DE19850218C1 - Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von Substraten im Vakuum - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von Substraten im Vakuum, wobei von einem Target ein Plasma erzeugt und ionisierte Teilchen des Plasmas auf dem Substrat als Schicht abgeschieden werden sollen, wie dies bei den verschiedensten bekannten PVD-Verfahren seit längerem angewendet wird. Mit der Erfindung soll verhindert werden, daß sich Tröpfchen und Partikel in der aufgebrachten Schicht absetzen, die die Schichteigenschaften negativ beeinträchtigen, zuminest soll jedoch deren Anzahl verringert werden. Zur Lösung dieses Problems wird eine auf einem elektrisch positivem Potential liegende Absorberelektrode verwendet, die wenige mm vom Fußpunkt des Plasmas entfernt, vor oder neben dem Plasma angeordnet und so geformt ist, daß sich um die Absorberelektrode ein elektrisches Feld ausbildet. Der elektrische Feldvektor soll dabei zumindest annähernd orthogonal zur Bewegungsrichtung der ionisierten Teilchen des Plasmas ausgerichtet sein.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Beschichtung von Substraten im Vakuum, wobei von einem Target ein Plasma erzeugt und ionisierte Teil­ chen des Plasmas auf dem Substrat als Schicht abge­ schieden werden sollen, wie dies bei den verschieden­ sten bekannten PVD-Verfahren seit längerer Zeit er­ folgreich angewendet wird.

Insbesondere ist die Erfindung in Ergänzung des soge­ nannten Laser-Arc-Verfahrens, bei dem eine Bogenent­ ladung im Vakuum mittels eines gepulst betriebenen Laserstrahls gezündet und mit dem über die Bogenent­ ladung erhaltenen Plasma der ionisierte Teilchenstrom zu einem Substrat geführt und auf diesem als Schicht die ionisierten Teilchen abgeschieden werden können, anwendbar. Die Erfindung kann aber auch bei einem an sich bekannten Verfahren, bei dem eine Bogenentladung im Vakuum zur Erzeugung des Plasmas benutzt wird, ohne daß die Bogenentladung mit einem Laserstrahl initiiert wird, angewendet werden. Dabei kann die Bogenentladung auf bekannte Art und Weise, entweder allein durch eine ausreichend hohe Spannung zwischen einer Anode und einem als Kathode geschalteten Target gezündet werden und zum anderen besteht die Möglich­ keit, die Zündung mittels elektrisch leitender Zünd­ elemente infolge Kurzschluß zu initiieren.

Eine weitere Möglichkeit, bei der die erfindungsgemä­ ße Lösung sinnvoll angewendet werden kann, ist die Erzeugung eines Plasmas auf einem Target durch Be­ strahlung der Targetoberfläche mit einem Laserstrahl entsprechend ausreichender Intensität.

In allen Fällen wird das Plasma ausgehend von einem Fußpunkt unmittelbar über der Oberfläche eines Tar­ gets gebildet.

Diese drei möglichen Verfahren sind beispielhaft in DE 39 01 401 C1 und DD 279 695 B5 für das Laser-Arc- Verfahren, DD 280 338 B5 für die reine Bogenentla­ dungsverdampfung und in US 4,987,007 für die Laser­ strahl-Plasmaerzeugung beschrieben.

Diese bekannten Verfahren, weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihr Plasma relativ reich an Tröpfchen und Partikeln ist, die zu lokalen Abweichungen in den Schichteigenschaften führen und die entsprechend be­ schichteten Substrate dann für viele Anwendungsfälle nicht geeignet sind.

Um diesem Nachteil entgegenzutreten wurden aber Mög­ lichkeiten vorgeschlagen, um eine sogenannte "Filte­ rung" des Plasmas zur Speicherung von Partikeln durchzuführen. Mehrere Möglichkeiten hierfür sind von B. F. Coll und D. M. Sanders in "Design of Vacuum Arc- Basis Sources"; Surface and Coatings Technology", No. 81 (1996) 42-51 beschrieben. Dabei wird bei diesen bekannten Lösungen davon ausgegangen, daß unter Ver­ wendung magnetischer Felder die ionisierten leichten Bestandteile eines Plasmas abgelenkt werden können und die wesentlich größeren, wegen ihres ungünstigen Ladungs-/Masseverhältnisses, schwerer ablenkbaren Partikel voneinander getrennt werden können.

