 to the right anode 216b. Cable 257 is attached under solenoid 234 to prevent inductive feedback to solenoid 234 from occurring in the event of large increases in current in the discharge. Cables 256, 257 are grounded in the preferred embodiment, but can also be connected to a positive voltage as previously mentioned. A cathode cable 259 can be connected to housing 215 and to a negative voltage. Screws 215e shown in Figure 3c result in a good electrical connection between cathode drum 214 and housing 215. Suitable tubular channels establish a connection to the cavities 223 and 224 and to the further cavities 215a and 216b in the cathode for the passage of cooling water, similar to below Described with reference to FIG. The wire of the magnetic coil 234 is expediently hollow and cooling water flows through it. Sealing rings (not shown) are expediently inserted between the cathode drum 214 and end flanges 214a, 214b of the cathode and between anodes 216a, 216b and end plates 221, 222 and between the end plates of the anodes and the magnetic end plates 237, 238. Sealing rings 270-273 are inserted between the insulators 218, 219 and the flanges 214a, 214b and the anodes 216a, 216b; Seals 274, 275 are inserted between rings 215b, 215c and cathodes 214, 215 (Figures 3c and 3d). Similar seals are attached to the contact surfaces of the insulators 241, 242 and inserted between grounding plates 245, 246 and nozzles 249, 250, and between the water-cooled drum 214 (FIG. 3c) and end flanges 214a and 214b.

309851/1041309851/1041

226U36226U36

Es stellte sich heraus, daß die in Figur 3 dargestellte Vorrichtung mit niedrigen Spannungen von etwa 300 Volt betrieben werden kann, da das Produkt Cj. cV, fast den Wert eins erreicht. Bei Verwendung der in Figur 3 dargestellten Hohlkathoden kann der Arbeitsstrom bei einem bestimmten Druck innerhalb weiter Grenzen verändert werden, ähnlich wie bei der in Figur 2 dargestellten Entladungsvorrichtung. Die Geschwindigkeit der Abscheidung auf Trägerfläche 252 in der Mitte der Kathode ist in erster Näherung unabhängig vom Druck und fast unabhängig von der Spannung. Der Druck ist damit ein im wesentlichen unabhängiger Parameter, der aus anderen Gründen verändert werden kann, so beispielsweise um die Keimbildungsprozesse an der Oberfläche zu beeinflussen.The device shown in Figure 3 was found to operate at low voltages of about 300 volts can be, since the product Cj. cV, almost reached the value one. When using the hollow cathodes shown in FIG. 3, the working current at a certain pressure can be changed within wide limits, similar to the discharge device shown in FIG. The speed the deposition on the support surface 252 in the center of the cathode is independent of the pressure and almost as a first approximation regardless of the voltage. The pressure is thus an essentially independent parameter, which for other reasons can be changed, for example to influence the nucleation processes on the surface.

Die in Figur 3 dargestellte Hohlkathodenanordnung ist im wesentlichen durch die gleichen Vorteile gekennzeichnet wie die unter Bezugnahme auf Figur 2 beschriebene Anordnung mit der Kathodenspule. So existiert eine Elektronenfalle in einem kleinen ringförmigen Gebiet, das von der Kathodenoberfläche aus nach innen verläuft und sich zu dem vom Innendurchmesser der Anode definierten Radius erstreckt. Wegen des guten Anodenschlusses dieser Anordnung besteht der gewünschte Gradient der Elektronenenergie in der Falle, d.h. zwischen dem Rand der nur einige Millimeter dicken Kathodenschicht und dem Innendurchmesser der Anode, die eine Begrenzung der Falle darstellt. Die die Falle durch Diffusion nach innen verlassenden Elektronen gelangen in die Nähe der Trägerfläche und nicht an die Anode, doch haben diese Elektronen nur sehr niedrige Energien von etwa 3 - 5 ev, wie durch Messungen mit elektrostatischen Sonden im Plasma festgestellt wurde. Obwohl die Erwärmung der Trägerfläche durch das Umgebungsplasma im Falle der Hohlkathodenanordnung stärker ist als in der Spulenanordnung, in der das Plasma nicht zur Träger-The hollow cathode arrangement shown in Figure 3 is essentially characterized by the same advantages as the arrangement described with reference to FIG with the cathode coil. So an electron trap exists in a small ring-shaped area that extends from the cathode surface runs inward and extends to the radius defined by the inner diameter of the anode. Because of the good With this arrangement connected to the anode, the desired gradient of the electron energy in the trap, i.e. between the edge of the cathode layer, which is only a few millimeters thick, and the inner diameter of the anode, which are a limitation of the Trap represents. The electrons leaving the trap by diffusion inwards come close to the carrier surface and not to the anode, but these electrons only have very low energies of about 3 - 5 ev, as can be seen from measurements with electrostatic probes in the plasma was detected. Although the heating of the support surface by the ambient plasma is stronger than in the case of the hollow cathode arrangement in the coil arrangement, in which the plasma is not used as a carrier

3 0 9 8 5 1 / 1 0 A 13 0 9 8 5 1/1 0 A 1

fläche reicht, ist die Erwärmung immer noch geringer als in bekannten Vorrichtungen, da das Plasma vor Erreichen der Trägerfläche abgekühlt wird.area is enough, the heating is still less than in known devices, since the plasma before reaching the Support surface is cooled.

Figur 4- zeigt eine erfindungsgemäße Entladungsvorrichtung für mit Hochfrequenz betriebene Glimmentladungen, die in einer bekannten Vakuumkammer 311 mit Doppelelektroden 312 stattfinden.Figure 4- shows a discharge device according to the invention for glow discharges operated with high frequency, which occur in a known vacuum chamber 311 with double electrodes 312 take place.

Die Entladungsvorrichtung 312 umfaßt zwei koachsiale Elektroden 313, 3H, die an einem Halterungsrohr 315 befestigt in Vakuumkammer 311 montiert sind. Elektroden 313, 314 befinden sich in einem bestimmten Abstand voneinander und sind elektrisch durch einen geeigneten Isolator 316 getrennt. The discharge device 312 comprises two coaxial electrodes 313, 3H which are attached to a support tube 315 are mounted in vacuum chamber 311. Electrodes 313, 314 are located at a certain distance from one another and are electrically separated by a suitable insulator 316.

Elektrode 313 ist mit einem oberen Plansch 313a, Elektrode 3H mit einem entsprechenden unteren Plansch 314a versehen, wobei die Plansche einerseits zur Halterung und andererseits zum Schließen der Plasmafalle dienen. Wie weiter unten noch erläutert, können die Elektroden 313, 314 mit dem Magnetfeld so zusammenwirken, daß auch ohne die an den Enden angebrachten Plansche 313a, 314a die Falle geschlossen ist, sodaß die Plansche an sich weggelassen werden können.Electrode 313 has an upper surface 313a, electrode 3H is provided with a corresponding lower surface 314a, the surface being on the one hand for holding and on the other hand serve to close the plasma trap. As will be explained further below, the electrodes 313, 314 interact with the magnetic field in such a way that the trap closes even without the flaps 313a, 314a attached to the ends so that the splash can be omitted per se.

Die beiden Elektroden 313, 314 ergeben eine zylindrische Hochfrequenz-Kathode. Eine typischerweise mit 1,8 Megahertz arbeitende HP-Versorgungseinheit 317 ist über eine durch Halterungsrohr 315 verlaufende, abgeschirmte Übertragungsleitung 318a an Elektroden 313, 314 angeschlossen.The two electrodes 313, 314 result in a cylindrical high-frequency cathode. One typically 1.8 megahertz Working HP supply unit 317 is via a shielded transmission line running through support tube 315 318a connected to electrodes 313, 314.

