CH702969A2 - Segmentierte Anode. - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Behandeln und/oder Beschichten von Oberflächen mit dünnen Schichten mittels eines Plasmas weist eine segmentierte Anode (105) auf, wobei mindestens an einem Segment (107) der Anode eine Magnetanordnung vorgesehen ist bzw. dieses Segment Magnetfeld-unterstützt ist.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln oder Beschichten mit dünnen Schichten von Oberflächen mittels eines Plasmas gemäss dem Oberbegriff nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Behandeln oder Beschichten von Oberflächen mit dünnen Schichten mittels eines Plasmas.

[0002] Bei reaktiven Prozessen ist ein kritisches Element die Anode. Im Verlauf einer Beschichtungskampagne wird diese, je nach Bauart, mehr oder weniger mit nicht leitendem Material beschichtet bis hin zur völligen Isolierung. Dies führt langfristig zu instabiler Prozessführung über die Targetlebensdauer und vor allem zu lokalen kurzfristigen Inhomogenitäten über die Kathodenlänge, was zu unkontrollierten Schichtinhomogenitäten auf dem Substrat wie beispielsweise Glas führt. Die bisher noch ungenügend gelöste Problematik spiegelt sich auch in der grossen Anzahl von Patenten wieder.

[0003] Ein zusätzliches Problem beim Reaktiv-Sputtern ist die Zuführung von Reaktivgas wie z.B. Sauerstoff, welches zur partiellen Targetvergiftung führt. Speziell in sehr grossen Beschichtungskammern, wie in der Glasindustrie üblich, sind oft die Gasdiffusion bedingt durch Pumpgeometrie und Prozesseinbauten nicht homogen, was zu nicht gleichmässiger Verteilung der Raktivgas-Anteile führt. Dies wiederum kann zu, auf dem Sputtertarget, lokalen Überangebot von Reaktivgas führen. Dies wiederum führt zu lokal veränderter Sputterrate (zuviel an Reaktivgas erniedrigt die Beschichtungsrate drastisch). Damit ergeben sich lokal unterschiedliche Beschichtungsraten und damit Schichtdickenschwankungen über die Substratbreite. Im Extremfall kann eine Sputterkathode auf der einen Targetseite im metallischen Mode und auf der anderen Seite im voll oxidierten Mode arbeiten. Eine Lösung, welche von Anlagenherstellern angeboten wird, ist die Teilung der Gaseinlässe in Abschnitte. So ist es üblich 2 bis 5 einzelne Gaseinlässe in der Länge anzubringen. Diese Lösung ist jedoch nur bedingt brauchbar, da durch die hohe Ausbreitungsgeschwindigkeit der Gase im Vakuum eine exakte Einflussnahme auf Targetabschnitte nicht möglich ist, behindert noch durch zum Teil Substrate unterschiedlichster Grösse, welche die Pumpgeometrien in der Produktion laufend verändern.

[0004] Ein Problemthema ist auch das Übersprechverhalten bei zuviel O2 Verwendung. Ein weiterer unerwünschter Effekt wird ausgelöst durch die Kammergeometrie der Beschichtungsanlagen für die grossflächige Beschichtung. Die Trennung der einzelnen Kammern geschieht sehr unvollständig, so dass Gaskorrekturen in einem Prozessmodul zu Beeinflussungen in den Nachbarmodulen führen. Unter diesen Bedingungen ist es besonders wichtig nur minimale Anteile an Reaktivgas im Prozessbereich zu prozessieren.

[0005] Besonders schädlich, wo die dielektrischen Schichten vor oder nach rein metallischen wie Silber abgeschieden werden sollen. Zur Vermeidung von Entladeerscheinungen auf dem Substrat wie beispielsweise den Gläsern, wird oft die Anode gegen Masse elektrisch isoliert und in Kathodennähe platziert. Dies verhindert zum Teil die für harte, kratzfeste, dichte Schichten notwendige Plasmaumgebung am Substrat.

[0006] Über einen Ableitwiderstand wird das Potential der Anoden (damit auch das floatende Potential der Glasoberfläche)in der Nähe der Erdung eingestellt, zum Beispiel ca. +0.5V im Bezug zur Erde. Damit vermeidet man Überschläge von der aufgeladenen Glasoberfläche zur Masse. Örtlich werden die Anoden entfernt von der Glasoberfläche positioniert, damit vermeidet man höhere Plasmadichten an der Substratoberfläche.

