DD203075A1 - PROCESS FOR REACTIVE DC PLASMATRON DISTORTION - Google Patents

PROCESS FOR REACTIVE DC PLASMATRON DISTORTION Download PDF

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DD203075A1
DD203075A1 DD23586181A DD23586181A DD203075A1 DD 203075 A1 DD203075 A1 DD 203075A1 DD 23586181 A DD23586181 A DD 23586181A DD 23586181 A DD23586181 A DD 23586181A DD 203075 A1 DD203075 A1 DD 203075A1
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German Democratic Republic
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target
reactive
plasmatron
reaction gas
discharge zone
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DD23586181A
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Wolfgang Sieber
Hans-Christian Hecht
Guenther Beister
Siegfried Schneider
Ekkehard Buedke
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Wolfgang Sieber
Hecht Hans Christian
Guenther Beister
Siegfried Schneider
Ekkehard Buedke
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum reaktiven DC-Plasmatron-Zerstaeuben fuer groszflaechige Substrate, wie z.B. Flachglas. Das Ziel ist das Erreichen einer definierten Schichtdickenverteilung, und die Aufgabe besteht darin, die Zerstaeubungsrate ohne mechanische Blenden zu steuern. Erfindungsgemaesz wird am Target die Breite der Entladungszone entsprechend der geforderten Zerstaeubungsrate derart veraendert, indem das Reaktionsgas entlang der Entladungszone des Plasmatrons definiert verteilt in Targetnaehe zugefuehrt wird.The invention relates to a method for reactive DC-Plasmatron Zerstaeuben for grozzflächige substrates such. Flat glass. The goal is to achieve a defined layer thickness distribution, and the task is to control the Zerstäubungsrate without mechanical apertures. According to the invention, the width of the discharge zone is varied at the target in accordance with the required atomization rate in such a way that the reaction gas is distributed along the discharge zone of the plasmatron in a distributed manner near the target.

Description

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Verfahren zum reaktiven DC-Plasmatron-ZerstäubenProcess for reactive DC-Plasmatron sputtering

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung wird beim Zerstäuben mit ausgedehnten Piasmatronquellen verwendet, insbesondere wenn große Flächen, wie z.B. Flchglas, beschichtet werden.The invention is used in sputtering with extended sources of piasmatron, especially when large areas, e.g. Flat glass, coated.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Das reaktive DC-Plasmatron-Zerstäuben ist ein bekanntes Vakuum beschichtungsverfahren zur Herstellung von dünnen Schichten, die durch die Reaktion von Metallteilchen mit dem Reaktionsgas auf dem Substrat gebildet werden. Auf dem Substrat entstehen Schichtdickenverteilungen, die im wesentlichen von der Geometrie des Plasmatrons, d.h. der Zerstäubungsrateverteilung, sowie dem Abstand und der Relativbewegung zwischen Plasmatron und Substrat abhängig sind.Reactive DC Plasmatron sputtering is a well known vacuum coating process for producing thin films formed by the reaction of metal particles with the reaction gas on the substrate. Layer thickness distributions arise on the substrate, which are essentially dependent on the geometry of the plasmatron, i. the sputtering rate distribution, as well as the distance and the relative movement between plasmatron and substrate are dependent.

Um die erforderliche Schichtdickenverteilung zu erreichen, v/erden Korrekturblenden zwischen Beschichtungsquelle und Substrat angeordnet. Die Anwendung von Korrekturblenden hat jedoch den Nachteil, daß sich im Verlauf der Beschichtung auf ihnen vagabundierende Schichten ablagern, die auf Grund ihrer hohen inneren mechanischen Spannungen bereits nach relativ kurzen Beschiciitungszeiten abplatzen können. Dieser Mangel wirkt sich insbesondere in hochproduktiven DurchlaufbeSchichtungsanlagen negativ aus,' in denen die ununterbrochenen Beschichtungszeiten durch die Targetstandzeiten bestimmt werden. Je nach Anordnung könnenIn order to achieve the required layer thickness distribution, correcting diaphragms are arranged between the coating source and the substrate. However, the use of correction diaphragms has the disadvantage that in the course of the coating, stray layers deposit on them, which due to their high internal mechanical stresses can flake off even after relatively short coating times. This deficiency has a negative effect, in particular in highly productive continuous coating plants, in which the uninterrupted coating times are determined by the target service lives. Depending on the arrangement can

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die von den Korrekturblenden abplatzenden vagabundierenden Schichten auf das Target bzw. auf das Substrat fallen. Dadurch werden Überschläge bzw. Schichtdefekte verursacht, die den Prozeßabläuf stören und zum Abbrach der Beschichtung führen.fall off from the correcting apertures vagrant layers on the target or on the substrate. As a result, flashovers or layer defects are caused which disturb the process flow and lead to the breakage of the coating.