Mehrere Feldspulen 318 sind um die Außenwand des elektrisch leitenden Gehäuses 3Ha der Vakuumkammer 311 gewickelt und von demselben isoliert. Die Feldspulen erzeugen ein homogenes Magnetfeld in der Kammer, wobei die Kraftlinien dicht an und zwischen den Elektroden 313, 314 in derA plurality of field coils 318 are wound around the outer wall of the electrically conductive housing 3Ha of the vacuum chamber 311 and isolated from the same. The field coils create a homogeneous magnetic field in the chamber, with the lines of force close to and between the electrodes 313, 314 in FIG

3 U 9 8 5 1 / 1 0 /♦ 13 U 9 8 5 1/1 0 / ♦ 1

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durch Linien 319 angedeuteten Weise verlaufen.by lines 319 indicated manner.

Die Vakuumkammer 311 enthält ein geeignetes Arbeitsgas unter verhältnismäßig niedrigem Druck, z.B. 0,5 -1,0 Mikron Hg.The vacuum chamber 311 contains a suitable working gas at a relatively low pressure, e.g., 0.5-1.0 Micron ed.

Halterungsrohr 315 und Übertragungsleitung 318 gehen durch eine geeignete Vakuumdichtung 320 an der Oberseite der Kammer 311. Ein geeignet geformter Isolator 321 isoliert Halterungsrohr 315 von Elektrode 313» sodaß das Halterungsrohr nicht auf Kathodenpotential ist und nicht zur Aufprallfläche des Zerstäubungsprozesses wird.Bracket tube 315 and transmission line 318 go by a suitable vacuum seal 320 at the top of the chamber 311. A suitably shaped insulator 321 insulates Holding tube 315 of electrode 313 "so that the holding tube is not at cathode potential and not at the point of impact of the atomization process.

Das untere Ende der Vakuumkammer 311 umfaßt eine Rohrleitung 322, die über ein geeignetes Ventil an eine an sich bekannte Vakuumpumpe angeschlossen ist. Eine elektrisch leitende Abschirmung 323 in Form eines Maschengewebes deckt die in das leitende Gehäuse 311a der Vakuumkammer 311 gehende öffnung ab, über die Rohrleitung 322 mit dem Innern der Kammer in Verbindung steht. Abschirmung 323 und das leitende Gehäuse 311a bilden eine HP-Abschirmung, die zweckmäßigerweise an den geerdeten Mittelanschluß der Hochfrequenzversorgung angeschlossen wird, um Rückkopplung über die Erdung zu vermeiden. Abschirmung 323 schützt außerdem die Vakuumpumpe vor Entladungen, die sich ohne die Abschirmung in die Pumpe erstrecken könnten.The lower end of the vacuum chamber 311 includes a pipe 322, which is connected to a known vacuum pump via a suitable valve. An electrically conductive one Shield 323 in the form of a mesh fabric covers the Opening into the conductive housing 311a of the vacuum chamber 311, via the pipeline 322 to the interior of the chamber communicates. Shield 323 and the conductive housing 311a form an HP shield, which is expediently is connected to the grounded center connection of the radio frequency supply in order to provide feedback via the ground avoid. Shield 323 also protects the vacuum pump from discharges that could occur in the pump without the shield could extend.

Eine aus einem Isolator 324 und einer Abschirmung 325 bestehende Abdeckung ist an Plansch 314a und Elektrode 314 angebracht und verhindert, daß die Endfläche dieser Elektrode zerstäubt wird.One of an insulator 324 and a shield 325 existing cover is attached to puddle 314a and electrode 314 and prevents the end face of that electrode is atomized.

Geeignete, nicht dargestellte Kühlmittelleitungen sind über Halterungsrohr 315 an die Entladungsvorrichtung 312 zur Zuführung flüssiger Kühlmittel, z.B. Kühlwasser, angeschlossen. Suitable coolant lines, not shown, are connected to the discharge device 312 via holding tube 315 Supply of liquid coolants, e.g. cooling water, connected.

Eine Trägerfläche 326 ist in Vakuumkammer 311 einge-A support surface 326 is set in vacuum chamber 311.

0 9 8 5 1/100 9 8 5 1/10

schlossen, sodaß ein Überzug von jeder der Elektroden 313, 314 aus zerstäubt werden kann, da diese Elektroden die kathodischen Aufprallilächen des Systems darstellen.closed so that a coating of each of the electrodes 313, 314 can be sputtered off since these electrodes represent the cathodic impact surfaces of the system.

Die in Figuren 5a - 5d dargestellten Doppelelektroden-Anordnungen bestehen jeweils aus einer konischen Elektrode 313, die koachsial zu einer ähnlichen konischen Elektrode 3H angeordnet ist. Die verjüngten Enden der Elektroden stehen einander durch einen Isolator 316 getrennt gegenüber, um eine elektrische Isolation ähnlich wie in Figur 4 zu erzielen. Jede der Figuren 5a - 5d zeigt eine andere Verteilung des Magnetfelds, sodaß sich jeweils verschieden Plasmafallen ergeben.The double electrode arrangements shown in FIGS. 5a-5d each consist of a conical electrode 313 that is coaxial with a similar conical electrode 3H is arranged. The tapered ends of the electrodes are separated from one another by an insulator 316 in order to achieve electrical insulation similar to that in FIG. Each of FIGS. 5a-5d shows a different distribution of the magnetic field, so that different plasma traps occur in each case result.

Wie vorher erwähnt, können die Flansche 313a, 314a an den Elektroden 313 bzw. 314 zur Halterung oder zur Ausgestaltung der Plasmafalle angebracht werden. Falls die Flansche nicht für diese Zwecke gebraucht werden, können sie weggelassen werden. Bei Verwendung der Flansche können aber die Winkel der die Elektroden 313, 314 bildenden Oberflächen geeignet gewählt werden, sodaß das zerstäubte Material in bestimmten Richtungen emittiert wird.As previously mentioned, the flanges 313a, 314a on the electrodes 313 and 314, respectively, can be used for support or configuration attached to the plasma trap. If the flanges are not used for these purposes, they can can be omitted. When using the flanges, however, the angles of the surfaces forming the electrodes 313, 314 be chosen appropriately so that the atomized material is emitted in certain directions.

Wenn die Flansche zur Begrenzung der Plasmafalle verwendet werden, sind sie groß genug auszuführen, um die Falle völlig zu schließen, da andernfalls die magnetische Feldstärke auf unvernünfig hohe Werte gesteigert werden muß. Die Größe der Flansche steht in direkter Beziehung zum Raum, der benötigt wird, damit die Primärelektronen bei der Erzeugung zusätzlicher Ionen ihre Energie verlieren können.If the flanges are used to limit the plasma trap, they are large enough to accommodate the trap to close completely, since otherwise the magnetic field strength must be increased to unreasonably high values. the The size of the flanges is directly related to the space required for the primary electrons to be generated additional ions can lose their energy.

In der Ausführungsform der Figur 5a verlaufen die Kraftlinien 319 parallel zur Symmetrieachse der konischen Elektroden 313, 314, sodaß sie auf jeder Seite die Elektroden schneiden und damit eine einzige Plasmafalle ergeben. Ob hierbei die Flansche 313a, 314a zur Ausbildung der Falle In the embodiment of FIG. 5a, the lines of force 319 run parallel to the axis of symmetry of the conical electrodes 313, 314, so that they intersect the electrodes on each side and thus result in a single plasma trap . Whether here the flanges 313a, 314a to form the trap

3 0 9851/10413 0 9851/1041

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beitragen, hängt von der Stärke des Magnetfelds und vom Radialabstand von der Symmetrieachse ab. Die zu erfüllende Bedingung iat, daß praktisch alle zu weiteren Ionisationsakten fähigen Primärelektronen in der Falle festgehalten werden. Die in Figur 5a dargestellte Magnetfeldverteilung wird durch Feldspulen der Art der Spule 18 der Figur 1 erzeugt, die um die Außenseite der Vakuumkammer gewickelt sind.depends on the strength of the magnetic field and the radial distance from the axis of symmetry. The one to be fulfilled Condition is that practically all primary electrons capable of further ionization acts are held in the trap will. The magnetic field distribution shown in Figure 5a is generated by field coils of the type of coil 18 of Figure 1, wrapped around the outside of the vacuum chamber.