[0007] Für diverse Schichten ist jedoch eine Erhöhung der Plasmadichte in der Schicht Wachstumszone von Vorteil. Der übliche Stand der Technik vermeidet gerade diese Konfiguration.

[0008] Zum Thema «verschwindende Anode» gibt es unzählige Patente und Veröffentlichungen, welche von «hidden Anode» über Folienanoden, welche weitergerollt werden um immer neue Oberflächen zu generieren, el. beschaltete, bis hin zu exotischen Geometrien, versuchen diese Problematik langzeitstabil zu lösen. Als Beispiele seien hier die Anmeldung DE 3 612 721 A1 oder die US 5 897 753 «Dual anode device» erwähnt.

[0009] Nachteilig bei den neueren Verfahren ist die Notwendigkeit zusätzlicher el. Beschaltungen durch Schwingkreise, Abstimmkondensatoren usw. das heisst jeder neue Prozess oder neues Targetmaterial bedarf einer erneuten, feinfühligen Abstimmung.

[0010] Zur Lösung der Inhomogenitäten über die Kathodenlänge tragen diese Verfahren nicht bei. Der Kathodenentladestrom verteilt sich über die gesamte Anodenlänge nach dem Prinzip des partiell geringsten Widerstandes und kann damit zu bevorzugten Bereichen der Entladung führen.

[0011] Ein Lösungsansatz zum Thema Homogenität der Entladung besteht beispielsweise darin, die Anode zu segmentieren, das heisst die Anode in mehrere Segmente zu unterteilen. So schlägt beispielsweise P. Sieck, Airco Coating Technology, Concord California in einem Artikel der Society of Vacuum Coaters 505/586-7188, 37 Annual Technical Conference Proceedings (1994)1-878068-13-X verschiedene Möglichkeiten vor, die Anode zu segmentieren bzw. mehrere Anoden vorzusehen. Gemäss einem Lösungsvorschlag wird jedes Anodensegment individuell elektrisch angeschlossen. Gemäss einem weiteren Vorschlag wird ein so genanntes «dual cathode system» vorgeschlagen mit mehreren Anoden, wobei zwischen zwei rohrförmigen magnetronartigen Kathoden Anoden vorgesehen sind, sowie seitlich zu den Magnetronröhren.

[0012] Entsprechend ist es bekannt durch Aufteilung von Anoden und unterschiedlicher Beschaltung dieser aufgeteilten Anodensegmente einen Einfluss auf die Schichtdickenverteilung zu nehmen. Dieses Verfahren setzt jedoch eine zeitlich immer gleichbleibende Aufteilung der Elektronenströme zu den entsprechenden Segmenten voraus, damit voraussagbare Korrekturen vorgenommen werden können.

[0013] Wie schon vorher beschrieben besteht alleine durch eine leicht ungleichmässige Verteilung des Reaktivgases die Möglichkeit partiell Targetflächen unterschiedlich mit einer Oxydhaut zu belegen. Diese Stellen haben eine andere Sekundärelektronenemission und damit eine partiell unterschiedliche Stromdichte. Damit ändert sich die Stromabgabe an das der Targetbelegung nächststehende Anodensegment über die Prozessdauer. Diese partiellen Belegungen sind nicht vorhersehbar oder gar kontrollierbar, so dass unkontrollierbare zeitliche Schwankungen des Stromflusses per Segment auftreten.

[0014] In der Praxis jedoch und vor allem bei Sputterkathoden sind extreme unvorhersagbare Plasmadrifts festzustellen. Dies führt dazu, dass die einzelnen Segmente mit sehr unterschiedlichen Elektronenströmen umgehen müssen. Die Folge ist, dass ein geschaltetes Segment einmal mehr einmal weniger Wirkung zeigt, je nach Phase der oszillierenden Plasmadichte. Dieser Effekt wird noch verstärkt durch die geometrische Veränderung der Anodenoberfläche durch den Beschichtungsprozess, vor allem wenn nicht leitende Dielektrika gesputtert werden.

[0015] Durch die inhomogene Plasmabeaufschlagung der Anodengeometrien ist die zuverlässige Ansteuerung von Anodensegmenten wie im Artikel von P.Sieck von Airco Coating Technology beschrieben in einer Produktion für optische Schichten nicht möglich, da das gleiche Anodensegment mal mehr mal weniger Elektronenstrom erhält, mit sehr unterschiedlichen Frequenzen, zum Teil mit sprunghaften Übergängen.

