DE1521321C2 - Apparat zum Zerstäuben von dielektrischen Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Apparat zum Zerstäuben von dielektrischem Material und zur Bildung eines dielektrischen Niederschlags auf Gegenständen durch Ionenbeschuß in einer Gasentladung, die bei niedrigem Gasdruck in einer zwei Elektroden enthaltenden Ionisationskammer mittels Wechselspannung erzeugbar ist, deren Frequenz im Bereich einiger Megahertz liegt und bei dem auf einer Elektrode eine aus dem dielektrischen Material bestehende Auftreffplatte liegt.

Solche Vorrichtungen sind bereits bekannt; bei der im »Journal of Applied Physics«, Bd. 33, Nr. 10, Oktober 1962, S. 2991 und 2992, beschriebenen Anordnung wird hierzu eine Triode verwendet, bei der eine Gleichspannungsentladung zwischen zwei Elektroden ein Plasma bereitstellt. Die mit der dielektrischen Auftreffplatte versehene Elektrode liegt dabei seitlich außerhalb der Gleichspannungsentladungsstrecke im Plasma und erhält geeignetes HF-Potential. Beim Zerstäuben von dielektrischem Material wird mit Wechselstrom gearbeitet, damit die Auftreffplatte periodisch entladen wird. Der Zerstäubungsvorgang findet während der Halbwellen statt, in denen die

ίο Auftreffplatte hinsichtlich der Glimmentladung ein ausreichend negatives Potential aufweist. Während den dazwischenliegenden Halbwellen, in denen die

. Polarität der Elektroden umgekehrt ist, werden die Elektronen von der Auftreffplatte angezogen und entfernen von derselben die positive Ionen zurückstoßende Ladung. Dadurch, daß die Elektronen eine größere Beweglichkeit als die Ionen aufweisen, ist für mehr Elektronen als Ionen die Tendenz eines Fließens gegen die Auftreffplatte gegeben. Die Region um die als Kathode wirkende Elektrode, in der sich die Ionen konzentrieren, ist als Crookscher Dunkelraum bekannt.

Um die Glimmentladung mit einer dielektrischen Auftreffplatte aufrechtzuerhalten, muß die Frequenz der zugeführten Spannung hoch genug sein, damit nur so viele Ionen die Auftreffplatte erreichen, daß während der negativen Halbwelle keine Neutralisierung der gewünschten negativen Ladung auf der Oberfläche der Auftreffplatte eintritt. Würde die Auf-

..30 treffplatte ein im wesentlichen positives Potential aufnehmen, würde ein umgekehrtes Zerstäuben stattfinden, d. h. ein Zerstäuben des zu überziehenden Gegenstandes. Außerdem würde ein Zerstäuben der mit der als Anode wirkenden Elektrode verbundenen Metallteile erfolgen. Es ist bekannt, daß eine Hochfrequenz im Bereich weniger MHz die besten Resultate erzielt. Bei richtiger Wahl von Frequenz und Amplitude der angewandten Spannung wird der Zerstäubungsvorgang auf die dielektrische Auftreffplatte beschränkt, und die Anode nimmt zu keiner Zeit ein für ein umgekehrtes Zerstäuben ausreichend hohes negatives Potential an. Daraus ergibt sich, daß während des größten Teiles der Zeit die Auftreffplatte negativ geladen sein muß.

Zur Stromzuführung ist eine Metallelektrode erforderlich, die an das zu zerstäubende, dielektrische Material angrenzt. Diese Elektrode muß hinreichend gegen den Beschüß von Gasionen abgeschirmt werden, da sonst das Metall der Elektrode zerstäuben und das zu zerstäubende dielektrische Material verunreinigen würde.

