DE2301593A1 - Target-wechselvorrichtung fuer die zerstaeubung mittels ionen - Google Patents

Description

• "Target wechselvorrichtung für die Zerstäubung mittels Ionen?# Die vorliegende Erfindung findet Anwendung in Anordnungen zur Zerstäubung von Stoffen durch lonenbeschuss. Derartige Anordnungen sind in der Literatur schon vielfach beschrieben worden. Sie bestehen im allgemeinen aus einer evakuierbaren Arbeitskammer, in welcher ein von einer Ionenquelle erzeugter Ionenstrahl, der mehr oder weniger gebündelt sein kann, auf die Oberfläche des zu zerstäubenden Stoffes - Target genannt - gerichtet wird. Die zerstäubten Stoffteilchen werden im allgemeinen von einem sogenannten Substrat (z.B. einer Glasplatte) aufgefangen, dessen Oberfläche nit einer Schicht des Stoffes belegt werden soll. Zur Zerstäubung von verschiedenen Stoffen sind mehrere verschiedene Targets, die aus den betreffenden Stoffen bestehen, erforderlich. Um diese zeitlich nacheinander der Zerstäubung unterwerfen zu können, werden sogenannte Targetwechsler verwendet. Es können auf einem drehbaren Träger der Wechselvorrichtung, welcher z.B. als Drehscheibe oder als Trommel ausgebildet sein kann, eine Mehrzahl von Targets angeordnet sein, von denen jeweils eines in den Weg des zerstäubenden Ionenstrahls gebracht wird. Um die übrigen Targets während der Zerstäubung eines bestimmten Targets gegen unerwünschte gleichzeitige Zerstäubung zu schützen, wird gewöhnlich eine feststehende Abdeckung verwendet, welche eine Oeffnung zur Freigabe jeweils eines Targets zum Zwecke der Zerstäubung aufweist. Eine solche Targetwechselvorrichtung ist z.B.
• in der Schweizer Patentschrift No. 527 917 beschrieben worden.
• Ein Nachteil dieser bekannten Targetwechselvorrichtungen liegt darin, dass der zerstäubende Ionenstrahl bzw. die Beschleunigungsspannung während des Wechselns abgeschaltet werden müssen, wenn eine unerwünschte Zerstäubung von Teilen der Wechselvorrichtung,z.B. der Haltevorrichtungen für die Targets, vermieden werden soll, welche beim Wechseln zeitweise unter die Freigabeöffnung gelangen und damit der Einwirkung des Ionenstrahls ausgesetzt werden könnten. Die Notwendigkeit des ständigen Ab- und Wiederanschaltens beeinträchtigt aber die betriebssichere Bedienung der Anlage. Ferner fällt die bei den üblichen Hochspannungsversorgungseinrichtungen erforderliche Schaltzeit von einigen Sekunden bei manchen industriellen Herstellungsprozessen (z.B. beim Aufbringen von Vielschichtsystemen, die aus 20 oder mehr Schichten bestehen) schon wirtschaftlich ins Gewicht. Eine längere Unterbrechung der Beschichtung kann auch technische Nachteile bringen, insofern, als Substrat und Targets während der Unterbrechungszeit durch Moleküle des Restgases bedeckt werden können, was zu einer quantitativen Verschlechterung z.B. schlechterem Haften oder zu veränderten elektrischen oder optischen Eigenschaften der Schichten führen kann. Andererseits sind schnelle Hochspannungsschalter, die notwendig wären, um die genannten Nachteile der Schaltzeit zu verringern, aufwendig.
• Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Targetwechselvorrichtung für die Zerstäubung mittels Ionen, welche als beweglicher Träger für mehrere Targets ausgebildet ist, und wobei eine Oeffnung zur Freigabe eines Targets zur Zerstäubung aufweisende feststehende Abdeckung des Trägers vorgesehen ist, so zu verbessern, dass die vorerwähnten Nachteile nicht mehr auftreten. Die erfindungsgeniässe Targetwechselvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung als eine mit dem drehbaren Träger verbundene, mitbewegte, diesem gegenüber jedoch elektrisch isolierte und den Targets gegenüber auf ein positives Potential aufladbare Ionen-Abschirm-Elektrode ausgebildet ist.
• Durch eine derartige Ausbildung der Targetwechselvorrichtung wird zunächst erreicht, dass die Targets gewechselt werden können ohne dass die Arbeitsspannung abgeschaltet werden muss. Durch die mitbewegte Abdeckung ist eine Zerstäubung von Teilen der Haltevorrichtung, also vor allem des Trägers der Targets ausgeschlossen; es können nur die Targets selbst zerstäubt werden, solange sie sich im Bereich der Einwirkung des Ionenstrahls befinden. Eine Zerstäubung der Abdeckung dagegen ist nicht möglich, da diese beim Betrieb auf ein positives Potential aufgeladen wird, welches gleich oder annähernd gleich dem Anodenpotential ist, sodass die Abdeckung gegenüber den positiven Ionen als Abschirmelektrode wirkt. Am einfachsten ist es, die mitbewegte Abdeckung durch elektrisch leitende Verbindung mit der Anode auf Anodenpotential zu legen, Es ist aber auch möglich, sie gegenüber den anderen Teilen der Vorrichtung elektrisch zu isolieren, wobei sie sich bei Betrieb unter dem anfänglichen Aufprall von positiv geladenen Ionen in kurzer Zeit positiv auflädt, bis sie ein zur Abschirmung der Ionen hinreichendes Potential erreicht hat.