[0016] Bei linearen Magnetronanordnungen über mehrere Meter Länge, wie z.B. mehr als 3 m ist dieser Effekt noch ausgeprägter.

[0017] Das bedeutet ein Beschälten eines oder mehrerer Anodensegmente führt immer wieder zu anderen, nicht vorhersagbaren Steuerungsergebnissen.

[0018] Alles zusammen ergibt eine äusserst ungenaue Regelungsmöglichkeit. Dies mag auch der Grund sein, dass dieses Verfahren der Segmentierung von Anoden, obwohl lange bekannt, in der Industrie nicht zur Anwendung gekommen ist.

[0019] Seit mehreren Jahren ist bekannt die Plasmadichte am Substrat bei Magnetronentladungen mit Hilfe von unbalanced Magnetsytemen und closed field Magnetanordnungen zu erhöhen. Der Nachteil dieser Methoden ist zum einen, dass das einmal eingestellte unbalanced Magnetsystem für alle Beschichtungszyklen fix ist, das heisst, Schichten die durch unbalanced Design im Wachstum gestört werden, wie z.B. ITO müssen notgedrungen mit einer zweiten Kathode prozessiert werden, können also nicht in derselben Umgebung behandelt werden. Zum Weiteren ist eine close field Anordnung in einer Durchlaufanläge, wo die Kathoden in einer Ebene angeordnet sind, so nicht praktizierbar, sodass sich hier immer eine magnetische Öffnung zum Rezipienten ergibt und ein solch dichter Plasmaeinschluss nicht möglich ist.

[0020] Weiterhin werden zusätzlich zur Magnetron Beschichtungsquelle Plasma- oder Ionenquellen oder auch sogenannte Plasmathruster eingesetzt. Hier ist zusätzlicher Einbauraum für die neue aufwendige kostspielige Ionenquelle mit Spannungsversorgung, Gassystem und so weiter notwendig. Zusätzlich haben die damit erzeugten Ionen Energien im Bereich einiger hundert Elektrovolt, was bei bestimmten Schichtwachstumsbedingungen zu Zerstörung oder Defekten führt.

[0021] Hinzu kommt das im Vergleich zu der hier vorgestellten Patentanmeldung die oben erwähnten Anwendungen nur einen Bruchteil der Ladungsträgerdichten im Bereich der Schichtwachstumszonen am Substrat haben.

[0022] In der Veröffentlichung in J. Vac.Sci. Technol. A 14(4) Jul/Aug. 1996 von W.H. Tao et all «Spatial Distributions of electron density and electron temperature in direct current glow discharge» wird eine magnetfeldunterstützte Anode beschrieben mit den entsprechenden Messungen des Plasmaverhaltens in der Umgebung Kathode-Anode.

[0023] Gleiches wird in der internationalen Anmeldung WO 2008/118 203 A2 von J. Madocks erwähnt, wo eine Anordnung beschrieben ist, welche eine Anode in Verbindung mit einem Magnetron betreibt, wobei die Anode ein magnetronähnliches Magnetfeld besitzt. Der Aufbau ist so gehalten, dass die Elektronen aus der Magnetronentladung vor Erreichen der Anodenoberfläche durch ein Magnetfeld gesteuert werden, wodurch eine zusätzliche Ionendichterhöhung erreicht wird. Diese Anode kann und wird nicht für örtliche Plasmadichte-Korrekturen durch Plasmadichte-Schwankungen benutzt. Der Nachteil hier ist, dass schon durch leichte Inhomogenitäten des Gasflusses in der Quelle Plasmadichte-Schwankungen auftreten, welche zur Beeinflussung von Beschichtungsverteilungen führen.

[0024] Die ebenfalls vorab beschriebenen Ionen oder Plasmathruster-Quellen haben den Nachteil der hohen Ionenenergien von einigen 100 Elektrovolt und geringer Stromdichte.

[0025] Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine langzeitstabile Anordnung zu schaffen, welche Steuerungsmöglichkeiten bezüglich Schichthomogenität ermöglicht, sowie die grösstmögliche Aktivierung von Reaktivgas zulässt, mit der zusätzlichen Möglichkeit die Plasmabedingungen wie Ionenstromdichten, Ionenenergien am Substrat in positiver Art zu beeinflussen. Eine weitere Aufgabe besteht im regelbaren Oberflächenengineering von wachsenden Sputterschichten.