Figur 5b zeigt eine abgewandelte Elektrodenanordnung, in der zwei Feldspulen 328, 329 in den Elektroden 313 bzw. 314 angebracht sind und ein gekrümmtes, an den Elektroden endendes Magnetfeld erzeugen. Die in Figur 5b dargestellte Ausführungsform schafft damit ebenfalls eine einzige Plasmafalle, die durch das Zusammenwirken der Elektroden 313, 314 geschlossen wird.Figure 5b shows a modified electrode arrangement in which two field coils 328, 329 in the electrodes 313 and 314 are attached and generate a curved magnetic field ending at the electrodes. The one shown in Figure 5b Embodiment thus also creates a single plasma trap, which by the interaction of the electrodes 313, 314 is closed.

Auch in der in Figur 5c dargestellten Ausfükrungsform werden zwei Feldspulen 330, 331 verwendet, die in Elektroden 313 bzw. 314 montiert sind. In diesem Fall beginnt und endet das von jeder Spule erzeugte Magnetfeld an der gleichen Elektrode, sodaß sich zwei getrennte Plasmafallen ergeben. Jede Falle ist durch das Magnetfeld 319 und eine Einzelelektrode definiert, obwohl ein geringer Elektronenstrom zwischen den beiden Fallen fließt, um den Stromkreis zu schließen,Also in the embodiment shown in FIG. 5c two field coils 330, 331 are used, which are mounted in electrodes 313 and 314, respectively. In this case it starts and ends the magnetic field generated by each coil on the same electrode, so that two separate plasma traps result. Each trap is through the magnetic field 319 and a single electrode defined, although a small stream of electrons flows between the two traps to complete the circuit,

Figur 5d ist ein Figur 5c ähnelndes Ausführungsbeispiel mit zwei Feldspulen 332, 333, die in Elektroden 313 bzw. 314 montiert sind. Das bogenförmige Feld schafft in diesem Fall mehrere getrennte Plasmafallen an jeder Elektrode.FIG. 5d is an exemplary embodiment similar to FIG. 5c with two field coils 332, 333 mounted in electrodes 313 and 314, respectively. The arched field creates in this one Case of several separate plasma traps on each electrode.

Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, sind gemischte Fallenanordnungen verwendbar, die sich durch Kombination der Feldformen, beispielsweise der Feldform der Figur 5b mit der der Figuren 5c oder 5d, erzeugen lassen. Diese gemischten Fallenanordnungen bestehen jeweils aus mehrerenAlthough not shown in the drawings, mixed trap arrangements can be used, which can be combined the field shapes, for example the field shape of Figure 5b with that of Figures 5c or 5d, can be generated. These mixed trap arrangements each consist of several

3 ü a 8 5 1 / 1 (J k 13 ü a 8 5 1/1 (J k 1

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Fallen, die durch eine Elektrode und das zugehörige Magnetfeld definiert sind. Daneben existiert eine durch das Magnetfeld und die beiden zusammenwirkenden Elektroden geschaffene Falle.Traps that are defined by an electrode and the associated magnetic field. There is also one through the magnetic field and the trap created by the two interacting electrodes.

In den in Figuren 5b - 5d dargestellten Ausführungsformen wurde das Magnetfeld durch innere Feldspulen erzeugt, konnte aber im Prinzip auch durch Dauermagnete erzeugt werden. In the embodiments shown in Figures 5b - 5d, the magnetic field was generated by internal field coils, but could in principle also be generated by permanent magnets.

Figuren 6a - 6e zeigen verschiedene Ausführungsbeißpiele mit Doppelelektroden zur Verwendung mit einer der in Figuren 5a - 5d dargestellten Magnetfeldverteilung, sodaß erfindungsgemäße Plasmafallen in Glimmentladungen entstehen.Figures 6a-6e show various execution games with double electrodes for use with one of the magnetic field distribution shown in Figures 5a-5d, so that Plasma traps according to the invention arise in glow discharges.

Besonders hervorzuheben ist die in Figur 6e dargestellte Anordnung, die zweckmäßigerweise mit der in Figur 5a dargestellten Feldverteilung kombiniert wird, obwohl sich auch andere Feldverteilungen verwenden lassen, solange Achsialsymmetrie gewahrt bleibt.Particularly noteworthy is the arrangement shown in FIG. 6e, which expediently corresponds to that shown in FIG. 5a Field distribution is combined, although other field distributions can also be used, as long as axial symmetry is preserved.

In sämtlichen erfindungsgemäßen Elektroden- und Magnetfeldanordnungen zur Erzeugung von Glimmentladungen sind die Plasmafallen durch Achsialsymmetrie zu einer Drehachse gekennzeichnet, wobei die Symmetrie entweder durch das Magnetfeld, die Elektroden, oder das Magnetfeld im Zusammenwirken mit den Elektroden hergestellt wird.In all electrode and magnetic field arrangements according to the invention To generate glow discharges, the plasma traps are characterized by axial symmetry to an axis of rotation, the symmetry either through the magnetic field, the electrodes, or the magnetic field in cooperation is made with the electrodes.

Die schematisch in Figur 7 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der der Figur 4 durch die Verwendung von Hohlelektroden zur Plasmaerzeugung innerhalb der Elektroden. Zwei konische, koachsiale Hohlelektroden 4-13, 414 sind in einem außenseitig elektrisch leitenden zylindrischen Gehäuse 415 montiert. Gehäuse 415 endet an beiden Enden in Endabschirmungen 416 _t 417 mit Öffnungen 416a bsv/. 417a, durch die das Gehäuseinnere evakuiert werden kann und die mit elektrisch leitenden Abschirmungen 418, 41üaThe device shown schematically in FIG. 7 differs from that of FIG. 4 in the use of hollow electrodes for generating plasma within the electrodes. Two conical, coaxial hollow electrodes 4-13, 414 are mounted in a cylindrical housing 415 which is electrically conductive on the outside. Housing 415 ends at both ends in end _{shields 416 t} 417 with openings 416a bsv /. 417a, through which the interior of the housing can be evacuated and which are provided with electrically conductive shields 418, 41üa

J υ H 8 b 1 / ι I.) A 1J υ H 8 b 1 / ι I.) A 1

abgedeckt sind. Die Elektroden 413, 414 sind voneinander durch einen geeigneten elektrischen Isolator 419 getrennt, und Hochfrequenzenergie wird über eine abgeschirmte Übertragungsleitung 420 von einer Versorgungseinheit 421 an jede Elektrode 413, 414 über Anschlußpunkte 422 bzw. 423 übertragen.are covered. The electrodes 413, 414 are separated from one another by a suitable electrical insulator 419, and radio frequency energy is supplied from a supply unit 421 via a shielded transmission line 420 each electrode 413, 414 via connection points 422 and 423, respectively.

Die geerdete Stromversorgungseinheit 421, die abgeschirmte Übertragungsleitung 420, die Endabschirmungen 416, 417 und die leitenden Abschirmungen 418, 418a bilden zusammen einen Faraday-Käfig, ähnlich wie die Vakuumkammer der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform.The grounded power supply unit 421, the shielded Transmission line 420, end shields 416, 417, and conductive shields 418, 418a together a Faraday cage, similar to the vacuum chamber of in Figure 4 illustrated embodiment.