Diese Filteranordnungen haben jedoch einige erhebli­ che Nachteile:

Der Aufbau dieser Systeme ist sehr komplex und ent­ sprechend teuer. Der Durchmesser der magnetischen Filter und damit der Durchmesser der Beschichtungs­ fläche ist auf Grund der benötigten kräftigen magne­ tischen Felder und der dazu benötigten elektrischen Leistungen auf ca. 150 mm begrenzt. Die Beschich­ tungsrate der Verfahren wird auf ca. 15-20% im Vergleich zu der ohne Verwendung des Filters verrin­ gert.

Des weiteren ist aus JP 63 171878 A eine Vorrichtung zur Durchführung eines Magnetron-Sputterverfahrens bekannt. Dabei werden zwei Targets verwendet, zwischen denen eine auf Masse gelegte Elektrode an­ geordnet ist. Mit dieser Elektrode sollen, je nachdem Elektronen bzw. Ionen gefangen werden, wobei mit ei­ ner solchen Anordnung die Beschichtungsrate erhöht werden soll.

Aus US H872 ist ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten bekannt. Nach der dort beschriebenen Lehre soll mittels eines Laserstrahls ein elektrostatisch aufgeladenes stabförmiges Target an einer Stirnseite aufgeschmolzen und mittels zwischen dieser Schmelze und dem zu beschichtenden Substrat angeordneter Elek­ troden, die entsprechend elektrostatisch aufgeladenen Bestandteile aus der Schmelze in Richtung auf das Substrat beschleunigt, gebündelt und geführt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Anteil an Tröpfchen und Partikeln, in einer auf einem Substrat mit einem PVD-Verfahren aufgebrachten Schicht zu ver­ ringern, wobei gleichzeitig eine relativ großflächige Beschichtung ermöglicht sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung und den Merkmalen des Anspruchs 16 für ein entspre­ chendes Verfahren zur Beschichtung von Substraten im Vakuum gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung, ergeben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkma­ len.

Erfindungsgemäß wird dabei so verfahren, daß eine zusätzliche gegenüber dem Plasma auf einem elektrisch positiven Potential liegende Absorberelektrode ver­ wendet wird, um die ein elektrisches Feld erzeugt wird. Durch dieses elektrische Feld werden ionisierte Teilchen und Elektronen eines Plasmas hindurch ge­ führt und dadurch erreicht, daß elektrisch negative Teilchen von der Absorberelektrode absorbiert und positive Teilchen, bevorzugt mit kleinem Masse-La­ dungsverhältnis des Plasmas zum Substrat geführt wer­ den. Neutrale Teilchen und Teilchen mit großem Masse- Ladungsver­ hältnis werden in ihrer Bezugsgröße nur unwesentlich beeinflußt und können so separiert werden.