Es ist auch bekannt, durch ein besonderes Gasführungssystem das Reaktionsgas in die Nähe der Substrate zu führen« Dadurch soll die Bildung von Verbindungsschichten auf dem Target vermindert, die Metallzerstäubungsrate am Target und die Beschichtungsrate für die Verbindung auf dem Substrat erhöht werden. Durch die Verringerung der Verbindungsschicht auf der Targetoberfläche reduziert sich die Überschlagshäufigkeit. Sine andere Lösung ist die Gaszufuhr für das Edelgas durch Öffnungen im Target (DD-PS 150 480). Zur Verbesserung der Gastrennung zwischen Target und Substrat wurde weiterhin die Anbringung von Getterflächen für das Reaktionsgas vorgeschlagen. 7/erden diese zur Erzeugung bestimmter Schichtdickenverteilungen verwendet, dann haben sie die gleiche Funktion und auch die gleichen lachteile wie die Korrekturblenden.It is also known to guide the reaction gas into the vicinity of the substrates by means of a special gas guidance system. This is intended to reduce the formation of compound layers on the target, increase the metal atomization rate at the target and the coating rate for the compound on the substrate. By reducing the bonding layer on the target surface reduces the flashover frequency. Another solution is the gas supply for the noble gas through openings in the target (DD-PS 150 480). To improve the gas separation between the target and the substrate, the attachment of getter surfaces for the reaction gas was also proposed. If they are used to create certain layer thickness distributions, then they have the same function and also the same disadvantages as the correction diaphragms.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum reaktiven DC-Plasmatron-Zerstäuben für ausgedehnte Plasmatronquellen und große zu beschichtende Flächen zu schaffen, bei dem auf den Substraten eine definierte Schichtdickenverteilung erreicht wird. Es sollen die Mängel der bekannten Verfahren beseitigt werden, die vor allem bei Beschichtungszeiten, die in der Größenordnung der Targetstandzeit liegen, wesentlich sind.The aim of the invention is to provide a method for reactive DC-Plasmatron sputtering for extended Plasmatronquellen and large areas to be coated, in which a defined layer thickness distribution is achieved on the substrates. It should be eliminated the shortcomings of the known methods, which are essential especially at coating times that are in the order of the target life.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum reaktiven DC-Plasmatron-Zerstäuben zu schaffen, bei dem die Verteilung der Zerstäubungsrate auf dem ausgedehnten Target ohne mechanische Xorrekturb!enden definiert gesteuert wird.The invention has for its object to provide a method for reactive DC-Plasmatron sputtering, in which the distribution of the sputtering rate on the extended target is controlled defined without mechanical Xorrekturb! Ends.

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Srfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß am Target die Breite der Entladungszone bzw. die mikroskopische Eedekkung mit Verbindungsschichten innerhalb der Entladungszone durch eine definierte Druckverteilung des Reaktionsgases am Target so beeinflußt wird, daß die Zerstäubungsrate an jeder Stelle des Targets den für eine vorgegebene Schichtdickenverteilung auf dem Substrat notwendigen Wert hat.According to the invention, the object is achieved in that the width of the discharge zone or the microscopic Eedekkung with connecting layers within the discharge zone is influenced by a defined pressure distribution of the reaction gas at the target so that the sputtering rate at each point of the target for a given layer thickness distribution on the target has the value necessary for the substrate.

Beim reaktiven DC-Plasmatron-Zerstäuben sind durch die inhomogene Verteilung der Stromdichte bestimmte Targetbereiche, Entladungszone genannt, frei, von makroskopischen Verbindungsschichten. Dadurch wird die typisch hohe Zerstäubungsrate im Vergleich zum konventionellen reaktiven Zerstäuben erreicht. Innerhalb der Entladungszone können natürlich mikroskopisch dünne Bedeckungsschichten existieren, die jedoch die Elektronenemission der Targetoberfläche nicht behindern- Mit abnehmendem/zunehmendem Reaktionsgasdruck sinkt/steigt die makroskopische und mikroskopische Bedeckung des Targets mit Verbindungsschichten, die in direktem und zum Teil extrem empfindlichen Zusammenhang mit der Zunahme/Abnahme der Zerstäubungsrate steht,In reactive DC-Plasmatron sputtering, the inhomogeneous distribution of the current density means that certain target areas, called the discharge zone, are free of macroscopic connecting layers. This achieves the typically high sputtering rate compared to conventional reactive sputtering. Within the discharge zone, naturally microscopically thin cover layers may exist which, however, do not impede the electron emission of the target surface. As the reaction gas pressure decreases / increases, the macroscopic and microscopic coverage of the target with interconnect layers increases in a direct and sometimes extremely sensitive relationship with the increase / Decrease in sputtering rate,

Im Gegensatz zu bekannten technischen Lösungen, die das Reaktionsgas vom Target fernhalten oder die Sorption von Reaktionsgas und damit die Bildung von Verbindungsschichten am Target durch Heizen desselben vermeiden sollen, nutzt die Erfindung diesen Effekt. Die insgesamt zugeführte Reaktionsgasmenge wird je nach Stöchiometrie der Verbindungsschichten auf dem Substrat in an sich bekannter Art.und Weise eingestellt. Eine zweckmäßige Verfahrensweise ist es dabei, nur einen Teil der erforderlichen Reakt ions gasmenge, vorzugsweise 20 bis 5Qcß>, am Target einzulassen und. zur Steuerung der Zerstäubungsrate zu nutzen.In contrast to known technical solutions, which are to keep the reaction gas from the target or to avoid the sorption of reaction gas and thus the formation of compound layers on the target by heating the same, the invention uses this effect. The total amount of reaction gas supplied is adjusted depending on the stoichiometry of the bonding layers on the substrate in a manner known per se. An expedient procedure is to introduce only a portion of the required reaction gas quantity, preferably 20 to 5Q c ß>, at the target and. to use for controlling the atomization rate.