[0026] Erfindungsgemäss wird eine Vorrichtung zum Behandeln oder Beschichten von Oberflächen mit dünnen Schichten mittels eines Plasmas gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1 vorgeschlagen.

[0027] Vorgeschlagen wird die Verwendung einer Einrichtung, welche in einer mit mehreren Elektroden bestückte Beschichtungsanordnung als Anode geschaltet ist.

[0028] Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass mindestens eines der Anodensegmente ein Magnetron ähnliches Magnetfeld aufweist, welches die Elektronen auf ihrem Weg von der Sputterkathode zur Anode auf eine Ringbahn über der Anodenelektrode zwingt und durch diese Bewegung in der Ringbahn ein Stromdichteausgleich erreicht wird. Mit anderen Worten wird mindestens an einem Segment der Anode eine Magnetanordnung vorgesehen bzw. ist dieses Segment Magnetfeldunterstützt. Gemäss einer Ausführungsvariante sind sämtliche Anodensegmente mit einem magnetronähnlichen Magnetfeld versehen, wodurch ein Stromdichteausgleich der einzelnen Segmente untereinander erreicht wird.

[0029] Zur verbesserten Steuerbarkeit der Querverteilung, sind die Anodenelektroden segmentiert, das heisst elektrisch voneinander getrennt, aber magnetisch miteinander verbunden.

[0030] Die Anodensegmente können mit einem magnetronähnlichen Magnetfeld beaufschlagt werden, sodass ein umlaufender Elektronenstrom in Anodenebene stattfindet, welcher den Nachteil der Plasmafluktuation durch diesen Ringstrom minimiert.

[0031] In vorteilhafter Weise ist die magnetische Feldstärke auch einstellbar, z.B. durch el. Spulen oder einer Kombination von Permanentmagneten mit zusätzlichen el. Spulen oder durch mech. verschiebbare passive oder aktive magnetfeldveränderbare Elemente.

[0032] Die Magnetfeldstärke der einzelnen Segmente ist unabhängig voneinander regelbar.

[0033] Im Falle der Verwendung eines Reaktivgases wird vorgeschlagen dieses im Bereich der Anode bzw. einem oder mehrerer der Anodensegmente zu führen. Der Gaseinlass reaktiv und/oder inert wird beispielsweise direkt durch die Anode geführt.

[0034] Vorteilhaft ist, dass pro Segment die Reaktiv- und oder auch Inertgase mit eigener Regelung versehen werden. Damit besteht ebenfalls die Möglichkeit Stromdichteschwankungen und auch Schichtdickenverteilungen pro Targetabschnitt sehr effektiv durch die im Plasma erhöhte Reaktivität zu beeinflussen.

[0035] Jedes einzelne Anodensegment kann in seiner Stromaufnahme steuerbar sein, entweder durch Veränderung des eingeprägten Magnetfeldes oder durch zeitlich einstellbares Zu- und Abschalten des Segmentes zum Sputterstromkreis, oder in einer anderen Ausführung durch den regelbaren segmentierten Gasfluss, welcher beispielsweise durch das Anodensegment geführt wird.

[0036] Durch die Verwendung beispielsweise mit einer speziellen Elektronik mit intelligenter Software, können die einzelnen Segmente über Puls-Pausen-Verhältnisse Ab- oder Zugeschaltet werden, sodass der Entladestromkreis und damit die Plasmadichte örtlich variiert werden kann.

[0037] Eine weitere Option besteht in der Veränderung der segmentierten, unterstützenden Magnetanordnungen. Durch Verstärkung oder Abschwächung der Magnetfeldstärke im entsprechenden Segment wird die dazugehörige Impedanz verändert und damit die Aufteilung des Entladestromes und damit wiederum der Plasmadichte erreicht.

[0038] Es ist auch möglich beide Verfahren, das heisst magnetische und elektrische Ansteuerung zu kombinieren.

[0039] Der gekühlte Anodenaufbau kann ein integriertes Gaseinlasssystem für Inertgase besitzen, wie zum Beispiel für Argon oder für Reaktivgas wie Sauerstoff, Wasserstoff oder auch HMDSO, TEOS und so weiter. Auch der Gaseinlass kann passend zu den Elektrodenteilen segmentiert erfolgen.

[0040] Anhand der beigefügten Figuren soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden.