Eine solche Absorberelektrode ist gegenüber den be­ kannten verwendeten magnetischen Filtersystemen wesentlich einfacher und kostengünstiger herstell- und betreibbar.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung besteht darin, diese in einer Vorrichtung zu verwenden, bei der eine gepulste Vakuum-Bogenent­ ladung mit einem gepulsten Laserstrahl, der auf die Oberfläche eines als Kathode geschalteten Targets gerichtet ist, verwendet wird. Solche Vorrichtungen mit den entsprechenden Verfahren sind, z. B. in DE 39 01 401 C2 und in einer verbesserten Form in DD 279 695 B5 beschrieben. Die Vakuumbogenentladung zur Er­ zeugung eines Plasmas wird zwischen dem Target und einer Anode gezündet und die ionisierten Teilchen des Plasmas werden dann nachfolgend auf einem Substrat als Schicht abgeschieden. Hierfür können die ver­ schiedensten Formen für die Ausbildung der Anode und des verwendeten Targets angewendet werden, wobei die verschiedensten Targetmaterialien einsetzbar sind. Bei Verfahren, wie dies z. B. in DD 279 695 B5 be­ schrieben ist, treten die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile der Abscheidung der relativ gro­ ßen Partikel in der Schicht auf. Um dem entgegenzu­ wirken, wird erfindungsgemäß eine zusätzliche Absor­ berelektrode eingesetzt, die gegenüber der ohnehin vorhandenen Anode auf einem elektrisch positiverem Potential gehalten wird. Mit dieser Anordnung gelingt es, eine Trennung der unterschiedlich geladenen Teil­ chen des ionisierten Teilchenstromes aus dem Plasma durchzuführen, wobei die elektrisch negativen Teil­ chen zumindest zum größten Teil von der Absorberelek­ trode absorbiert und in der erfindungsgemäß ge­ wünschten Form lediglich die elektrisch positiven Teilchen des Teilchenstromes auf das Substrat zu richten. Dabei ist es besonders günstig, den Abstand zwischen der Anode und der Absorberelektrode relativ klein, auf etwa einige wenige mm zu begrenzen.

Die Erfindung kann aber auch in einer Vorrichtung bzw. in einem Verfahren angewendet werden, bei dem das Plasma ausschließlich mittels einer Bogenentla­ dung im Vakuum erzeugt wird, wie dies neben anderen in DD 280 338 B5 beschrieben ist. Dabei wird die Bo­ genentladung entweder allein durch eine Spannungser­ höhung oder in Verbindung mit der Erzeugung eines Kurzschlusses initiiert. Auch in diesem Fall wird wieder ein als Kathode geschaltetes Target und eine Anode in einer Vakuumkammer verwendet, zwischen denen ein Lichtbogen, bevorzugt gepulst gezündet und ein Plasma aus dem Targetmaterial erzeugt wird. Auch in diesem Fall wird wiederum die Absorberelektrode in unmittelbarer Nähe des Targets und/oder der Anode angeordnet. Um die Absorberelektrode wird ein elek­ trisches Feld erzeugt, wobei die Absorberelektrode wiederum gegenüber dem Plasma auf einem elektrischen positiven Potential gehalten ist, so daß die positi­ ven Teilchen des Teilchenstromes aus dem Plasma in Richtung auf das Substrat bewegt werden und dort die Schicht gebildet wird, ohne daß die größeren bzw. massereicheren geladenen Teilchen des Teilchenstromes zum Substrat gelangen, da sie von der Absorberelek­ trode absorbiert werden können.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Absorberelektrode kann aber auch in einer Vorrichtung bzw. bei einem Verfahren verwendet werden, bei dem das Plasma von einem Target mit einem Laserstrahl, der auf dieses gerichtet ist, erzeugt wird. Eine solche Vorgehens­ weise ist z. B. in US 4,987,007 beschrieben. In diesem Fall kann auch ein Plasma aus einem Targetmaterial, das nicht leitend ist, erzeugt werden. Auch hier wird wieder die Absorberelektrode in unmittelbarer Nähe des Fußpunktes des Plasmas, d. h. der Fokuspunkt des Laserstrahls auf dem Target angeordnet. Auch in die­ sem Falle wird die Trennung der unterschiedlich ge­ ladenen Teilchen des ionisierten Teilchenstromes in der bereits bei den anderen Möglichkeiten beschriebe­ nen Form durchgeführt, so daß nahezu ausschließlich positiv geladene Teilchen des Teilchenstromes auf das Substrat gelangen und dort die Schicht ausbilden.

Vorteilhaft kann die Erfindung weiter gebildet wer­ den, in dem die Absorberelektrode und/oder das Sub­ strat so angeordnet bzw. ausgebildet werden, daß kei­ ne Teilchen des Teilchenstromes aus dem Plasma nicht direkt auf das Substrat gelangen können. Hierfür kann auch zusätzlich eine abschirmende Blende eingesetzt werden, die zwischen Target und Substrat entsprechend angeordnet werden kann.

