EP0444538A2

Device and procedure for vacuum evaporation of a material, plasma arc device and utilisation of the procedure.

Abstract

Um einen Verdampfungslichtbogen an einem Target, das mindestens an seiner Oberfläche ein zu verdampfendes hochschmelzendes Material aufweist, zu zünden, zu stabilisieren und zu führen, ist eine Elektronenstrahlkanone oder ein Laser vorgesehen, für das Erzeugen einer lokalen Dampfwolke oder eines vorgeschmolzenen Fleckens auf der Targetoberfläche, um damit den Lichtbogenfleck zu zünden resp. zu führen.

EP0444538A2, drawing sheet 1
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21 claims: 4 independent, 17 dependent

  1. 1
    Vorrichtung zum Verdampfen von Material in Vakuum mittels eines Lichtbogens mit einem Target, das mindestens an einem Teil seiner Oberfläche ein zu verdampfendes Material aufweist, wobei die Bogenentladung in einem Bereich betrieben wird, wo ein wesentlicher Teil des Bogenstroms meistens durch kleine Flecken auf der Targetoberfläche fliesst und das Target als Kathode des Funkens oder Lichtbogens geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Elektronenstrahlkanone (5) oder einen Laser für das Erzeugen einer lokalen Dampfwolke auf der Targetoberfläche und Mittel zum Führen des Elektronenstrahls oder des Laserstrahls über die Targetoberfläche aufeist, um damit den Lichtbogenfusspunkt zu stabilisieren und zu führen.
  2. 2
    Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektlinse des Lasers beweglich angeordnet ist, derart, dass der Laserstrahl auf der Targetoberfläche führbar ist.
  3. 3
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein bewegbarer Spiegel angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass der Brennfleck des Lasers wandert, derart, dass der Laserstrahl auf der Targetoberfläche führbar ist.
  4. 4
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Target bewegbar angeordnet ist.
  5. 5
    Vorrichtung zum Zünden des Verdampfungslichtbogens am Target, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahlkanone oder der Laser für das Erzeugen eines vorgeschmolzenen Fleckens resp. der Bildung einer lokalen Dampfwolke über einem kleinen Bereich der Targetoberfläche vorgesehen ist, der resp. die ausreichend ist zur Zündung des Lichtbogens.
  6. 6
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Laseroptik, deren Brennweite grösser als 40 mm ist.
  7. 7
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen gepulsten Laser zum Zünden des Lichtbogens.
  8. 8
    Verfahren zum Verdampfen von Material in Vakuum mittels eines Lichtbogens an einem als Kathode geschalteten Target, das mindestens an einem Teil seiner Oberfläche ein zu verdampfendes Material aufweist, wobei die Bogenentladung in einem Bereich betrieben wird, wo ein wesentlicher Teil des Bogenstroms meistens durch kleine Flecken auf der Targetoberfläche fliesst, dadurch gekennzeichnet, dass man mittels eines Elektronenstrahl s oder eines Lasers auf der Targetoberfläche eine lokale Dampfwolke erzeugt, derart, dass man den Fusspunkt des Lichtbogens oder des Funkens in dieser Dampfwolke stabilisiert und mit dieser führt.
  9. 9
    Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass man unterhalb der Dampfwolke auf der Targetoberfläche eine Pfütze erzeugt.
  10. 10
    Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass man den Elektronenstrahl oder den Laserstrahl auf der Targetoberfläche führt.
  11. 11
    Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im zeitlichen Mittel die Betriebsleistung der Bogenentladung die Betriebsleistung der Elektronenstrahlkanone oder des Lasers übersteigt bzw. dass das Verdampfen des Materials mehrheitlich mittels des Lichtbogens der Bogenentladung erfolgt.
  12. 12
    Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man die Energiedichte des Elektronenstrahls oder des Laserstrahls derart regelt, dass ein Entladungsstrom von mehr als 30 Ampere bei einer Entladungsspannung von lediglich 10 bis 15 Volt ermöglicht wird.
  13. 13
    Verfahren zum Zünden des Verdampfungslichtbogens am Target, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Elektronenstrahlkanone oder des Lasers auf der Targetoberfläche ein vorgeschmolzener Fleck resp. über einem kleinen Bereich der Targetoberfläche eine lokale Dampfwolke erzeugt wird, der resp. die ausreichend ist zur Zündung eines Funkens resp. des Lichtbogens.
  14. 14
    Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse des Zündfleckens bei Verwendung eines Elektronenstrahls kleiner 10 mm², vorzugsweise kleiner als 1 mm², resp. bei Verwendung eines Lasers kleiner 0,3 mm², bevorzugt kleiner 0,1mm², gewählt wird.
  15. 15
    Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des Lichtbogens wenigstens nahezu regelmässig wiederholt wird.
  16. 16
    Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man im über dem Target liegenden Verdampfungsraum eine verdünnte Atmosphäre aus Edelgas, Sauerstoff, Stickstoff, einer gasförmigen Kohlenstoffverbindung, einer metallorganischen gasförmigen oder einer bohrhaltigen gasförmigen Verbindung aufrechterhält.
  17. 17
    Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Targetobefläche aus einem leichtschmelzenden Material besteht und man den Elektronenstrahl oder den Laserstrahl so stark defokussiert, dass die Pfütze um den Lichtbogenfusspunkt der Bogenentladung ständig einen Trichter bildet, in dessen Grund immer flüssiges Targetmaterial nachrinnt, wodurch der Lichtbogen ohne Führung stabilisiert wird.
  18. 18
    Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Elektronenstrahls bzw. Laserbrennpunktes so rasch erfolgt, dass man damit die Eigenbewegung des Bogenentladungsfusspunktes unterdrückt.
  19. 19
    Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 15 zum sequentiellen Zünden mehrerer Targets mit einem Strahl.
  20. 20
    Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 bis 18, für das Bedampfen von Substraten mittels eines Plasmalichtbogens.
  21. 21
    Anwendung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Aufdampfraum eine Stickstoff-, Sauerstoff- oder eine gasförmige, Kohlenstoffverbindung enthaltende Atmosphäre aufrechterhalten wird, die mit dem kondensierenden Material auf der Oberfläche wenigstens teilweise zu dessen Karbiden, Oxiden und Nitriden bzw. Mischungen derselben reagiert.
Independent claims21