Aus der deutschen Patentschrift 736 130 und aus der britischen Patentschrift 610 529 ist es bei Gleichspannungsanwendung zur Kathodenzerstäubung bekannt, entsprechende Abschirmungen anzubringen, deren Abstand von der Kathode, die das zu zerstäubende Material in Form einer Auftreffplatte trägt, so gering ist, daß keine Entladung hierzwischen stattfinden kann, d. h., die Abschirmung liegt im Kathodendunkelraum bzw. Crookschen Dunkelraum. Ein solcher kapazitiver Nebenschluß hat bei Anwendung von Gleichspannung zur Kathodenzerstäubung im wesentlichen keinen nachteiligen Einfluß; bei Hochfrequenz bedingt aber eine nahe der Elektrode angeordnete Abschirmung eine unerwünschte kapazitive Kopplung zwischen der Elektrode und der geerdeten Abschirmung. Wenn diese Kopplung groß genug ist. kann sie die notwendige Ionisation und das Zerstäu-

ben verhindern. Macht man die Entfernung zwischen der Abschirmung und der Elektrode größer, zwecks Verminderung der kapazitiven Kopplung zwischen den genannten Teilen, kann die beabsichtigte Wirkung der Abschirmung negativ beeinflußt werden, da die Elektrode dem Ionenbeschuß ausgesetzt ist. Um diesen Mangel zu beseitigen, ist es bekannt, das dielektrische Material als die Ionisationskammer umschließende Hülle auszubilden, auf deren Außenflächen die Metallelektrode angeordnet ist. Hierdurch kann die letztere keinen schädlichen Effekt auf den Zerstäubungsprozeß ausüben. Eine derartige Formgebung erlauben jedoch nur wenige dielektrische Materialien, die darüber hinaus auf den zu übersiehenden Gegenständen keinen zufriedenstellenden Niederschlag erzeugen.

Der in der britischen Patentschrift 610 529 außerdem beschriebene wechselspannungsbetriebene Zerstäubungsapparat arbeitet bei Niederfrequenz ohne jegliche Abschirmung. Hierbei sind die verwendeten Elektroden abwechselnd im Takte der angelegten Wechselspannung jeweils Kathode und Anode und dementsprechend mit dem zu zerstäubenden Material überzogen; außerdem sind dort die zu besprühenden Substrate jeweils außerhalb der Hauptentladungsstrecke angeordnet.

Aus der britischen Patentschrift 736 512 ist es bekannt, bei einem mit Gleichspannung arbeitenden Zerstäubungsapparat ein in Richtung des elektrischen Gleichfeldes wirkendes Magnetfeld zur Verbesserung des Niederschlags auf das Substrat bei relativ niedrigen Gasdrücken unterhalb 1 · 10~³mmHg anzuwenden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Apparat der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es möglich ist, ein beliebiges, festes dielektrisches Material ohne dessen Ausbildung zu einer Hülle für die Ionisationskammer und ohne Verunreinigung des Niederschlags zu zerstäuben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise eine die Elektrode mit Ausnahme ihres von der Auftreffplatte bedeckten Oberflächenbereichs einhüllende Abschirmung in einem Abstand (D) angeordnet ist, dessen Maximalwert bei einem Gasdruck im Bereich von 10-10~³mmHg kleiner als die Dicke des Crookschen Dunkelraumes ist, daß für den Abstand (D) ein Minimalwert von 6 mm vorgesehen ist und daß innerhalb der Ionisationskammer eine an sich bekannte Vorrichtung zur Erzeugung eines senkrecht zur Auftreffplatte gerichteten Magnetfeldes angeordnet ist.

Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise ohne großen Aufwand auf Gegenständen Niederschläge aus einem dielektrischen Material erzeugen, die weitgehend frei von Verunreinigungen durch die Elektrode sind, wobei sich durch die Anwendung eines Magnetfeldes in Verbindung mit der Abschirmung bei Hochfrequenzkathodenzerstäubung die Hochfrequenzspannungsquelle leichter einstellen und besser an die durch den Zerstäubungsapparat gebildete Last anpassen läßt.