Die erfindungsgemäße Wirkung der verwendeten Absor­ berelektrode beruht auf dem hohen Ionisierungsgrad des Plasmas, der mit den bereits genannten Verfahren erreicht werden kann, ohne daß die Ionen eine hohe kinetische Energie aufweisen müssen. Die Energie der Ionen liegt hierbei zwischen 30 bis 100 eV. Bekann­ termaßen beträgt der Ionisierungsgrad eines Plasmas bei einer Vakuumbogenentladung bei etwa 80 bis 90%.

Die Absorberelektrode hat allein die Funktion der Trennung der unterschiedlich geladenen Teilchen des Teilchenstromes aus dem Plasma und führt nicht dazu, daß eine Beschleunigung der ionisierten Teilchen er­ reicht wird.

Durch die Anordnung der Absorberelektrode in unmit­ telbarer Nähe der Anode bzw. des Targets, wird ein sehr großer Teil der Elektronen und negativ geladenen Ionen absorbiert und gleichzeitig verhindert, daß sich durch Rekombinationsprozesse der Ionisierungs­ grad der Ionen wesentlich vor dem Verlassen der mit der Absorberelektrode in Verbindung mit dem elektri­ schen Feld ausgebildeten Umlenkanordnung ändert und sich die Wirksamkeit des elektrischen Feldes infolge des positiven Ladungsträgerüberschusses beträchtlich erhöht.

Die Beschichtungsrate kann positiv beeinflußt werden, in dem die Absorberelektrode, das Substrat und die anderen gegebenenfalls für die Erzeugung des Plasmas erforderlichen Komponenten in günstiger Weise ausge­ bildet und/oder angeordnet werden. Besonders geeigne­ te Ausführungsformen werden nachfolgend noch näher beschrieben werden.

Bei entsprechender Form der Absorberelektrode kann erreicht werden, daß bei Eintritt des Plasmas in das um die Absorberelektrode erzeugte elektrische Feld, der elektrische Feldvektor orthogonal zur Bewegungs­ richtung des Ionenstromes ausgerichtet ist und so die kinetische Energie der Ionen nur geringfügig beein­ flußt wird. Aus diesem Grund können nahezu aus­ schließlich die Ionen optimal als positiv geladene Raumladung zum Substrat umgelenkt werden. Das Substrat erwärmt sich nur in sehr geringem Maße, so daß der eigentliche Be­ schichtungsvorgang beinahe bei Raumtemperatur durch­ geführt wird, so daß auch entsprechende thermisch sensible Substrate ohne weiteres beschichtet werden können.

Durch eine am Substrat angelegte negative Spannung, kann die Energie der Ionen und dadurch auch die Ei­ genschaften der ausgebildeten Schicht gezielt beein­ flußt werden.

Die Zusammensetzung und Struktur der ausgebildeten Schicht und die Beschichtungsrate können durch Varia­ tionen der Spannung an der Absorberelektrode beein­ flußt werden. Die Beschichtungsrate steigt dabei, da auch größere Teilchen in ihrer Kinetik, mit steigen­ der Spannung beeinflußt werden können.

Günstig kann es außerdem sein, ein gitterförmiges Element aus einem elektrisch leitenden Material zwi­ schen dem Fußpunkt des Plasmas und der Absorberelek­ trode anzuordnen, durch daß das Plasma geführt ist. Ein solches gitterförmiges Element kann auf das elek­ trische Potential der Anode gelegt werden. Außerdem kann es vorteilhaft sein, daß gitterförmige Element in Richtung der Bewegungsrichtung des Plasmas gewölbt auszubilden. Das gitterförmige Element kann mit der Anode und gegebenenfalls einer verwendeten Blende verbunden und demzufolge auch daran befestigt sein.

Die Erfindung kann vorteilhaft auch zur Ausbildung von reaktiv beeinflußten Schichten eingesetzt werden.