Die Verbindung zu den Vakuumpumpen wird über eine geeignete Rohrleitung 424 hergestellt, die zweckmäßigerweise von der Endabschirmung 417 durch ein Isolierstück 425 isoliert und getrennt geerdet ist. Ein ähnliches Isolierstück 426 ist an der anderen Seite des Systems angebracht und stellt eine Verbindung her zu einer Deckkappe, einem anderen Abschnitt der Glimmentladung oder einer Zuführungsvorrichtung für eine geeignete Trägerfläche, wie die draht- oder stabförmige Trägerfläche 430. Die Einzelteile sind dabei längs der durch Elektroden 413, 414 definierten Mittelachse angeordnet. The connection to the vacuum pumps is established via a suitable pipe 424, which is expediently isolated from the end shield 417 by an insulator 425 and is grounded separately. A similar insulator 426 is attached to the other side of the system and connects to a top cap, other section of the glow discharge, or a delivery device for a suitable support surface, such as the wire-shaped or rod-shaped one Carrier surface 430. The individual parts are arranged along the central axis defined by electrodes 413, 414.

Ein elektrischer Isolator 427 ist zwischen Elektrode 413 und Endabschirmung 416 angebracht und ein entsprechender Isolator 428 ist zwischen Elektrode 414 und Platte 417 eingesetzt, um die Elektroden von der leitenden HF-Abschirmung zu isolieren.An electrical insulator 427 is attached between electrode 413 and end shield 416 and a corresponding one Insulator 428 is inserted between electrode 414 and plate 417 to protect the electrodes from the conductive RF shield to isolate.

Mehrere den in Figur 4 dargestellten Feldspulen 318 ähnelnde Feldspulen 429 sind um die Außenseite des Gehäuses 415 gewickelt und dienen zur Erzeugung des das Plasma umschließenden Magnetfelds, das im Zusammenwirken mit Elektroden 413, 414 die Falle bildet. Bei Verwendung von Hohl-Several field coils 429 similar to the field coils 318 shown in Figure 4 are around the outside of the housing 415 and are used to generate the plasma surrounding the Magnetic field which, in cooperation with electrodes 413, 414, forms the trap. When using hollow

3 Ü 9 8 5 1 / 1 t) 4 13 nights 9 8 5 1/1 t) 4 1

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kathoden werden die Magnetfelder stets durch außen angebrachte Feldspulen erzeugt.cathodes, the magnetic fields are always generated by externally attached field coils.

Figuren 8a - 8c stellen verschiedene magnetische Feldverteilungen dar, die für Hohlkathoden besonders zweckmäßig sind. Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf konische Elektrodenanordnungen, doch stellen diese nur eine besondere Ausgestaltung dar und andere Hohlkathodenanordnungen können mit den dargestellten Feldverteilungen verwendet werden. Der die Elektroden 413, 414 trennende Isolator 419 kann weggelassen werden, falls die Elektroden selbst aus Isoliermaterial sind, d.h. wenn das zu beschichtende Material ein Dielektrikum ist.FIGS. 8a-8c show different magnetic field distributions which are particularly useful for hollow cathodes are. The exemplary embodiments relate to conical ones Electrode arrangements, however, these only represent a special configuration and other hollow cathode arrangements can be used with the field distributions shown. The insulator separating the electrodes 413, 414 419 can be omitted if the electrodes themselves are made of insulating material, i.e. if that to be coated Material is a dielectric.

In der in Figur 8a dargestellten Ausführungsform verlaufen sämtliche magnetischen Kraftlinien 431 von Elektrode 413 zu Elektrode 414, sodaß eine Plasmafalle durch das Zusammenwirken des Magnetfelds mit den Elektroden geschaffen wird. Figur 8a stellt damit das mit Hohlelektroden ausgerüstete Äquivalent der in Figuren 5a, 5b gezeigten Anordnung dar.In the embodiment shown in Figure 8a run all magnetic lines of force 431 from electrode 413 to electrode 414, so that a plasma trap by the interaction of the magnetic field is created with the electrodes. FIG. 8a thus shows the one equipped with hollow electrodes Equivalent to the arrangement shown in Figures 5a, 5b.

In der in Figur 8b dargestellten Ausführungsform treten die magnetischen Kraftlinien an einer Stelle jeder Elektrode aus und an einer anderen Stelle der gleichen Elektrode wieder in sie ein, sodaß an jeder Elektrode eine Plasmafalle entsteht. Figur 8b stellt damit das mit Hohlelektroden ausgerüstete Äquivalent der in Figur 5c gezeigten Anordnung dar.In the embodiment shown in FIG. 8b, the magnetic lines of force exit at one point of each electrode and re-enter them at another point on the same electrode, so that a plasma trap is created at each electrode. FIG. 8b thus represents the equivalent of the arrangement shown in FIG. 5c equipped with hollow electrodes.

In ähnlicher Weise zeigt Figur 8c ein gebogen gebündeltes Magnetfeld, mit dem mehrere Fallen an jeder Elektrode erzeugt werden können. Die Gesamtanordnung des in Figur 8c dargestellten Beispiels bildet im Falle der Hohlelektroden das Äquivalent dee unter Bezugnahme auf Fi gur 5d beschriebenen Beispiels.In a similar way, FIG. 8c shows a curved, bundled magnetic field with which several traps can be generated on each electrode. The overall arrangement of the example shown in Figure 8c forms in the case of hollow electrodes, the equivalent dee with reference to Fi gur 5d described example.

309851 / 10U309851 / 10U

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Figuren 9a - 9© dienen zur Verdeutlichung verschiedener Beispiele von mit Hohlelektroden versehenen Entladungs~ vorrichtungen, die mit einer der in Figuren 8a - 8c dargestellten Magnetfeldverteilungen zusammenwirkend Plasmafallen ergeben. Insbesondere läßt sich eine Kombination der in Figur 8a dargestellten Feldverteilung mit einer der in Figuren 8b oder 8c gezeigten Feldverteilung verwenden.Figures 9a - 9 © serve to illustrate various Examples of discharge devices provided with hollow electrodes which are equipped with one of the ones shown in FIGS. 8a-8c Magnetic field distributions cooperate to produce plasma traps. In particular, a combination of Use the field distribution shown in FIG. 8a with one of the field distributions shown in FIGS. 8b or 8c.

Figur 9a zeigt ein Paar zylindrischer, koachaialer Hohlelektroden 413, 414, die durch einen Isolator 419 getrennt sind. Bei Verwendung der in Figur 8a dargestellten Feldverteilung in Kombination mit einer der in Figuren 8b und 8c dargestellten Feldverteilungen ist es zweckmäßig, an den Elektroden 413» 4H Endflansche 413a bzw. 414a anzubringen, um die Plasmafalle zu schließen. Diese Endflansche können weggelassen werden, wenn das Magnetfeld mit jeder Elektrode getrennt zur Bildung von Plasmafallen zusammenwirkt. FIG. 9 a shows a pair of cylindrical, coaxial hollow electrodes 413, 414, which are separated by an insulator 419. When using the field distribution shown in FIG. 8a in combination with one of the field distributions shown in FIGS. 8b and 8c, it is expedient to attach end flanges 413a or 414a to the electrodes 413 »4H in order to close the plasma trap. These end flanges can be omitted if the magnetic field interacts with each electrode separately to form plasma traps.

Figur 9b ähnelt Figur 9a, doch ist die Anordnung zusätzlich mit inneren Endflanschen 413b, 414b an den Elektroden 413 bzw. 414 versehen, die kurzer sind als die äußeren Endflansche 413a, 414a, sodaß bei Bedarf getrennte oder sich überkreuzende Plasmafallen erzeugt werden können.Figure 9b is similar to Figure 9a, but the arrangement is additionally with inner end flanges 413b, 414b on the electrodes 413 and 414 provided, which are shorter than the outer end flanges 413a, 414a, so that separate or if necessary crossing plasma traps can be generated.

Das in Figur 9c dargestellte Ausführungsbeispiel ist mit einem Paar koachsialer, konischer Elektroden 413, 414 versehen, deren innere Endflansche 413b bzw. 414b mit jeder der vorher erwähnten MagnetfelfVerteilungen für Hohlkathoden zur Erzeugung von Plasmafallen verwendet werden können.The embodiment shown in FIG. 9c is provided with a pair of coaxial, conical electrodes 413, 414, the inner end flanges 413b and 414b of which can be used with any of the aforementioned magnetic field distributions for hollow cathodes for generating plasma traps.