Außerdem ergibt sich hier der Vorteil, daß sich ein hoher Wirkungsgrad beim Schichtniederschlag einstellt und daß die niedergeschlagenen Schichten homogen und darüber hinaus von zufriedenstellender Festigkeit sind.

Gegenüber den Zerstäubungsapparaten, bei denen die Ionisationskammer aus dem aufzustäubenden dielektrischen Material besteht, ergibt sich noch ein großer Fortschritt, da bei der Wahl des zu zerstäubenden, dielektrischen Materials ohne Einschränkung dasjenige Material verwendet werden kann, das hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften, wie z. B. Ausdehnungskoeffizient und Glühtemperatur, zu jenen der zu überziehenden Gegenstände am besten paßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Figuren beschrieben. Es stellt dar F i g. 1 einen Vertikalschnitt eines Zerstäubungsapparates für dielektrisches Material,

F i g. 2 einen Schnitt, in vergrößertem Maßstab, einer abgeschirmten, in dem Apparat nach Fig. 1 verwendeten Elektrode, auf der das zu zerstäubende, dielektrische Material befestigt ist, und

F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 1.
Eine Niederdruckgasionisationskammer ist gebildet durch die auf der Grundplatte 12 abnehmbar befestigte Glocke 10 aus einem geeigneten, schwer schmelzbaren Glas. Der zwischen der Glocke 10 und der Grundplatte 12 angeordnete Dichtring 11 ruft eine vakuumfeste Abdichtung hervor. Ein geeignetes Gas, beispielsweise Argon, wird von der Quelle 13 geliefert und wird in der Glocke 10 durch die Vakuumpumpe 14 auf einem gewünschten niedrigen Druck gehalten. Innerhalb der gasgefüllten Glocke sind der Kathodenaufbau 16 und der Anodenaufbau 18 angeordnet. Die Ausdrücke Kathode und Anode werden hierbei lediglich des besseren Verstehens wegen verwendet. Wenn der Zerstäubungsapparat mit einer Hochfrequenzenergiequelle 20 verbunden ist, wirken die mit Kathode und Anode bezeichneten Teile während der negativen Halbwelle als Kathode bzw. als Anode. Während den dazwischenliegenden positiven Halbwellen werden die Polaritäten der Elektroden umgekehrt, jedoch wirkt sich dies in dem Apparat nach der Erfindung nicht als Umkehrung des Zerstäubungsvorganges aus.

Der Kathodenaufbau 16 besitzt die Auftreffplatte T, welche aus dem zu zerstäubenden dielektrischen Material besteht und an der metallischen Elektrode 22 anliegt. Diese Elektrode 22 ist isoliert an der Tragsäule 24 befestigt, die über einen Flansch mit der Grundplatte 12 verbunden ist. Die Tragsäule 24 ist elektrisch leitend und befindet sich in einem direkten elektrischen Kontakt mit der Grundplatte 12, die, wie die Zeichnungen zeigen, geerdet ist. Auf dem oberen Flansch der Tragsäule 24 ist die metallische Abschirmung 26 befestigt, deren aufwärts ragende Zylinderwandung 28 (F i g. 2) teilweise die Elektrode 22, welche an die Auftreffplatte T angrenzt, umgibt. An der unteren Fläche der Abschirmung 26 ist die Hülse 30 befestigt. Die die Hülse 30 umgebende Tragsäule 24 ist konzentrisch zur erstgenannten angeordnet. Innerhalb dieser Hülse 30 ist die aus einem geeigneten Isoliermaterial bestehende Hülse 32 angeordnet und erstreckt sich aufwärts in eine im Mittelpunkt der Ab-