[0041] Dabei zeigen: <tb>Fig. 1a + 1b<sep>schematisch in Draufsicht und im Schnitt eine mögliche Anordnung einer erfindungsgemässen Kathoden-Anoden Anordnung, <tb>Fig. 2a-2c<sep>eine weitere mögliche Ausführungsvariante in Draufsicht und im Schnitt, <tb>Fig. 3a bis 3c<sep>wiederum mögliche Anordnungen von Kathode und segmentierter Anode schematisch in Draufsicht, <tb>Fig. 4a bis 4c<sep>schematisch im Schnitt weitere mögliche Ausführungsvarianten von Kathode und segmentierter Anode, welche in ihrer gegenseitigen Höhe anpassbar sind, <tb>Fig. 5, 6 und 7<sep>wiederum mögliche Geometrien von segmentierten Anoden für eine erfindungsgemässe Beschichtungsanläge, <tb>Fig. 8 und 9<sep>im Querschnitt und in Obendraufsicht schematisch Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemässen Beschichtungsanlage für das Beschichten beispielsweise eines grossflächigen Substrates wie beispielsweise Glas und <tb>Fig. 10<sep>im Schnitt eine mögliche Anordnung von Magneten in einem Anodensegment.

[0042] Das Zusammenwirken von ladungsträgererzeugender Quelle wie Sputterkathoden, ARC Verdampfer oder Niedervoltbogenentladungsquellen mit filamentunterstützter Elektronenemission, Hohlkathoden, Mikrowellen oder Hochfrequenzplasmaerzeugung kann in unterschiedlichsten Konfigurationen geschehen.

[0043] Prinzipiell können verschiedenste Ladungserzeuger mit den neuartigen Anodenkonzepten verschaltet werden.

[0044] DC/RF/MF gepulste Sputterkathoden oder ARC Verdampfer in runder, rechteckiger oder sonst geeigneter Form.

[0045] In Fig. 1a ist eine mögliche Anordnung einer erfindungsgemässen Beschichtungsanlage schematisch in Draufsicht dargestellt.

[0046] Grundsätzlich besteht die erfindungsgemässe Anordnung beispielsweise aus einer Sputterkathode 100, welche über einen Powersupply 102 und eine intelligente Anodensegmentansteuerung 104 mit einer segmentierten Anode 105 gekoppelt ist. Die Anode 105 besteht aus den einzelnen nebeneinander angeordneten Segmenten 107, welche elektrisch voneinander isoliert sind, jedoch von einem Magnetfeld, die einzelnen Segmente übergreifend überlagert ist. An den jeweiligen Endsegmenten ist schematisch ein magnetischer Einschluss erkennbar.

[0047] Fig. 1b zeigt in Schnittperspektive die Anode 105 aus Fig. 1a. Erkennbar sind die einzelnen Anodensegmente 107, welche durch entsprechende Permanentmagnete 109 oben überdeckt quasi eingeschlossen sind zur Bildung eines Magnetfeldes. Über Anschlüsse 106 sind die einzelnen Anodensegmente mit der Anodensegmentansteuerung 104 verbunden. Schliesslich erkennbar ist ein Gaseinlass III für das Beschicken der Anode bspw. mit einem Inertgas.

[0048] Übliche Prozessparameter für eine derartige Anlage sind z.B. U=550V; I=2-25A; 4x10-3mbar Argon Inertgas.

[0049] Eine weitere Ausführungsvariante ist schematisch in den Fig. 2a-2c dargestellt, wo eine Niedervoltbogenquelle mit verschiedenen Elektronenemittern wie Filament, Hohlkathoden usw. betrieben werden.

[0050] Gemäss Fig. 2a erfolgt der Stromfluss von einer Kathode 100, bspw. aufweisend eine sogenannte Glühwendel. Entgegen der Darstellung in Fig. 1 sind die einzelnen Anodensegmente 107 der segmentierten Anode 105 individuell durch Permanentmagnete 109 umgeben. Die Anordnung der einzelnen Anodensegmente 107 ist deutlich erkennbar im Längsschnitt entlang der Linie II-II, wie dargestellt in Fig. 2b.

[0051] Fig. 2c schliesslich zeigt die segmentierte Anode in Längsperspektive, in welcher Darstellung insbesondere die Anordnung der Magnete 109 deutlich erkennbar ist.

[0052] Übliche Prozessparamenter einer derartigen Anlage sind U=120V; I=25-200A; 3x10-3mbar Argon.

[0053] Auch bei den Generatoren können DC/MF/RF gepulste Niedervoltbogenentladungen oder High Power Puls eingesetzt werden.