Die Anordnung der Figur 9d ähnelt der in Figur 9c gezeigten, doch ist die innere Zylinderfläche der Elektroden 413, 414 abgebogen, damit die geometrische Form der Aufdampfschicht den speziellen Bedürfnissen angepaßt werden kann. The arrangement in FIG. 9d is similar to that shown in FIG. 9c, but the inner cylindrical surface of the electrodes 413, 414 is bent so that the geometric shape of the vapor deposition layer can be adapted to the special requirements.

3Q3851 /10413Q3851 / 1041

Bei den in Figur 9e dargestellten hohlen Kathodenelektroden handelt es sich um einen in Längsrichtung zerschnittenen Zylinder, bei dem ein Isolator 419 zwischen die Zylinderhälften aus leitendem Material eingesetzt ist. Die in Figur 9e dargestellte Elektrodenanordnung läßt sich mit sämtlich vorher beschriebenen Magnetfeldanordnungen verwenden; die Symmetrieachse der sich ergebenden Plasmafalle ist nicht durch die Symmetrie der Elektrodenanordnung sondern durch das Magnetfeld bestimmt.The hollow cathode electrodes shown in FIG. 9e are ones cut up in the longitudinal direction Cylinder in which an insulator 419 is inserted between the cylinder halves made of conductive material. The electrode arrangement shown in FIG. 9e can be use with all of the magnetic field assemblies previously described; the axis of symmetry of the resulting plasma trap is not determined by the symmetry of the electrode arrangement but by the magnetic field.

Nach der Beschreibung verschiedener mit Magnetfeldern zusammenwirkender Doppelelektrodenanordnungen zur Erzeugung sehr verschiedenartiger Plasmafallen wird im Folgenden das Zustandekommen des Falleneffekts in der Glimmentladung erläutert.After the description of various double electrode arrangements interacting with magnetic fields for generation In the following, the occurrence of the trap effect in the glow discharge will be of the very different types of plasma traps explained.

In sämtlichen mit zwei Elektroden arbeitenden erfindungsgemäßen HF-Glimmentladungen sind beide Elektroden Aufprallflächen. Die Glimmentladungen werden bei Frequenzen und unter Drucken betrieben, derart, daß praktisch die gesamte Energieübertragung vom HF-Feld an die geladenen Plasmateilchen im Gebiet der Kathodenschicht stattfindet. Der Betrieb einer derartigen Hochfrequenz-Entladung ist analog dem einer Gleichstrom-Entladung, bei der jede Elektrode während des größten Teils der hochfrezenten Periode als Gleichstrom-Kathode wirkt. Ein Spannungsabfall, der im Durchschnitt dem Potentialunterschied zwischen dem Scheitelwert und dem Nullwert des Hochfrequenz-Signals entspricht, abzüglich dem Spannungsabfall an den dielektrischen Aufprallflächen, herrscht in der Kathodenschicht an jeder der Aufprallelektroden. Ionen des Arbeitsgases diffundieren vom Plasmaraum in die Kathodenschicht, in der sie beim Durchgang durch das Kathodenschichtpotential auf die Kathodenaufprallfläche hin beschleunigt werden. BeimIn all HF glow discharges according to the invention that operate with two electrodes, both electrodes are impact surfaces. The glow discharges are operated at frequencies and pressures such that practically all of the energy transfer from the RF field to the charged plasma particles takes place in the region of the cathode layer. The operation of such a high frequency discharge is analogous to that of a direct current discharge, in which each electrode acts as a direct current cathode during most of the high frequency period. A voltage drop, which on average corresponds to the potential difference between the peak value and the zero value of the high-frequency signal, minus the voltage drop at the dielectric impact surfaces, prevails in the cathode layer on each of the impact electrodes. Ions of the working gas diffuse from the plasma space into the cathode layer, in which they are accelerated towards the cathode impact surface as they pass through the cathode layer potential. At the

309851 / 104 I309851/104 I.

Aufprall dieser Ionen auf die Kathodenoberfläche reißen sie Atome der Aufprallfläche heraus und ergeben außerdem eine Emission von Sekundärelektronen von der Kathodenoberfläche. Diese Elektronen werden im Gebiet des Kathodenfalls beschleunigt und gelangen dann als Primärelektronen in das Plasmagebiet, in dem sie neue Ionen durch Zusammenstöße mit Atomen erzeugen. Ein Teil dieser im Plasmaraum durch Primärelektronen erzeugten Ionen gelangt schließlich zum Rand des Kathodenfallgebiets, die Ionen dringen in die Kathodenschicht ein und bombardieren die Kathodenoberfläche, sodaß sich der Prozeß wiederholt. Die an der Kathode stattfindenden Prozesse führen damit dazu, daß sich die Entladung selbst unterhält.The impact of these ions on the cathode surface will tear they remove atoms from the impact surface and also result in an emission of secondary electrons from the cathode surface. These electrons are accelerated in the area of the cathode fall and then arrive as primary electrons into the plasma area, where they create new ions by colliding with atoms. Part of this in the plasma room Ions generated by primary electrons finally reach the edge of the cathode drop area, the ions penetrate into the Cathode layer and bombard the cathode surface, so that the process repeats itself. The one at the Processes taking place at the cathode lead to the fact that the discharge is self-sustaining.

In einer derartigen Gleichstrom- oder Hochfrequenz-Entladungsvorrichtung kann die Betriebsspannung zur Bewertung des Wirkungsgrads verwendet werden. Wenn elektrisch isolierende Aufprallfläehen bei Hochfrequenz-Betrieb verwendet werden, ist die Arbeitsspannung als Scheitelwert der an der Glimmentladung anliegenden Hochfrequenz-Spannung definiert, während die gesamte an der Entladungsvorrichtung anliegende Spannung den Spannungsabfall an den dielektrischen Aufprallflächen mit einbezieht.In such a direct current or high frequency discharge device, the operating voltage can be used to evaluate the efficiency. If electrically insulating collision surfaces are used in high-frequency operation, the working voltage is defined as the peak value of the high-frequency voltage applied to the glow discharge, while the total voltage applied to the discharge device includes the voltage drop on the dielectric collision surfaces.

Das Zusanmenwirken eines Elektrodenpaärs und einer geeigneten Magnetfeldverteilung in einem achsialsymmetrischen System ergibt eine Falle für die Primärelektronen, die die Elektronenbewegung in Radialrichtung und Achsialrichtung beschränkt und dadurch die Elektronen zwingt, in der Nähe der Aufprallfläche zu bleiben, bis ein großer Teil der Elektronenenergie in ionisierenden Zusammenstößen verbraucht worden ist. Die Ionen werden in der Nähe der Aufprallfläche erzeugt, d.h. das von den eingefangenen Elektronen erzeugte Plasma befindet sich in einem Ringgebiet umThe interaction of a pair of electrodes and a suitable one Magnetic field distribution in an axially symmetrical system results in a trap for the primary electrons, which the Electron movement is restricted in the radial direction and axial direction, thereby forcing the electrons to close stay on the impact surface until a large part of the electron energy is consumed in ionizing collisions has been. The ions are generated near the impact surface, i.e. that of the trapped electrons generated plasma is in a ring area around

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eine Symmetrieachse der Anordnung und ist in Berührung mit den die Aufprallflächen bildenden Elektroden.an axis of symmetry of the arrangement and is in contact with the electrodes forming the impact surfaces.

Die Plasmafalle ergibt sich aus der Überlagerung von Elektronenreflexion an Oberflächen, die auf Kathodenpotential sind, und von Elektronenablenkung durch das Magnetfeld. Eine geschlossene Plasmafalle wird an einigen Seiten durch das Magnetfeld und an den anderen Seiten durch die Kathodenoberflächen gebildet, sodaß die Verluste an den Endabschnitten jeder Seite minimal sind.The plasma trap results from the superimposition of electron reflection on surfaces that are at cathode potential and from electron deflection by the magnetic field. A closed plasma trap appears on some sides formed by the magnetic field and on the other sides by the cathode surfaces, so that the losses at the End sections of each side are minimal.