schirmung 26 gelegene Öffnung. Das Metallrohr 34 erstreckt sich vertikal durch die Isolierhülse 32 hindurch und wird durch Reibung in seiner vertikalen Lage durch die Hülse 32 gehalten. Der Buchsring 36 wirkt mit einem ringförmigen, herausragenden Teil der Hülse 32 zusammen und ist auf die Hülse 30 aufgeschraubt. Der festgezogene Buchsring 36 stellt unter den Teilen 30, 32 und 34 eine feste Verbindung her, wobei das Rohr 34 sich entlang der vertikalen Achse

der Tragsäule 24 erstreckt und gegenüber derselben elektrisch isoliert ist. Der untere Teil des Rohres 34 erstreckt sich abwärts durch die in der Grundplatte 12 angeordnete und mit der Innenwandung der Tragsäule 24 fluchtende Öffnung 38 hindurch. Die oberen und die unteren Flansche der Tragsäule 24 sind luftdicht mit der Abschirmung 26 und der Grundplatte 12 verbunden, und die Isolierhülse 32 stellt eine luftdichte Verbindung zwischen dem Rohr 34 und der Abschirmung 26 her. Somit ist das Innere der Tragsäule 24 gegenüber dem dieselbe umgebenden Raum luftdicht abgeschlossen, der ein Teil der Niederdruckgaskammer darstellt. Im Inneren der Tragsäule 24 herrscht normaler Luftdruck.

Die Elektrode 22 sitzt auf dem oberen Ende des Rohres 34 und ist ringförmig mit der nach unten weisenden Zylinderwandung 40 ausgebildet, weiche auf der auf dem oberen Ende., des Rohres 34 befestigten Metallscheibe 42 aufsitzt. Die Metallscheibe 42 und die Zylinderwandung 40 sind miteinander verbunden und schließen den Raum 44 ein, innerhalb dessen Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit zirkulieren kann, um die Temperatur der Elektrode 22 während der Arbeit des Apparates auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Um eine gleichförmige Kühlung sicherzustellen, ist innerhalb des Raumes 22 die scheibenförmige Membran 46 angeordnet und wird durch an den Innenflächen der Elektrode 22 und der Scheibe 42 sich abstützenden Warzen 48 in ihrer' Lage gehalten. Die Membran 46 weist eine zentrale Öffnung auf, die mit dem oberen Ende des vertikalen Rohres 50 verbunden ist,. das sich innerhalb des Rohres 34 koaxial zu demselben erstreckt. Das untere Ende des Rohres 34 greift in die Buchse 52 ein und bildet mit derselben eine dichte Verbindung. Das für Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit vorgesehene Einlaßrohr 54 ist mit dem Inneren der Buchse 52 und mit dem Rohr 34 verbunden. Eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen der Buchse 52 und mit dem Rohr 34 bildet die Dichtung 56 und der auf der Buchse 52 aufgeschraubte Gewindering 58. Das Rohr 50 erstreckt sich durch die Buchse 52 hindurch und dient als Rückleitung der Kühlflüssigkeit, welche den Raum 44 der Elektrode 22 verläßt. Die Dichtung 60 und der auf das untere Ende der Buchse 52 aufgeschraubte Gewindering 62 bilden eine flüssigkeitsdichte Dichtung zwischen dem Rohr 50 und dem Inneren der Buchse 52. Im Betrieb läuft Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit in das äußere Rohr 34 durch das Einlaßrohr 54 ein, zirkuliert um die innerhalb des Raumes 44 der Elektrode 22 angeordnete Membran 46 herum und verläßt denselben durch das Auslaßrohr 50, wobei die Elektrode 22 und die auf derselben angeordnete Auftreffplatte T gekühlt werden. Dadurch wird eine übermäßige Abnutzung und ein Durchhängen der Auftreffplatte T vermieden. Wenn Wasser oder irgendeine andere elektrisch leitende Flüssigkeit verwendet wird, sind das Einlaßrohr 54 und das Auslaßrohr 50 an je ein Absperrglied mittels langer Plastik- oder Kunststoffschläuche angeschlossen. Dies errichtet einen hohen Widerstand gegenüber Erde. Mit einem 451 cm langen Rohr mit einem Durchmesser von 6 mm ist ein Widerstand zur Erde von ungefähr 10 Ohm erreichbar. Mit dieser Anordnung ist im wesentlichen ein Energieverlust vermeidbar.