Im Bereich der Absorberelektrode Gase zugeführt, io­ nisiert und chemisch aktiviert werden, so daß mit z. B. Stickstoff, Sauerstoff, H₂, Kohlenwasserstoffe, die mit geringem Massenstrom und demzufolge sehr kleinen Gasdrücken unterhalb 10^-1 Pa zugeführt werden können, z. B. oxidische, carbidische oder nitridische Schichten oder einer Kombination, wie z. B. Carboni­ tride zu erzeugt werden können.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft beschrie­ ben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, bei der ein Plasma mit einem La­ ser-Arc-Verfahren erzeugt und eine gekrümm­ te Absorberelektrode eingesetzt wird;

Fig. 2 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, bei der ein Plasma mit einem La­ ser-Arc-Verfahren erzeugt und eine keilför­ mig ausgebildete Absorberelektrode verwen­ det wird;

Fig. 3 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, bei dem ein Plasma mit einem La­ ser-Arc-Verfahren erzeugt und eine gekrümm­ te, aus einer Mehrzahl von Streifen gebil­ dete Absorberelektrode verwendet wird und

Fig. 4 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, bei der ein Plasma mit einem La­ serstrahl erzeugt und eine gekrümmte, aus einer Mehrzahl von Einzelstreifen gebildete Absorberelektrode verwendet wird.

Bei den in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Vorrichtun­ gen, wurde sämtlichst auf die Darstellung der Vakuum­ kammer, in der die in den Figuren dargestellten ein­ zelnen Komponenten aufgenommen sind, verzichtet, da davon ausgegangen werden kann, daß dies für den ein­ schlägigen Fachmann auf der Hand liegt.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung, wird ein walzenförmiges Target 1 verwendet, das um seine Längsachse gleich­ förmig gedreht wird. Für die Erzeugung eines Plasmas aus einer Bogenentladung wird eine Anode 4 verwendet, die in bevorzugter Form als Anodenschirm mit einem zentralen Spalt, durch den das erzeugte Plasma aus­ treten kann, ausgebildet ist, wie dies mit der in Fig. 1 und auch den Fig. 2 und 3 dargestellten Form der Anode 4 angedeutet ist. Zur Zündung der Va­ kuum-Bogenentladung wird ein Laserstrahl 5 in gepuls­ ter Form auf die Manteloberfläche des Targets 1 ge­ richtet und gleichzeitig die Anodenspannung entspre­ chend erhöht, so daß eine Bogenentladung zwischen Target 1 und Anode 4 gezündet und im Anschluß an die Verdampfung von Targetmaterial ein Plasma erzeugt werden kann, das durch den Anodenspalt in Richtung auf die hier gekrümmte, der Form eines Teilkreises folgend, ausgebildete Absorberelektrode 2 gelangt.

Die Absorberelektrode 2 ist an eine Gleichspannung angelegt. Diese Spannung an der Absorberelektrode 2 liegt oberhalb der normalen Spannung an der Anode 4 und des Plasmas.

Mit der Absorberelektrode 2 kann eine Trennung der verschieden geladenen Teilchen im ionisierten Teil­ chenstrom aus dem Plasma durchgeführt werden. Hierfür werden die negativ geladenen Ionenteilchen von der Absorberelektrode 2 absorbiert und die positiv gela­ denen Teilchen aus dem Teilchenstrom können sich in Richtung auf das Substrat 3 bewegen und an dessen Oberfläche die gewünschte nahezu partikel- und tröpf­ chenfreie Schicht ausbilden. Dabei wirkt sich das zwischen Absorberelektrode 2 und Substrat 3 ausgebil­ dete elektrische Feld lediglich günstig für die ge­ wünschte Ladungstrennung aus und die kinetische Ener­ gie der positiv geladenen Teilchen wird nicht zusätz­ lich erhöht.

Bei diesem Beispiel ist an dem Substrat 3 ein elek­ trisch negatives Potential angelegt, was für bestimm­ te Zwecke günstig sein kann. Es ist aber nicht gene­ rell erforderlich, das Substrat auf ein elektrisch negatives Potential zu legen, sondern es kann ohne weiteres auch ein Anschluß an die Masse der Vorrich­ tung ausreichend sein.

Zur Verhinderung, daß sich ionisierte Teilchen unmit­ telbar, d. h. auf geradem, direktem Wege sich in Rich­ tung auf das Substrat 3 bewegen, kann eine Blende 6 verwendet werden, die zwischen Target 1 und Substrat 3 angeordnet ist. Sie gibt lediglich einen verengten Spalt zwischen Blende 6 und Absorberelektrode 2 für den Durchtritt des Plasmas frei.