Eine Plasmafalle nimmt in Wirklichkeit ein quaderförmiges Volumen mit sechs Seiten ein, von denen zwei durch die Achsialsymmetrie der Anordnung definiert sind, sodaß nur im Querschnitt vierseitige Anordnungen senkrecht zu ihrer Symmetrieachse betrachtet werden müssen.A plasma trap actually takes a rectangular one Volume with six sides, two of which are defined by the axial symmetry of the arrangement, so that four-sided arrangements perpendicular to their axis of symmetry only have to be considered in cross-section.

In der mit Hochfrequenz betriebenen Doppelelektrodenanordnung werden die beiden Elektroden mit zwei HP-Speiseleitungen betrieben. Da eine Wechselspannung angelegt wird, nehmen die Elektroden abwechselnd die Punktion von Anode und Kathode in Bezug aufeinander an. Bezeichnet man die beiden Elektroden mit A und B, so ist Elektrode A vorübergehend Kathode in Bezug auf Elektrode B, und zu anderen Zeiten Anode in Bezug auf Elektrode B. Beide Elektroden sind während des größten Teils der HP-Periode negativ vorgespannt in Bezug auf das Plasma, d.h. Elektroden A und B erscheinen vom Plasma aus gesehen als Kathoden. Nur für kurze Zeitabschnitte während jeder zweiten Halbwelle der HP-Spannung werden Elektroden A und B zu Anoden für das Plasma.In the double electrode arrangement operated with high frequency, the two electrodes are connected to two HP feed lines operated. As an alternating voltage is applied, the electrodes take turns puncturing the anode and cathode in relation to each other. If the two electrodes are labeled A and B, then electrode A is temporary Cathode with respect to electrode B, and at other times anode with respect to electrode B. Both electrodes are negatively biased with respect to the plasma, i.e. electrodes A and B, for most of the HP period appear as cathodes when viewed from the plasma. Only for short periods of time during every second half-wave of the HP voltage, electrodes A and B become anodes for the plasma.

Mit Hochfrequenz betriebene Plasmafallen lassen sich deshalb in zwei Gruppen einteilen. In der ersten Gruppe arbeiten die beiden Elektroden A und B zusammen und schließen die Falle teilweise, wobei das Magnetfeld für das völligePlasma traps operated with high frequency can therefore be divided into two groups. Work in the first group Put the two electrodes A and B together and close the trap partially, using the magnetic field for the full

3098S1/KH13098S1 / KH1

Schließen der Falle sorgt. Magnetische Kraftlinien gehen in diesem Fall von Elektrode A aus und treten in Elektrode B ein. Die Elektronenbewegung längs der Feldlinien ist verhältnismäßig frei im Gebiet zwischen Elektrode A und Elektrode B, doch bildet die Kathodenschicht an beiden Elektroden eine reflektierende Fläche für die Elektronenbewegung. In einem zur Symmetrieachse des Systems senkrechten Querschnitt sind zwei Seiten der Plasmafalle durch magnetische Kraftlinien geschlossen, eine weitere Seite ist durch Elektrode A geschlossen und die letzte Seite ist schließlich durch Elektrode B geschlossen.Closing the trap ensures. In this case, magnetic lines of force emanate from electrode A and enter electrode B a. The electron movement along the field lines is relatively free in the area between electrode A and electrode B, but the cathode layer on both electrodes forms a reflective surface for electron movement. In a cross section perpendicular to the symmetry axis of the system are two sides of the plasma trap by magnetic lines of force closed, another side is closed by electrode A and the last side is finally through Electrode B closed.

In der zweiten Gruppe arbeiten Elektroden A und B nicht zusammen, sondern wirken unabhängig voneinander, und das Magnetfeld dient zur Schließung getrennter Fallen, nämlich einer Falle bei Elektrode A und einer zweiten Falle bei Elektrode B. Beispielsweise gehen die magnetischen Kraftlinien von Elektrode A aus und kehren gekrümmt zu ihr zurück. In einem zur Symmetrieachse der Anordnung senkrechten Querschnitt entsteht eine Falle an Elektrode A, wobei eine Seite der Plasmafalle durch die Kathodenschicht an Elektrode A gebildet wird, während die anderen drei Seiten der Falle durch das bei Elektrode A verlaufende Magnetfeld gebildet werden. Eine ähnliche, getrennte Falle besteht an Elektrode B und wird ebenfalls aus der Kathodenschicht und dem Magnetfeld gebildet.In the second group, electrodes A and B do not work together, but work independently of one another, and the magnetic field is used to close separate traps, namely a trap at electrode A and a second trap at electrode B. For example, the magnetic lines of force emanate from electrode A and curve towards it return. In a cross section perpendicular to the symmetry axis of the arrangement, a trap is created at electrode A, one side of the plasma trap being formed by the cathode layer on electrode A, while the other three sides of the trap by the magnetic field running at electrode A. A similar, separate trap exists at electrode B and is also formed from the cathode layer and the magnetic field.

Bei der Kombination der beiden vorhergehenden Anordnungen ergibt sich ein dritter Fall. Geeignete Abstimmung der Ströme durch die das Magnetfeld erzeugenden Feldspulen führt zu einer Kraftlinienverteilung, in der einige der Kraftlinien von Elektrode A zu Elektrode B verlaufen, während andere Kraftlinien von Elektrode A ausgehen und zu ihr zurückkehren. Das gleiche gilt für Elektrode B, sodaß dieA third case arises when the two previous arrangements are combined. Appropriate vote of the currents through the field coils generating the magnetic field leads to a force line distribution in which some of the Lines of force run from electrode A to electrode B, while other lines of force extend from and to electrode A to return. The same applies to electrode B, so that the

3 0 9 8 5 1 / 1 0 4 13 0 9 8 5 1/1 0 4 1

beiden Arten von Plasmafallen, nämlich die auf eine Elektrode beschränkte Falle und die beide Elektroden überbrückende Falle, gleichzeitig existieren.two types of plasma traps, namely the trap restricted to one electrode and the trap that bridges both electrodes Trap, coexist.

Im folgenden wird nun die Wirkungsweise einer Falle in Anordnungen mit Magnetfeldern, die beide Elektroden A und B zur Schaffung einer einzigen Plasmafalle einbeziehen, beschrieben.In the following, the mode of operation of a trap in arrangements with magnetic fields, the two electrodes A and B to create a single plasma trap.

Die folgende Betrachtung bezieht sich auf einen Zeitpunkt, zu dem Elektrode A in Bezug auf Elektrode B Kathode ist. Da in Bezug auf das Plasma beide Elektroden Kathoden sind, prallen Ionen auf beide Kathoden auf, d.h. sie schlagen aus den Elektroden Elektronen heraus, deren Zahl vom Sekundäremissionskoeffizienten γ. abhängt. Die von Elektrode B emittierten Elektronen werden durch die an dieser Elektrode anliegende Kathodenschicht beschleunigt und bev/egen sich im wesentlichen längs der magnetischen Kraftlinien von Elektrode B weg. Da die Kraftlinien von Elektrode B auf Elektrode A hin verlaufen, bewegen sich die von Elektrode B emittierten Elektronen auf Elektrode A zu. Da aber Elektrode A in Bezug auf Elektrode B als Kathode wirkt, werden die Elektronen durch die Kathodenschicht der Elektrode A reflektiert und kehren zur Elektrode B zurück, wo sie an deren Kathodenschicht reflektiert werden. Die von Elektrode B emittierten Elektronen bleiben damit im Raum zwischen Elektroden A und B gefangen.The following consideration relates to a point in time when electrode A is cathode with respect to electrode B is. Since both electrodes are cathodes with respect to plasma, ions impinge on both cathodes, i.e. they knock electrons out of the electrodes, the number of which depends on the secondary emission coefficient γ. depends. The from Electrons emitted from electrode B are accelerated by the cathode layer lying on this electrode and move away from electrode B substantially along the lines of magnetic force. Since the lines of force from If electrode B runs towards electrode A, the electrons emitted by electrode B move towards electrode A. However, since electrode A acts as a cathode with respect to electrode B, the electrons pass through the cathode layer of the Electrode A reflects and returns to electrode B, where it is reflected on its cathode layer. The from Electrons emitted from electrode B remain trapped in the space between electrodes A and B.