Vorkehrungen für die Kühlung der Abschirmung 26 sind ebenfalls getroffen. Wie in F i g. 2 gezeigt, ist innerhalb der Abschirmung 26ein ringförmiger Raum 64, der durch die in der Abschirmung 26 befestigte Scheibe 66 abgeschlossen wird. Das Einlaßrohr 68 und das Auslaßrohr 70 sind mit diesem Raum 64 verbunden, um eine Zirkulation einer Kühlflüssigkeit durch diesen Raum hindurch für ein Kühlen der Abschirmung 26 zu ermöglichen. Diese Einlaß- und Auslaßrohre 68 und 70 erstrecken sich vertikal durch die öffnung 38 in der Grundplatte 12 hindurch und sind mit ihren oberen Enden an der Abschirmung 26 befestigt.

Spannung wird der Elektrode 22 von der Hochfrequenzenergiequelle 20 (Fi g. 1) zugeführt. Eine Seite dieser Quelle 20 ist geerdet und die andere Seite derselben ist durch die Klemme 72 mit der Buchse 52

¹S verbunden. Die elektrische Verbindung wird fortgesetzt durch die Buchse 52, das Rohr 34 und die Elektrode 22. Wie weiter oben erklärt, ist das Rohr 34 gegenüber der Abschirmung 26 isoliert. Potential wird an der Abschirmung 26 aufrechterhalten, dadurch, daß die Abschirmung elektrisch mit der Tragsäule 24 verbunden ist, welche auf der geerdeten Grundplatte 12 befestigt ist. Die geerdete Abschirmung 26 dient zur Unterdrückung jeglicher Glimmentladung, die anderweitig hinter der Auftreff platte T in der Nachbarschaft der Elektrode 22 stattfinden kann.

Die Größe der Abschirmung 26 und ihr Abstand von der Elektrode 22 sind wichtige Faktoren. Wie in F i g. 2 gezeigt, verdeckt die Zylinderwandung 28 der Abschirmung 26 nicht vollständig die Elektrode 22.

3o. Darüber hinaus ist der Raum D (Fig. 2) zwischen der Abschirmung 26 und der Elektrode 22 so gewählt, um innerhalb bestimmten Grenzen zu liegen. Es hat sich experimentell herausgestellt, daß für ein wirtschaftliches Zerstäuben von dielektrischem Material bei Hochfrequenzspeisung die Entfernung D in einem Bereich liegen sollte, dessen untere Grenze etwa 6 mm bildet und dessen obere Grenze durch die Dicke des Crookschen Dunkelraumes bei der Glimmentladung gebildet wird. Das bedeutet, daß das Zerstäuben von dielektrischem Material bei Hochfrequenz entsprechend der Erfindung ausgeführt werden muß bei Gasdrücken, die nicht größer als ungefähr 30 · 10~³mm Hg und vorzugsweise geringer als dieser Wert sein sollen, wobei bei einem herkömmlichen Gleichstromzerstäuber es üblich ist, wesentlich höhere Gasdrücke in der Größenordnung von 50-10-³Hg und größer zu verwenden. Wo diese höheren Drücke verwendet werden, wird die Dicke des Crookschen Dunkelraumes sehr klein und geringer als etwa 6 mm. Wenn die Abschirmung 26 durch diese kleine Entfernung von der Elektrode 22 beabstandet ist, besteht zwischen der Abschirmung 26 und der Elektrode 22 bei Hochfrequenzen eine intensive kapazitive Kopplung. Bekanntlich erfordert das Zerstäuben von dielektrischem Material eine Hochfrequenz in der Größe einiger MHz. Bei diesen Frequenzen sollte der Zwischenraum D (F i g. 2) zwischen der Abschirmung 26 und der Elektrode 22 nicht geringer als die kritische Entfernung (etwa 6 mm), wie eben erklärt, betragen. Das Maxi-So mum dieses Zwischenraumes beträgt etwa die Dicke des Crookschen Dunkelraumes, welcher beeinflußt wird durch den Gasdruck und auch durch die Anwesenheit eines magnetischen Feldes, wie noch weiter unten erklärt ist.