Mit diesem Verfahren bzw. einer solchen Vorrichtung können relativ großformatige Substrate 3 beschichtet werden, wobei entsprechend lange walzenförmige Tar­ gets 1 verwendet werden können. In diesem Falle soll­ ten entsprechend lange Absorberelektroden 2 verwendet werden, so daß die gewünschte Wirkung über die gesam­ te Targetlänge und die gesamte zu beschichtende Flä­ che des Substrates 3 durch ein entsprechend ausge­ dehntes elektrisches Feld erreicht werden kann.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Beispiel wird wieder das bereits beschriebene Laser-Arc-Verfahren verwendet und es unterscheidet sich im wesentlichen durch die Ausbildung und Anordnung der Absorberelek­ trode 2 sowie der Anordnung des Substrates 3.

Die Absorberelektrode 2 ist hier keilförmig ausgebil­ det und der Keil bildet einen Winkel, bevorzugt von ca. 45°. Die Spitze der keilförmigen Absorber­ elektrode 2 ist in Richtung auf das Target 1 ausge­ richtet, so daß der ionisierte Teilchenstrom an den beiden Außenflächen der beiden Platten der Absorber­ elektrode 2 vorbeigeführt werden kann, und demzufolge ein unmittelbares direktes Auftreffen ionisierter Teilchen auf der zu beschichtenden Oberfläche des Substrates 3 verhindert und auf eine Blende 6, wie beim Beispiel nach Fig. 1, verzichtet werden kann.

Im übrigen wird mit einer solchen Vorrichtung ent­ sprechend gearbeitet, wie dies bei dem Beispiel nach Fig. 1 bereits beschrieben worden ist.

Bei dem in der Fig. 3 gezeigten Beispiel einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung werden wieder die glei­ chen einzelnen Komponenten verwendet, wie dies auch bei dem Beispiel nach Fig. 1 der Fall ist. Im Gegen­ satz hierzu ist lediglich die Absorberelektrode 2 modifiziert ausgebildet. Die Absorberelektrode 2 be­ steht hier aus einem Streifenträger 2", an dem ein­ zelne Streifen 2' aus elektrisch leitendem Material in einem Abstand voneinander gehalten werden. Die Streifen 2' sind dabei so ausgerichtet, daß ein re­ flektiertes ionisiertes Teilchen vom Substrat weg reflektiert wird und elektrisch negative ionisierte Teilchen nicht in Richtung auf das Substrat 3 bewegt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Streifenträger 2" aus einem dielektrischen Mate­ rial, so daß die einzelnen Streifen 2' voneinander isoliert sind. Damit ergibt sich die Möglichkeit, die einzelnen Streifen 2' auf elektrisch verschiedenen positiven Potentialen zu halten, so daß günstigerwei­ se die an den einzelnen Streifen 2' angelegte Spannung, mit wachsendem Abstand vom Target 1 an­ steigt, so daß die führende Wirkung der Absorberelek­ trode 2 auf die positiven Teilchen verbessert werden kann.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung wird ein herkömmliches Tar­ get 1 verwendet, bei dem in diesem Fall ein negatives Potential angelegt ist, wobei hierauf aber auch ver­ zichtet werden kann. Auf das Target 1 wird ein bevor­ zugt gepulster Laserstrahl 5 gerichtet und das Plasma allein mit dessen Energie aus dem Targetmaterial er­ zeugt. Das Target 1 kann aus elektrisch leitendem aber auch aus elektrisch nicht leitendem Material bestehen, je nachdem welche Schicht auf dem Substrat 3 ausgebildet werden soll. Im übrigen ist diese Vor­ richtung, genau wie das in Verbindung mit der Fig. 3 beschriebene Beispiel ausgebildet. Selbstverständlich können auch Ausführungsformen gemäß den anderen be­ schriebenen Beispielen, insbesondere für die Ausbil­ dung der Absorberelektrode 2 verwendet werden.