Wenn Elektrode A ein negativeres Potential als Elektrode B hat, wirkt sie als Kathode und emittiert Elektronen. Diese Elektronen werden durch die an Elektrode A anliegende Kathodenschicht beschleunigt und bewegen sich von Elektrode A längs der magnetischen Kraftlinien auf Elektrode B zu, auf der sie schließlich ankommen. Da der Gasdruck im Entladungssystem niedrig ist, haben diese Elektronen wenigWhen electrode A has a more negative potential than electrode B, it acts as a cathode and emits electrons. These electrons are accelerated by the cathode layer adjacent to electrode A and move away from the electrode A along the magnetic lines of force towards electrode B, on which they finally arrive. Because the gas pressure in the discharge system is low, these electrons have few

3 ü 9 8 5 1 /10413 ü 9 8 5 1/1041

oder keine Energie verloren, wenn sie an Elektrode B ankommen. Diese Elektronen haben damit noch genügend Energie, um in di« Kathodenschicht der Elektrode B einzudringen und schließlich auf Elektrode B anzukommen. Me weitere Folge ist, daß diese Elektronen aus der Falle entfernt werden. Sekundärelektronen können durch den Aufprall dieser Elektronen auf Elektrode B erzeugt werden. Im Gegensatz zu der durch Gasionen erzeugten Sekundäremission hängt die von Elektronen erzeugte Sekundäremission von einem anderen Sekundäremissionskoeffizienten ("y_e) ab.or no energy is lost when they arrive at electrode B. These electrons thus still have enough energy to penetrate the cathode layer of electrode B and finally to arrive at electrode B. Another consequence is that these electrons are removed from the trap. Secondary electrons can be generated by the impact of these electrons on electrode B. In contrast to the secondary emission generated by gas ions, the secondary emission generated by electrons depends on a different secondary emission coefficient ("y _e ).

Die Elektronenemission von Elektrode B wird verstärkt durch die Entfernung der ursprünglich von Elektrode A emittierten Elektronen aus der Falle. Obgleich die von Elektrode A emittierten Elektronen nur sehr kurze Zeit in der Falle gefangen sind, erhöhen sie die Elektronenemission von Elektrode B, und die von Elektrode B emittierten Elektronen bleiben in der Falle gefangen. Die Plasmadichte einer HF-Entladung, in der das Zusammenwirken der beiden Elektroden eine Plasmafalle ergibt, hängt von den beiden Sekundäremissionskoeffizienten. y.und γ ab.The electron emission from electrode B is enhanced by the removal of the electrons originally emitted by electrode A from the trap. Although the electrons emitted from electrode A are trapped in the trap for a very short time, they increase the electron emission from electrode B, and the electrons emitted from electrode B remain trapped in the trap. The plasma density of an HF discharge, in which the interaction of the two electrodes results in a plasma trap, depends on the two secondary emission coefficients. y. and γ from.

Durch ähnliche Überlegungen läßt sich zeigen, daß im Falle einer zu getrennten Fallen führenden Magnetfeldverteilung die Plasmadichte an den HF-Elektroden hauptsächlich vom Koeffizienten y. abhängt, da die Sekundäremission im wesentlichen vom Ionenbombardement abhängt und nur ganz unwesentlich von den Elektronen beeinflußt wird.By similar considerations it can be shown that in the case of a magnetic field distribution leading to separate traps the plasma density at the HF electrodes mainly depends on the coefficient y. depends, since the secondary emission im depends essentially on the ion bombardment and only insignificantly is influenced by the electrons.

Figuren 10a - 10b zeigen Ausführungsbeispiele von HF-Glimmentladungssystemen mit Paaren von flachen Elektroden 513, 514, die die Entladung unterhalten und zusammen mit dem Magnetfeld eine Plasmafalle ergeben. Der Hauptunterschied zwischen der in Figuren 10a, 10b dargestellten Ausführungsform und der Ausführungsform der Figuren 10c undFIGS. 10a-10b show exemplary embodiments of HF glow discharge systems with pairs of flat electrodes 513, 514, which maintain the discharge and, together with the magnetic field, result in a plasma trap. The main difference between the embodiment shown in Figures 10a, 10b and the embodiment of Figures 10c and

3 0 9 8 5 1 / 1 0 A 13 0 9 8 5 1/1 0 A 1

1Od ergibt sich aus der Elektrodenform und der Art der dadurch erzeugten Plasmafalle.1Od results from the shape of the electrode and the type of plasma trap generated thereby.

Figuren 10a und 10b zeigen halbkreisförmige oder D-förmige Elektroden 513_f 514, die einen in Durchmesserrichtung geschlitzten Kreis bilden. Eine toroidförmige Spule 515» deren Drehachse senkrecht zu der von Elektroden 513 undFIGS. 10a and 10b show semicircular or D-shaped electrodes 513 _f 514 which form a circle slotted in the direction of the diameter. A toroidal coil 515 has its axis of rotation perpendicular to that of electrodes 513 and

514 bestimmten Ebene ist und die auf der den Aufprallflächen 520 abgewandten Elektrodenseite liegt, erzeugt ein toroidförmiges Magnetfeld, das im Zusammenwirken mit jeder der Elektroden eine Plasmafalle des gemischten Typs ergibt. Magnetspule 515 ist von Elektroden 513» 514 durch einen geeigneten elektrischen Isolator 516 getrennt. Die Elektroden 513, 514 erhalten von einer Hoohfrequenzquelle 517 Energie über abgeschirmte Leitungen 518 bzw. 519 zugeführt. 514 is certain plane and is on the electrode side facing away from the impact surfaces 520 is generated a toroidal magnetic field that interacts with each of the electrodes gives a mixed type plasma trap. Solenoid 515 is through electrodes 513 »514 a suitable electrical insulator 516 is separated. The electrodes 513, 514 are obtained from a high frequency source 517 Energy is supplied via shielded lines 518 and 519, respectively.

In dem in Figuren 10c und 10d dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Elektroden 513, 514 die Form konzentrischer Scheiben, wobei Elektrode 513 eine äußere Ringelektrode bildet und Elektrode 514 aus einer massiven kreisrunden Scheibe besteht. Die toroidförmige magnetische FeldspuleIn the exemplary embodiment shown in FIGS. 10c and 10d, the electrodes 513, 514 are more concentric in shape Discs, with electrode 513 forming an outer ring electrode and electrode 514 from a solid circular one Disc consists. The toroidal magnetic field coil

515 ergibt das in Figur 10c gezeigte Magnetfeld, in dem beide Elektroden im gegenseitigen Zsammenwirken und zusammen mit dem Magnetfeld eine Plasmafalle bilden.515 results in the magnetic field shown in FIG. 10c, in which the two electrodes interact and work together Form a plasma trap with the magnetic field.

Die Drehachse der toroidförmigen magnetischen Feldverteilung stellt die Symmetrieachse der Plasmafallen in den in Figuren 10a - 10b gezeigten Ausführungsbeispielen dar.The axis of rotation of the toroidal magnetic field distribution represents the axis of symmetry of the plasma traps in the exemplary embodiments shown in FIGS. 10a-10b.

Figuren 10a - 10d zeigen kreisförmige, ebene Elektrodenformen, doch könnten die Elektroden auch gebogen sein und von der Kreisform abweichende Flächenformen annehmen.Figures 10a-10d show circular, planar electrode shapes, but the electrodes could also be curved and assume surface shapes that differ from the circular shape.