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Einrichtung liegt darin, dass sie sich, wie aus der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen ersichtlich werden wird, leicht so ausgestalten lässt, dass ein allmählicher Uebergang von der Zerstäubung eines ersten Targets auf ein zweites Target ermöglicht wird, sodass z.B. Schichten mit gleitendem Uebergang von einer Schichtkomponente zu einer anderen Schichtkomponente senkrecht zur Schichtoberfläche hergestellt werden können.
• Dank dem Umstand, dass während des Wechsels der Targets die Hochspannung nicht abgeschaltet zu werden braucht, ist das Zerstäuben mit der erfindungsgemässen Einrichtung besonders geeignet für automatisierte Zerstäubungsanlagen zum Aufbringen von dünnen Schichten.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der anliegenden Figuren näher beschrieben.
• Die Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel im Schnitt senkrecht zur Drehachse des beweglichen Trägers für die Tagets, sowie eine Aufsicht von oben. Figur la ist ein Schnitt nach der Linse A-O-B der Figur 1 b.
• Die Figur 2 zeigt ebenfalls in Ansicht von oben eine Anordnung von vier Targets auf einem Drehtisch, derart, dass Mischschichten aus zwei verschiedenen Komponenten mit gleiten,dem Uebergang der Schichtzusammensetzung aus den beiden Komponenten hergestellt werden können.
• Die Figur 3 schliesslich zeigt eine Ausbildung der erfindungsgemässen Einrichtung, für die Zerstäubung eines einzigen Targets von Ringform, wobei jedoch nacheinander verschiedene Oberflächenbereiche des ringförmigen Targets zur Zerstäubung gelangen.
• In der Figur 1 bezeichnet 1 den beim Betrieb auf das jeweils zu zerstäubende Target 11 einfallenden Strahl positiv geladener Ionen. 2 bedeutet die gemäss Erfindung vorzusehende, mit dem drehbeweglichen Träger 7 für die Targets mitbewegte Abdeckung, welche, von einem Isolator 3 getragen, am Drehtisch 7 befestigt ist. 4 bezeichnet die Spannungszuführung für die während des Betriebes auf ein gegenüber den Träger 7 und den Targets 11,12,13 und 14 auf ein positives Potential aufzuladende Abdeckung, 5 eine Hochspannungszuführung für den Drehtisch 7 und die von ihm gehaltenen Targets und 6 einen Isolator. Mit dem als Drehtisch ausgebildeten Targethalter 7 ist ein Zahnradgetriebe 9 verbunden, welches über die Welle 8 angetrieben werden kann.
• Mit 10 ist eine feststehende Abdeckung bezeichnet, welche wie in Figur 1 angedeutet ist, eine Oeffnung 16 zur Freigabe jeweils eines Targets aufweist. Die Figur lb zeigt, wie vier Targets auf dem Drehtisch angeordnet werden können, derart, dass Jeweils nur eines in Deckung mit der Oeffnung 16 der festen Abdeckung gebracht werden kann und damit der Zerstäubung unterliegt. Die feststehende Abdeckung 16 ist nur dann notwendig, wenn - besonders im Falle der Zerstäubung bei höheren Gasdrücken, etwa in einer Kathodenzerstäubungsanlage - die Gefahr besteht, dass ausser dem in der eigentlichen Zerstäubungsposition befindlichen Target gleichzeitig auch die übrigen auf der beweglichen Trägereinrichtung angeordneten Targets mit zerstäubt werden könnten. Ferner ist die feststehende Abdeckung zu empfehlen, um der Gefahr vorzubeugen, dass infolge der Streuung am Restgas in der Zerstäubungskammer während der Zerstäubung eines Targets Teilchen desselben auf die Oberfläche eines anderen Targets gelangen und dieses dadurch verunreinigt wird.
• Die Figur la zeigt noch ein Schutzgehäuse 15, welches aus einem oberen Teil 15a und einem unteren Teil 15b besteht.
• Zwischen den beiden Flanschen ist, wie die Figur la zeigt, der schon erwähnte ringförmige Isolator 6 gehalten, der seinerseits, wie ersichtlich, den Drehtisch 7 und die elektrischen Spannungs zuführungen 4 und 5 für die Targets bzw. die Abdeckung trägt.
• Aus der Figur 2 ist zu ersehen, wie die Targets 11 bis 14 in Bezug auf die Freigabeöffnung 16 der feststehenden Abdeckung angeordnet werden können, damit gleichzeitig zwei verschiedene Targets, im gezeichneten Beispiel die Targets 11 und 12, teilweise zur Zerstäubung gelangen. Das Verhältnis der von den beiden Targets zerstäubten Anteile wird durch das Flächenverhältnis der von der Oeffnung 16 jeweils freigegebenen Teile der beiden Targetoberflächen bestimmt. Durch entsprechende Einstellung des Drehtisches ist es möglich, jedes beliebige Flächenverhältnis einzustellen.