[0054] Bei der Konfiguration Sputterkathoden mit segmentierter Anode werden in bevorzugter Weise gepulste Generatoren verwendet mit variabler Pulsfrequenz im Bereich von 0 bis 350KHZ.

[0055] In den Fig. 3a bis 3c sind wiederum weitere mögliche erfindungsgemässe Anordnungen schematisch in Draufsicht dargestellt.

[0056] Gemäss Fig. 3a kann die Anordnung der Anodensegmente einseitig neben der Elektronen-/Plasmaerzeugerquelle stattfinden. Diese Anordnung kann auch genutzt werden, wenn Erzeuger und Segmentanode z.B. in getrennt nebeneinander liegenden Compartements mit ausreichenden Pumpschlitzen dazwischen eingebaut sind. So konnte in der Praxis eine Distanz von 1.40 m mit Öffnungsschlitzen von ca. 5 cm über eine Substrathöhe von 60 cm sehr erfolgreich realisiert werden.

[0057] Des Weiteren können die segmentierten Anodenelemente beidseitig oder auch zusätzlich an den Stirnflächen der Erzeugerquelle positioniert sein, wie schematisch in Fig. 3b dargestellt.

[0058] In bevorzugter Weise besitzt der Anodenaufbau einen magnetisch gekoppelten Racetrack 114, wie in Fig. 3cdargestellt, jedoch mechanisch und elektrisch segmentiert.

[0059] Die Einbaulage kann plan in Höhe der Erzeugerquelle stattfinden, wie beispielsweise in Fig. 4aschematisch dargestellt oder nach vorne versetzt in Richtung Substrat 120 zur Erhöhung der Ionendichte wie dargestellt in Fig. 4b. Oder aber zurückversetzt wie schematisch in Fig. 4c dargestellt, um die hohe Reaktivgasanregung zu erhalten, aber nicht den hohen Ionenbeschuss in der Schichtwachstumszone.

[0060] Die Anodengeometrie kann in Rechteckform oder rund aufgebaut sein. Auch die einzelnen Segmente können rechteckige oder runde Formen haben.

[0061] Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer bevorzugten Anodenform, welche umlaufend um die Sputterkathode aufgebaut ist, so dass ein zweiter magnetischer Tunnel für Elektronen für die Sputterkathode entsteht.

[0062] In Fig. 7 ist ein ähnlicher Aufbau für runde Sputterquellen dargestellt.

[0063] Fig. 6 zeigt einzelne runde Anodensegmente, die jedoch in sich einen magnetischen Tunnel aufweisen ähnlich einem runden Magnetron Aufbau.

[0064] Der Anodenaufbau kann beispielsweise als Ringanordnung um die Beschichtungsquelle wie Sputterquelle, ARC-Quelle, Hochstromplasmaquelle, usw. oder als separates Element direkt neben der Beschichtungsquelle oder auch in einer geometrisch von den Quellen separierten Umgebung aufgebaut sein.

[0065] Es ist vorstellbar über in situ Sensoren einen Regelkreis aufzubauen, sodass in Abhängigkeit der örtlichen Bedingungen eine Nachregelung der Plasmabedingungen erreichbar ist. Diese Sensoren können Langmuirsonden oder Schwingquarze zur Schichtdickenmessung oder auch optische Sensoren sein.

[0066] Fig. 8 zeigt im Schnitt und schematisch ein erfindungsgemässes Beschichtungskonzept für das Beschichten beispielsweise einer Glasplatte 22 mit einer dünnen Schicht. Die Beschichtung erfolgt mittels Sputterprozess, wobei das Plasma erzeugt wird mittels einer Magnetronkathode 3 und einer segmentierten Anode 5, welche über elektrische Anschlüsse 2 resp. 6 zur Erzeugung des Plasmas 21 an einem Sputterpowersupply 8 angeschlossen sind. Bei der segmentierten Anode handelt es sich um eine Ringanode, welche in Draufsicht in Fig. 9besser erkennbar ist. Die Anode 5 besteht aus einzelnen Segmenten 1 ́,1 ́ ́,1 ́ ́ ́, etc., wobei jedes Segment individuell über Anschlüsse 6 ́,6 ́ ́, etc. elektrisch (von einer Anodenregelung 4) individuell ansteuerbar ist. Wie insbesondere in Fig. 9 deutlich erkennbar, sind die einzelnen Segmente durch schmale Spalten 13 von ca. 1-3 mm voneinander getrennt, sind aber magnetisch miteinander verbunden. Zu diesem Zweck ist jedes Segment zur Erzeugung eines Magnetfeldes 24 mit einem Magneten 9 versehen, bestehend aus seitlich angeordneten Schenkel für Nord- und Südpol.