Die Anode 18 ist an der Unterseite der Platte 76 (Fig. 1) befestigt, die von den Bolzen78 getragen wird, durch welche die Anode 18 elektrisch mit der geerdeten Grundplatte 12 verbunden ist. Die zu über-

ziehenden Gegenstände, beispielsweise Siliziumplatten W (F i g. 3), werden von geeigneten Haltern 80 aufgenommen, die auf der Unterseite der Anode 18 mit parallelem Abstand zur Auftreffplatte T befestigt sind. (Es ist klar, daß nicht nur Siliziumplatten, sondern auch andere Unterlagen von den Haltern 80 aufgenommen werden können.) Die Entfernung zwischen den Unterlagen W und der Auftreffplatte T beträgt ungefähr 25 mm.

Um die zu überziehenden Unterlagen vor übermäßiger Hitze zu schützen, ist es zweckmäßig, die Unterlagen während des Zerstäubungsvorganges auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Zu diesem Zweck ist die Kühlschlange 82 auf der Metallplatte 76 angeordnet, auf welcher die Anode 18 sich befindet. Einlaß- und Auslaßrohre 84 und 86, die sich durch gasdichte Buchsringe in der Grundplatte hindurch erstrecken, führen ein geeignetes Kühlmittel durch die Kühlschlange 82 zwecks Aufnahme übermäßiger Hitze von der Anode 18 und den darauf befindlichen Unterlagen. Wenn jedoch andererseits die zu überziehenden Unterlagen aus einem Material bestehen, das bei Einwirkung von Hitze den Niederschlag verbessert, ist es möglich, geeignete Heizschlangen in der Nähe der Anode anzuordnen, um die gewünschte Unterlagentemperatur zu erhalten.

Bei einer Hochfrequenzspannung an der Elektrode22 wirkt die Auftreffplatte T als Kathode während jener Halbwellen, in denen das Potential der Elektrode 22 negativ hinsichtlich Erde ist. Während der dazwischenliegenden positiven Halbwellen steigt das Potential der Elektrode 22 über das Erdpotential hinaus, wobei Elektronen zur Auftreffplatte T gezogen werden und die zuvor auf der Auftreffplatte T durch die aufgetroffenen Ionen sich gebildete positive Ladung entfernen. Von der Auftreff platte T werden Elektronen von einer Anzahl angezogen, die größer ist als die der schwereren Ionen. Deshalb bleibt als Ergebnis der Wechselwirkung zwischen den Ionen und den Elektronen die Auftreff platte Γ selbst auf einem im wesentlichen negativen Potential hinsichtlich Erde, und wenn sie kurzzeitig ein positives Potential annimmt, ist dies nicht ausreichend, um den Zerstäubungsprozeß umzukehren oder ein unerwünschtes Zerstäuben irgendwelcher mit der Anode 18 verbundenen Metallteile zu verursachen.

Die Errichtung einer Glimmentladung bei Hochfrequenz zwischen der Auftreffplatte Γ und der Anode 18 verursacht die Bildung einer positiven lonenhülle um die negative Auftreffplatte T herum. Da die A uftreff platte beschossen wird von Ionen dieser Hülle, werden atomare Partikeln des Auftreffplattenmateriales zerstäubt und schlagen sich auf den von den auf der Gegenelektrode oder Anode 18 befestigten Haltern 80 gehaltenen Unterlagen nieder. Die Anordnung ist so getroffen, daß nur sehr wenig des zerstäubten dielektrischen Materials sich anderswo niederschlägt.