Glimmentladungsanordnungen der unter Bezug auf Figuren 10a - 10d beschriebenen Art können in geeigneten, geschlossenen Kammern der in Figur 4 dargestellten Art mitGlow discharge arrangements of the type described with reference to FIGS. 10a-10d can be used in suitable, closed Chambers of the type shown in Figure 4 with

3 0 9 8 5 1 / 1 03 0 9 8 5 1/1 0

Hilfe von Halterungen ähnlich dem Halterungsrohr 315 montiert werden.With the help of brackets similar to the bracket tube 315.

Wie vorher erwähnt, ist es einer der Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung, daß mit niedrigen Betriebsdrucken gearbeitet werden kann. Die niedrigen Gasdrucke haben eine im wesentlichen geradlinige Emission des zerstäubten Materials von der Quelle zur Folge und ermöglichen damit auch eine gezielte Aufdampfung auf eine Trägerfläche. Bei den in bekannten Zerstäubungsvorrichtungen üblichen hohen Gasdrucken wird das zerstäubte Material durch die Gasmoleküle gestreut und bewegt sich damit nicht mehr geradlinig. Ein Teil des zerstäubten Materials wird durch die Gasmoleküle auf die Kathode zurückgelenkt, was die Abscheidungsrate reduziert. Die Streuung durch die Gasmoleküle hat ferner zur Folge, daß nicht nur die gewünschte Trägerfläche beschichtet wird, sondern daß auch andere Flächen, z.B. Seitenflächen, eine Auflage erhalten, je nach Stellung der Aufprallfläche zur emittierenden Fläche.As previously mentioned, one of the main advantages of the present invention is that it can operate at low operating pressures. The low gas pressures result in and enable a substantially rectilinear emission of the atomized material from the source thus also a targeted vapor deposition on a carrier surface. With the usual high gas pressures in known atomization devices, the atomized material is through the Gas molecules are scattered and therefore no longer move in a straight line. Some of the atomized material is through the gas molecules are directed back onto the cathode, which reduces the deposition rate. The scattering by the gas molecules also has the consequence that not only the desired carrier surface is coated, but that others as well Surfaces, e.g. side surfaces, receive an overlay, each according to the position of the impact surface in relation to the emitting surface.

Der niedrige Betriebsdruck vergrößert außerdem die Fläche, die beschichtet werden kann, da die freie Weglänge (auf der keine Zusammenstöße stattfinden) dem Druck umgekehrt proportional ist. Ein erfindungsgemäßes, bei niedrigen Drucken betriebenes Zerstäubungssystem ermöglicht es daher, die Aufprallflächen in verhältnismäßig großen Radialabständen von der Quelle anzubringen, und gewährleistet dabei immer noch im wesentlichen geradlinige Bewegung des zerstäubten Materials. Große Kammern mit großen Beschichtungsflächen können verwendet werden.The low operating pressure also increases the area that can be coated because the free path (on which no collisions occur) is inversely proportional to the pressure. An inventive, at low Pressure-operated atomization system therefore makes it possible to have the impact surfaces at relatively large radial distances from the source, while still ensuring substantially rectilinear movement of the atomized material. Large chambers with large coating areas can be used.

Da die Erfindung das Arbeiten unter sehr niedrigen Gasdrucken ermöglicht, kann, wie vorher erwähnt, das zerstäubte Material von den Elektroden ausgehend die zu beschichtende Fläche längs geradliniger Bahnen erreichen.Since the invention enables operation under very low gas pressures, as previously mentioned, the atomized Material starting from the electrodes can reach the surface to be coated along straight paths.

3 0 9 8 5 1/10 4 13 0 9 8 5 1/10 4 1

226U36226U36

Es ist deshalb möglich, den Einfluß von zwischen den Zerstäuberelektroden und der Aufprallfläche aufgestellten
Hindernissen oder Hemmplatten mit beträchtlicher Genauigkeit vorauszuberechnen. Derartige Hindernisse können dann dazu verwendet werden, Schichten bestimmter Dicke aufzubringen und größere Flächen mit einer bestimmten Schichtdicke zu versehen.It is therefore possible to reduce the influence of interposed between the atomizing electrodes and the impact surface
Predict obstacles or obstacles with considerable accuracy. Such obstacles can then be used to apply layers of a certain thickness and to provide larger areas with a certain layer thickness.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die erfindungsgemäßen Anordnungen in elektrischer Hinsicht sehr stabil sind und viele Stunden lang ohne wesentliche Veränderungen der
elektrischen Betriebswerte funktionieren.Another advantage is that the arrangements according to the invention are very stable from an electrical point of view and for many hours without significant changes in the
electrical operating values work.

Die obigen Ausführungen bezogen sich auf bestimmte
Ausführungsformen der Erfindung, doch sind Abwandlungen
im Rahmen der Erfindung möglich, deren Umfang ausschließlich durch die folgenden Patentansprüche definiert ist.The above statements related to certain
Embodiments of the invention, however, are variations
possible within the scope of the invention, the scope of which is defined exclusively by the following claims.

5 1/105 1/10

Claims

Γ a t e η t a η s Ό r ü. c ii e

1. 1 method for sputtering material from two output electrodes onto its support surface, characterized by attaching the "electrodes" in a low pressure.:>: ■ .2liendsη work. . "uos.i.inenv-irkerj. :: iit eraeugt least one i'alle the electrodes eiiii jrten 7 virtually all of the electrodes tti;, lek retains "" ronen if these enough - '• have jnerele additional to ^T Jrseugun _e ions. and applying an RF voltage to the output electrodes.

2. The method according to AnsOruch 1, characterized by electrical shielding (chimney housing 311a) of the J ^j ; lektroden and the Ga? Raur ;; s against IxF radiation.

3 0 9 8 5 1 / 1 0 L 3 0 9 8 5 1/1 0 L.

BAD ORiGtMALORiGtMAL BATHROOM

3. Gas discharge device for carrying out the method according to claim 1 and 2, with, electrodes for sputtering of material, characterized by a cathode (14; 214) from which material is sputtered and which can be connected to a power supply unit (27) and contains an elongated central section, from its ends in the radial direction slabs (14a, 14b; 214a, 214b), so that a trap is created adjacent to the central section; to a power supply unit (27) connected anode (16; 216a, 216b) near the area of the trap; and means of production a magnetic field in the area of the trap such that the lines of force (23) are parallel to the central portion of the cathode pass close to it.

4. The method according to claim 3 »characterized by flanges extending outward from the ends of the cathode (14a, 14b; 214a, 214b).

5. Apparatus according to claim 3> characterized by a central portion of the cathode in the form of a cylindrical sleeve (40), from the ends of which cylindrical flanges (214a, 214b) extend outwards, with a trap between the inner sides of the flanges bounded by the outer circumference of the cylinder sleeve arises.

309851/1041309851/1041

226U36226U36

6. Apparatus according to claim 5, characterized by an annular anode (16) which tightly air outer circumference the pool is attached separated from the same by a gap.

7. The device according to claim 3, characterized by one in a vacuum chamber (10) mounted anode and one same cathode and one around the middle portion of the Cathode on the vacuum chamber (10) wound coil (21) to generate a magnetic field in the area of the trap.

8. The device according to claim 3 »characterized by hollow cathodes (40; 313» 314) with inwardly curved 3nds that create a trap between the middle section of the Define cathodes and the cathode ends.

9. Apparatus according to claim 8, characterized by a substantially cylindrical central portion of the Cathode in the form of a drum (40) and flange-shaped End portions (Ha, 14b), at the ends of the drum, so that a trap through the inner surfaces of the flanges and the circumference of the drum is formed.

10. Apparatus according to claim 3> characterized by

309851/1041309851/1041

226AA3Ö226AA3Ö

- Jt -

SOSO

an inner cavity in the central portion of the cathode intended to receive a cooling liquid.

309851/1041309851/1041