[0067] Die einzelnen Anoden 5 können schliesslich in einem Isolationsraum wie bspw. einem sogenannten Dunkelraum 26 angeordnet sein zum Verhindern von Überschlägen. Beispielsweise kann dazu nichtmagnetischer Stahl verwendet werden.

[0068] Wie bereits oben erwähnt, kann es vorteilhaft sein, wenn ein Einlass 11 für Reaktivgas oder Inertgas direkt durch die Anode hindurch erfolgt, wie in Fig. 8mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet.

[0069] Das Substrat 22 wie beispielsweise eine Glasplatte kann unterhalb der segmentierten Anode durch das Plasma 21 hindurchbewegt werden um mit einer dünnen Schicht beschichtet zu werden. Die Glasplatte bzw. Glasscheibe kann dabei kontinuierlich beschichtet bzw. behandelt werden, indem sie unterhalb der Anode durch das Plasma hindurch bewegt wird.

[0070] Wie in Fig. 10 dargestellt, können die Anodensegmente sowohl mit einem Permanentmagneten 31 versehen sein, wie auch mit einer Spule 33 zur elektrischen Erzeugung eines Magnetfeldes 36 zwischen den beiden Polen 35 und 37. Dabei ist es auch möglich, sowohl einen Permanentmagneten wie auch gleichzeitig eine elektrische Spule anzuordnen, um die Stärke des Magnetfeldes während dem Beschichtungsvorgang zu beeinflussen.

[0071] Die magn. Feldstärke im Bereich der Anode kann zwischen 10 Gauss bis 800 Gauss reichen, zum Teil in Abhängigkeit von den genutzten Elektronenemissionsquellen. So ist beim Einsatz von Sputtermagnetrons eine Feldstärke von 100 Gauss bis 800 Gauss, bevorzugterweise eine von 350 Gauss bis 650 Gauss einzusetzen.

[0072] Bei der Verwendung von Niedervoltbogenentladungen oder anderweitiger Niedervoltquellen genügen Feldstärken von 10 Gauss bis 500 Gauss, bevorzugterweise 50 Gauss bis 250 Gauss.

[0073] In der Praxis hat es sich nun gezeigt, dass zur Erzielung einer homogenen und gleichbleibenden Schichtdicke die verschiedenen Parameter, wie das Erzeugen des Magnetfeldes wie auch die elektrische Ansteuerung der verschiedenen Anodensegmente dauernd angepasst werden muss, da bei Konstanthalten der diversen Einstellungen mit Schichtdicken und Schichtqualitätsschwankungen zu rechnen ist.

[0074] Bei den in den Figuren dargestellten Anordnungen zum Erzeugen eines Plasmas handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele, um die vorliegende Erfindung zu erläutern. Selbstverständlich sind Modifikationen der Anlage wie Geometrie von Kathode und Anode möglich, wie auch können die Anlagen durch weitere Elemente ergänzt werden.

Claims (22)