Es ist bekannt, daß die Anwendung eines magnetischen Feldes bei einer Glimmentladung den Ionisationsvorgang beschleunigt. Dieser Effekt wird verwendet, um die Zerstäubungsgeschwindigkeit bisher bekannter Gleichstromzerstäubungsvorrichtungen zu erhöhen. Entsprechend der allgemein akzeptierten Theorie verleiht das magnetische Feld den zwischen den Elektroden wandernden Elektronen eine spiralförmige Bewegung, wobei der von jedem Elektron zurückgelegte Weg verlängert wird und die Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen den Elektronen und den Gasmolekülen erhöht wird. Bei dem Hochfrequenzzerstäubungsapparat ergeben sich bei Anwendung eines magnetischen Feldes zusätzlich andere Vorteile. Die Hochfrequenzglimmentladung ist wesentlich stabiler, wenn ein gleichmäßiges magnetisches Feld angewendet wird und es ist leichter, die Hochfrequenzenergiequelle an die Last anzupassen. Demzufolge ist in dem HF-Zerstäubungsapparat eine Vorrichtung eingebaut, die in dem Elektrodenzwischenraum, von wo aus die Glimmentladung aufrechterhalten wird, ein magnetisches Feld erzeugt. Ein Satz ringförmiger Permanentmagnete 90 (F i g. 1) ist auf der Anode 18 aufgestapelt, um ein gleichmäßiges magnetisches Feld entlang der vertikalen Achse 92 der Ringe und senkrecht zur Oberfläche der Auftreffplatte T aufzubauen. Versuche zeigten, daß die aufwärts oder abwärts gerichtete Polarität dieses magnetischen Feldes unwesentlich ist. Die Anzahl der Permanentmagnete 90 ist entsprechend den auftretenden Betriebszuständen auszuwählen. Wenn die gewünschte Intensität des magnetischen Feldes durch Experiment festgelegt ist, kann für die Erzeugung eines solchen Feldes ein einziger Permanentmagnet oder äquivalente Magnetisierungsmittel verwendet werden. Die Ionisation und der Zerstäubungsvorgang wird durch dieses magnetische Feld wesentlich beschleunigt, wie nachstehend an Hand eines besonderen Beispieles erklärt ist.
Die Anwesenheit eines magnetischen Feldes scheint darüber hinaus den gleichen Effekt auf die Gasentladung auszuüben, wie eine Erhöhung des Gasdruckes. Bei der Anwesenheit eines magnetischen Feldes kann eine Glimmentladung aufrechterhalten werden bei einem Gasdruck der anderweitig für diesen Zweck viel zu niedrig sein würde, und die Dicke des Crookschen Dunkelraumes wird ebenfalls reduziert. Mit dem HF-Zerstäubungsapparat wurden gute Ergebnisse erzielt bei der Verwendung eines Gasdruckes von nur 5 · 10~³mm Hg und eines magnetischen Feldes von der Größe zwischen 70 und 110 Gauß, wodurch die Glimmentladung einen Crookschen Dunkelraum aufweist, der nicht kleiner als etwa 6 mm ist.

Obwohl die Kathode 16 in der F i g. 1 unter der Anode 18 dargestellt ist, kann diese Anordnung auch umgekehrt werden, so daß Material von der Auftreffplatte T nach unten gerichtet zerstäubt wird anstatt nach oben gerichtet. Diese umgekehrte Anordnung hat den Vorteil, daß die mit einem dielektrischen Material zu überziehenden Gegenstände eine Befestigung auf der Anode nicht erfordern und lediglich durch die Gravitationskraft festgehalten werden. Dadurch erübrigen sich die Halter 80, wodurch mehr Gegenstände auf einer Anode gleicher Größe anordenbar sind. Die Rückseite der Auftreffplatte T kann metallisiert und verbunden mit der Elektrode 22 sein, um die Auftreffplatte festzuhalten.