• Mit der Anordnung der Figur 3 kann ringförmiges Target 17 kontinuierlich zerstäubt werden, indem es während der Zerstäubung gleichmässig oder schrittweise um die Ringachse gedreht wird. Durch die Wahl der Grösse der Freigabeöffnung 16 kann einerseits eine relativ kleinflächige Quelle der zerstäubten Teilchen geschaffen werden, wie dies für manche Fälle der Bestäubung von Substraten mit dünnen Schichten aus optisch geometrischen Gründen erwünscht ist, andererseits wird eine lange Betriebsdauer ohne Auswechseln des Targets ermöglicht, da das Ringtarget einen grossen Vorrat des zu zerstäubenden Stoffes darstellt. Man kann das Ringtarget auch für die gleichzeitige Zerstäubung zweier verschiedener Stoffe in einem beliebig wählbaren Mischungsverhältnis ausbilden.
• Wenn z.B. der innerhalb des in Figur 3 gestrichelt mit 20 angedeuteten Kreises liegende Oberflächenteil des Ringes aus einem ersten Stoff besteht und der Rest der Ringfläche aus einem zweiten Stoff, so kann, wie ersichtlich, Je nach der Lage des Ringes in Bezug auf die Oeffnung 16 jedes beliebige Verhältnis der zur Zerstäubung gelangenden stofflich verschiedenen Flächenteile eingestellt werden. Man könnte auch einzelne Ringsegmente (Halbringe, Viertelringe) stofflich verschieden ausbilden, und auf diese Weise das Wechseln von der Zerstäubung eines Stoffes zur Zerstäubung eines anderen Stoffes ermöglichen.
• In den Ausführungsbeispielen wurde als beweglicher Träger für die Targets ein Drehtisch vorgesehen. Es ist für den Fachmann jedoch ohne weiteres ersichtlich, dass anstelle des Drehtisches auch eine die Targets tragende Trommel verwendet werden könnte, die im Sinne der Erfindung mit einer mitbewegten, auf ein positives Potential aufladbaren Abdeckung versehen ist und gegenüber einer feststehenden Abdeckung mit Freigabeöffnung derart angeordnet ist, dass jeweils nur die gewünschten Targets der Zerstäubung unterworfen werden.
• Die erfindungsgemässe Target-Wechselvorrichtung kann in jeder bekannten Anordnung zur Zerstäubung von Stoffen mittels Ionen z.B. in bekannten Kathodenzerstäubungsanlagen eingesetzt werden. Besonders bewährt hat sich ihre Verwendung bei den sogenannten Triodenzerstäubungsanlagen, wobei die zu zerstäubende Fläche in einer elektrischen Bogenentladung zwischen einer Glühkathode und einer Anode angeordnet wird und die zerstäubenden Ionen aus dem Plasma der Bogenentladung durch eine auf die Targets gelegte negative Hochspannung extrahiert werden. Eine solche Triodenzerstäubungsanlage ist in der deutschen Patentanmeldung P 15 15 294.0 beschrieben worden. Es kann hiebei die feststehende Abdeckung der erfindungsgemässen Targetwechselvorrichtung als Anode der Niederspannungsentladung Verwendung finden, während die mitbewegte Abdeckung, wie erwähnt, mit der Anode verbunden oder auf Schwebepotential (gegenüber allen anderen Teilen elektrisch isoliert) gehalten werden kann, wobei sie sich beim Betrieb von selbst positiv auflädt.

Claims (5)

P A T E N T A N P R U C H E

1. Target-Wechselvorrichtun für die Zerstäubung mittels Toner, welche als beweglicher Träger frir mehrere Targets au£1 -det ist und wobei eine wenigstens eine Oeffnung zur Freigafe eines 9'argets zur Zerstäubung aufweisende Abdeckung des Trsgers vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i e h -n e t, dass die Abdeckung (2) als eine mit dem drehbaren Träger (7) verbundene, mitbewegte, diesem gegenüber jedoch elektrisch isolierte und den targets kl 1, 12, 13, 14) gegenüber auf ein positives Potential aufladbare Tonen-Abschirm-Elektrode ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1. d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass der bewegliche Träger als Drehscheibe (7) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass der bewegliche Träger als drehbare Trommel ausgebildet ist,

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, dass ausser der mitbewegten Abdeckung (2) zusätzlich noch eine feste mit einer Oeffnung (16) zur Freigabe eines Targets (ll, 12, 13, 145 versehene feste ; Abdeckung (10) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g ev k e n n z e i c h n e t, dass die mitbewegte Abdeckung (2) als Anode einer Gasentladungsstrecke zur Erzeugung der Ionen ausgebildet ist.

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