1. Vorrichtung zum Behandeln und/oder Beschichten von Oberflächen mit dünnen Schichten mittels einem Plasma, gekennzeichnet durch eine segmentierte Anode, wobei mindestens an einem Segment der Anode eine Magnetanordnung vorgesehen ist bzw. dieses Segment magnetfeldunterstützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anodensegment ein magnetronähnliches Magnetfeld aufweist, welches die Elektronen auf ihrem Weg von einer Sputterkathode zur Anode auf eine Ringbahn durch das Anodensegment zwingt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anode bzw. eines Anodensegmentes ein Gaseinlass geführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkonfiguration an dem einen oder den Anodensegmenten aus mindestens einem Permanentmagneten und/oder elektrischen Spulen oder einer Kombination aus beiden besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich veränderbare und/oder mechanisch verstellbare magnetische Stellelemente zur Steuerung der Permanentmagneten und/oder elektrischen Spulen vorgesehen sind, sodass segmentweise die Bedingungen an der Anodenquelle/Substratoberfläche einstellbar bzw. regelbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die veränderbaren bzw. verstellbaren magnetischen Stellelemente mit einem oder mehreren Sensorsystemen zur Ist-Wert Erfassung der Beschichtungs/oder Ätzbedingungen zu einem Regelkreis verbunden werden um segmentweise die Bedingungen an der Anodenquelle/Substratoberfläche einzustellen oder zu regeln.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei oder alle Anodensegmente ein magnetronähnliches Magnetfeld aufweisen, welches die Elektronen auf ihrem Weg von einer Sputterkathode zur Anode auf eine Ringbahn zwingt und durch diesen Ringstrom Fluktuationen auf ein Anodensegment minimiert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldstärke der einzelnen Segmente unabhängig voneinander regelbar ist entweder durch Veränderung des Spulenstromes bei elektrischen Magneten oder durch mechanische Änderung des Magnetflusses bei Permanentmagneten.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Anodensegment in seiner Stromaufnahme steuerbar ist entweder durch Veränderung des eingeprägten Magnetfeldes oder durch zeitlich einstellbares Zu-und Abschalten des Segmentes zum Sputterstromkreis.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem bzw. pro Segment eine geregelte Gaszugabe vorgesehen ist, bevorzugterweise eine Zugabe eines Reaktivgases, wobei die Regelung als Einstellhilfe der Stromaufnahme dienen kann.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der segmentierte Gasfluss regelbar ist, welcher durch das jeweilige Anodensegment geführt ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenaufbau gekühlt ist und ein integriertes Gaseinlasssystem besitzt für Inertgase oder ein Reaktivgas, wobei der Gaseinlass passend zu den Elektrodenteilen segmentiert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodenaufbau als Ringanordnung um die Beschichtungsquelle oder als separates Element direkt neben der Beschichtungsquelle oder in einer geometrisch von Quellen separierter Umgebung aufgebaut ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente der Anodenelektroden durch einen schmalen Spalt getrennt sind, aber magnetisch miteinander verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente voneinander elektrisch isoliert sind.

16. Verfahren zum Behandeln und/oder Beschichten von Oberflächen mit dünnen Schichten mittels einem Plasma, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabedingungen durch die Segmentierung einer Anode gesteuert werden, wobei mindestens ein Teil der Segmente der Anode magnetfeldunterstützt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Anodensegmenten ein magnetronähnliches Magnetfeld aufgebaut wird, welches die Elektronen auf ihrem Weg von der Sputterkathode zur Anode auf eine Ringbahn durch alle Anodensegmente zwingt und durch diese Bewegung in der Ringbahn eine starke Erhöhung der Ladungsträgerdichte erzeugt und zusätzlich durch den entstehenden Ringstrom eine Homogenisierung der Ladungsträgerdichteverhältnisse über die Anodenlänge erreicht.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmasteuerung bzw. Homogenität des Schichtaufbaues gesteuert wird durch unabhängiges Regeln der Magnetfeldstärke der einzelnen Anodensegmente, indem der Spulenstrom bei elektrischen Magneten verändert wird oder indem der Magnetfluss bei Permanentmagneten geändert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plasmasteuerung bzw. Beeinflussung der Schichthomogenität beim Beschichten die Stromaufnahme jedes einzelnen Anodensegmentes gesteuert wird entweder durch Verändern des eingeprägten Magnetfeldes oder durch zeitliches einstellbares Zu- und Abschalten des Segmentes zum Sputterstromkreis oder durch Regelung des Gasflusses durch das Anodensegment.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Beschichten eine Oberflächenbehandlung des Substrates erfolgt, indem die Anode örtlich von der Kathode getrennt angeordnet ist und zunächst das an der Anode vorbeigeführte Substrat oberflächenbehandelt wird, wie beispielsweise geätzt, chemisch aktiviert, beispielsweise mit Sauerstoff oxidiert oder mit Wasserstoff reduziert wird und anschliessend beim Passieren der Kathode die Beschichtung erfolgt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein kombinierter PVD + CVD Prozess durchgeführt wird, indem die Sputterkathode die physikalische Beschichtung vornimmt und getrennt dazu die plasmaunterstützte Anode durch Zuführung von Precoursern wie z.B. HMDSO oder anderen in der CVD Technik üblichen Gasen oder Flüssigkeiten eine Abscheidung aus der Gasphase mit Plasmaunterstützung stattfindet.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Metallabscheidungen erfolgen in aktivierter Sauerstoff-, Stickstoff- oder Wasserstoffatmosphäre.