Bei einer Vorrichtung, wie sie mit den Beispielen gemäß den Fig. 1 bis 3 beschrieben worden und die in Verbindung mit dem bekannten Laser-Arc-Verfahren betrieben werden kann, können verschiedenste Schich­ ten auf verschiedensten Substraten aufgebracht wer­ den. So können partikelfreies Aluminium, verschiedene Aluminiumverbindungen (durch Zugabe entsprechend re­ aktiver Gase) und auch diamantähnliche Kohlenstoff­ schichten aufgebracht werden.

Nachfolgend soll die Beschichtung eines Substrates mit Aluminium als Beispiel beschrieben werden.

Hierzu wird ein walzenförmiges Aluminiumtarget 1 ver­ wendet und die Anode 4 zur Erzeugung der Bogenentla­ dung im Vakuum sowie die Absorberelektrode 2 weisen die gleiche Länge, wie das walzenförmige Aluminium­ target 1 auf. Bei diesem Beispiel wird eine Absorber­ elektrode 2, gemäß Fig. 1 verwendet, deren Krüm­ mungsradius 60 mm beträgt. Für die Zündung der Vaku­ um-Bogenentladung wird eine Impulsspitzenspannung von ca. 400 V an die Anode 4 angelegt. Nachdem die Zün­ dung der Vakuum-Bogenentladung zwischen Anode 4 und Target 1 mit Hilfe des Laserstrahls 5 (Leistungsdich­ te 5 . 10⁸ W/cm²) erfolgt ist, wird die Anodenspannung innerhalb weniger Mikrosekunden auf die Bogenentla­ dungsspannung von ca. 30 V reduziert. Die Stromstärke der Bogenentladung beträgt ca. 1.000 A, die Impuls­ frequenz, mit der die Vakuum-Bogenentladung durchge­ führt wird, liegt bei ca. 100 Hz.

Die Spannung an der Absorberelektrode 2 konnte bei mittleren Werten im Bereich zwischen 180 V und 200 V und die mittlere Stromstärke bei 1 A gehalten werden.

Das isoliert in der Vakuumkammer aufgehängte Substrat 3 kann im Gegensatz zu den beispielhaften Darstellun­ gen auf Massepotential gehalten werden. Mit einer solchen Anordnung können Beschichtungsraten reali­ siert werden, die bei ca. 40%, einer Vorgehensweise ohne die erfindungsgemäße Lösung, d. h. ohne zusätzli­ che Absorberelektrode, erreicht werden.

Die Absorberelektrode 2 kann aber auch in nicht dar­ gestellter Form so ausgebildet werden, daß sie aus mehreren in einem Abstand zueinander angeordneten ebenen, flächigen Elementen besteht, wobei die ein­ zelnen Elemente parallel zueinander ausgerichtet sind und die einzelnen, die Absorberelektrode 2 bildenden Elemente orthogonal zur Längsrichtung des Targets ausgerichtet sind, so daß durch die Zwischenräume zwischen benachbarten flächigen Elementen im Plasma gegebenenfalls vorhandene größere Tröpfchen abgeführt werden können und demzufolge eine Abscheidung auf dem Substrat 3 vermieden werden kann.

Die ebenen, flächigen Elemente einer so ausgebildeten Absorberelektrode können an der dem Plasma zugewand­ ten Seite bevorzugt so geformt sein, wie dies bei den Streifenträgern 2" in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Die einzelnen ebenen, flächigen Elemente können mit mindestens in einer Achse angeordneten Abstands­ haltern, auch elektrisch leitend, verbunden sein.