Aus führung sbeispiel · . . Exemplary embodiment . ,

Zur reaktiven Beschichtung von großflächigen, senkrecht zur Plasmatronausdehnung bewegten Glassubstraten (wärniestrahlenreflektierende Scheiben) werden bis zu 2 m lange PlasmatronsFor the reactive coating of large-area, perpendicular to Plasmatronausdehnung moving glass substrates (heat radiation-reflecting discs) up to 2 m long Plasmatrons

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eingesetzt. Der Entladungsring "besteht im wesentlichen aus zwei parallelen, linienförmigen Entladungszonen, die an den beiden Enden des Targets bogenförmig geschlossen sind. Bei der Beschichtung einer 1,90 m breiten Glasscheibe in 200 nun Abstand vom Target kommt es bei einer homogenen Edelgas- und Reaktionsgasverteilung zu einem nicht zulässigen Schichtdickenabfall von größer 10^ in den Randbereichen der Glasscheiben. Das Reaktionsgas v/ird deshalb über ein GasZuführungssystem so eingelassen, daß ein geringerer Reaktionsgasdruck an den Enden des Plasmatrons entsteht und damit die Breite der Sntladitngszone dort vergrößert bzw. die mikroskopische Verbindungsschichtenbedeckung verringert wird. Damit wird schließlich die Zerstäubungsrate so erhöht, daß die Schichtdicke auf dem gesamten Substrat konstant ist. Das Gaszuführungssystem besteht aus 46 Stück 1,50 m langen, dünnen (3 mm Innendurchmesser) Röhrchen, deren Reaktionsgasaustrittsenden entlang des Entladungsringes verteilt sind. Im mittleren Targetbereich sind die Rohre gleichabständig angeordnet. Zu den Enden des Targets hin sind die Abstände zwischen den Rohren entsprechend der gewünschten Zerstäubungsrateerhöhung zunehmend größer.used. The discharge ring "consists essentially of two parallel, linear discharge zones, which are arcuately closed at the two ends of the target.When coating a 1.90 m wide glass pane at 200 nm distance from the target, a homogeneous distribution of inert gas and reaction gas is required The reaction gas is therefore introduced via a gas supply system in such a way that a lower reaction gas pressure is created at the ends of the plasmatron, thereby increasing the width of the charge zone there or reducing the microscopic connection layer coverage Finally, the sputtering rate is increased so that the film thickness on the entire substrate is constant The gas feed system consists of 46 pieces of 1.50 m long, thin (3 mm inner diameter) tubes whose reaction gas exit ends are distributed along the discharge ring Ind. In the middle target area, the tubes are arranged gleichabständig. Toward the ends of the target, the distances between the tubes are increasingly greater in accordance with the desired sputter rate increase.

Claims (2)

235861 6235861 6 Erfindungsanspruchinvention claim 1. Verfahren zum reaktiven DC-Plasmatron-Zerstäuben im Edelgas -Reaktionsgas -Gemisch durch örtlich gesteuerte Gasführung im Beschlchtungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Entladungszone und/oder deren mikroskopische Bedeckung mit Verbindungsschichten entsprechend der geforderten Zerstäubungsrate derart angepaßt wird, daß das Reaktionsgas entlang der Entladungszone des Plasmatrons definiert verteilt in der Nähe des Targets zugeführt wird.1. A method for reactive DC-Plasmatron sputtering in the noble gas-reactive gas mixture by locally controlled gas conduction in Beschitchungsraum, characterized in that the width of the discharge zone and / or their microscopic coverage with connecting layers is adjusted according to the required sputtering rate such that the reaction gas is distributed along the discharge zone of the Plasmatrons supplied near the target. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der insgesamt für den reaktiven Beschientungsprozeß notwendigen Reaktionsgasmenge, vorzugsweise 2QfO bis 50fo, in die Uähe des Targets zugeführt wird.2. The method according to item 1, characterized in that only a portion of the total necessary for the reactive Beschientungsprozeß reaction gas amount, preferably 2QfO to 50fo, is supplied to the vicinity of the target.
DD23586181A 1981-12-17 1981-12-17 PROCESS FOR REACTIVE DC PLASMATRON DISTORTION DD203075A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4136951A1 (en) * 1991-11-11 1993-05-13 Leybold Ag DEVICE FOR COATING SUBSTRATES FOR CATHODE SPRAYING SYSTEMS

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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