Ein Versuchsapparat, der wie nachstehend beschrieben ausgebildet wurde, führte ein Zerstäuben verschiedenartigster dielektrischer Materialien einschließlich geschmolzenem Quarz, Aluminiumoxid, Mullit, Bornitrid und viele Glasarten, wie beispielsweise Borsilikatglas, Bleiglas, Calcium-Aluminiumglas und Abdichtglas aus. In dem Apparat wurde Argongas bei einem Druck von 5 · 10~³mm Hg verwendet und die Speisung fand statt bei einer Frequenz von 13,56 MHz. Mit einer kreisförmigen Auftreffplatte von ca. 126 mm Durchmesser wurden folgende typische Niederschlagsgeschwindigkeiten erzielt: ,A-tnta

409 647/j4ö

Material der Auftreffplatte	Magnetfeld (Gauß)	Spannung (Spitze zu Spitze)	Nieder schlagsge schwindigkeit in Ängström/ Min.
Quarz Borsilikatglas Borsilikatglas Borsilikatglas	110 110 70	3 300V 3 000V 3 000V 3 200V	1700 550 400 27

10

Die Tabelle zeigt deutlich den wichtigen Anteil, den das magnetische Feld bei der Verbesserung der Niederschlagsgeschwindigkeit bei Hochfrequenzzerstäubungsapparaten spielt. Die Geschwindigkeit, mit der beispielsweise Quarz in der beschriebenen Apparatur niedergeschlagen werden kann, ist etwa 60mal so groß wie die Geschwindigkeit, die erreichbar ist bei der Verwendung anderer zur Zeit bekannter dielektrischer Zerstäubungsapparate.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Apparat zum Zerstäuben von dielektrischem Material und zur Bildung eines dielektrischen Niederschlages auf Gegenständen durch Ionenbeschuß in einer Gasentladung, die bei niedrigem Gasdruck in einer zwei Elektroden enthaltenden Ionisationskammer mittels Wechselspannung erzeugbar ist, deren Frequenz im Bereich einiger Megahertz liegt, und bei dem auf einer Elektrode eine aus dem dielektrischen Material bestehende Auftreffplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine die Elektrode (22) mit Ausnahme ihres von der Auftreffplatte (T) bedeckten Oberflächenbereichs einhüllende Abschirmung (26) in einem Abstand (D) angeordnet ist, dessen Maximalwert bei einem Gasdruck im Bereich von 10· 10~³ mm Hg kleiner als" die Dicke des Crookschen Dunkelraumes ist, daß für den Abstand (D) ein Minimalwert von 6 mm vorgesehen ist und daß innerhalb der Ionisationskammer (10) eine an sich bekannte Vorrichtung (90) zur Erzeugung eines senkrecht zur Auftreffplatte (T) gerichteten Magnetfeldes (92) angeordnet ist.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (26) einen an einen ersten Kühlmittelkreislauf (68, 70) angeschlossenen Hohlraum (64) aufweist und daß in einem an sich bekannten, an einen zweiten Kühlmittelkreislauf (54, 50) angeschlossenen Hohlraum (44), in der die Auftreffplatte (T) tragenden Elektrode (16) eine mit seitlichem Spiel angeordnete Membran (46) in ihrer Mittelbohrung ein erstes Rohr (50) des Kühlmittelkreislaufs (54, 50) trägt, das mit radialem Abstand koaxial von einem an einem Einlaßrohr (54) des Kühlmittelstroms angeschlossenen zweiten Rohr (34) aufgenommen ist.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Auftreffplatte (T) mit Abstand gegenüberliegende Gegenelektrode (18) an einer Kühl- bzw. beheizbaren Platte (76) befestigt ist.