Claims (23)

1. Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten im Vakuum, wobei zwischen einem Target und einem Substrat ein Plasma erzeugt und ionisierte Teil­ chen des Plasmas auf dem Substrat als Schicht abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet,
daß eine in bezug auf das Plasma auf einem elek­ trisch positivem Potential liegende Absorber­ elektrode (2) vor oder neben dem Plasma so an­ geordnet und so geformt ist,
daß sich um die Absorberelektrode (2) ein elek­ trisches Feld ausbildet, dessen elektrischer Feldvektor zumindest annähernd orthogonal zur Bewegungsrichtung der ionisierten Teilchen des Plasmas ausgerichtet ist und
die Absorberelektrode (2) und/oder das Substrat (3) so angeordnet sind, daß die positiv gelade­ nen Teilchen des Plasmas nicht direkt auf das Substrat (3) gelangen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserstrahl (5) zur Erzeugung eines Plasmas auf ein Target (1) gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gepulster Laser­ strahl (5) auf eine als Kathode geschaltetes Target (1) gerichtet ist und eine Anode (4) zur Initiierung einer gepulsten Vakuum-Bogenentla­ dung vorhanden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kathode ge­ schaltete Target (1') walzenförmig ausgebildet, drehbar angeordnet und der gepulste Laserstrahl (5) parallel zu einer Ebene der Drehachse des Targets (1') auf dessen Mantelfläche auslenkbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Substrat (3) und Target (1) eine das direkte Auftreffen ionisierter Teilchen auf das Substrat verhin­ dernde Blende (6) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberelektro­ de (2) teilkreisförmig, in Richtung auf das Sub­ strat (3) gekrümmt ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (6) ge­ krümmt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Absorberelektrode (2) aus mehreren Streifen (2'), die auf einem Streifenträger (2") angeordnet sind, gebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (2') gegeneinander elektrisch isoliert auf dem Strei­ fenträger (2") angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den einzelnen Streifen (2') Potentionale mit unterschiedlicher Höhe angelegt sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberelektro­ de (2) aus einem keilförmigen Körper besteht, der mit seiner Keilspitze in Richtung auf das Target (1) weisend, im Teilchenstrom zwischen Target (1) und Substrat (3) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberelektro­ de (2) so dimensioniert ist, daß zumindest annä­ hernd im gesamten Raum zwischen Absorberelektro­ de (2) und Substrat (3) das elektrische Feld ausgebildet ist, und/oder die Länge der Absor­ gerelektrode (2), der Länge des Targets (1) ent­ spricht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberelektro­ de aus mehreren in einem Abstand zueinander, orthogonal zur Längsachse des Targets (1) ausge­ richteten, parallel angeordneten ebenen, flächi­ gen und in Richtung auf das Substrat gekrümmten Elementen gebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Fußpunkt des Plasmas und Absorberelektrode (2) ein git­ terförmiges Element aus elektrisch leitendem Material, durch das das Plasma geführt ist, an­ geordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Substrat (3) eine negative Gleichspannung oder eine gepulste Span­ nung angelegt ist.

16. Verfahren zur Beschichtung von Substraten im Vakuum, bei dem zwischen einem Target und einem Substrat ein Plasma erzeugt und ionisierte Teil­ chen des Plasmas auf dem Substrat als Schicht abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß ionisierte Teilchen und Elektronen des er­ zeugten Plasmas durch ein um eine Absorberelek­ trode (2) erzeugtes elektrisches Feld hindurch geführt und Elektronen von der Absorberelektrode (2) absorbiert und die elektrisch positiven Teilchen zum Substrat (3) bewegt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma mittels gepulster Energie aus dem Target erzeugt und die Spannung an der Absorberelektrode (2) ebenfalls gepulst betrieben wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma mittels Bogenentladung zwischen dem als Kathode geschal­ teten Target (1) und einer Anode (4) erzeugt und die Spannung der Absorberelektrode (2) größer als die Spannung der Anode (4) gehalten wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß das Plasma mittels gepulster Bogenent­ ladung erzeugt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Absorberelektrode (2), der Spannung der Anode (4) nachfolgend geschaltet wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenentladung zwischen dem als Kathode geschalteten Target (1) und der Anode (4) mittels eines gepulsten Laser­ strahles (5) gezündet wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein walzenförmiges Target (1) gleichförmig um seine Längsachse ge­ dreht und der gepulste Laserstrahl (5) entlang einer Ebene, parallel zur Drehachse des Targets (1) über dessen Mantelfläche ausgelenkt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gas oder Gasge­ misch zugeführt wird.