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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gradientenschicht
oder Schichtenfolge auf einem Substrat durch physikalische Vakuumzerstäubung von
zumindest zwei Targets, wobei die Beschichtung unter einer geeigneten
Beschichtungsatmosphäre
erfolgt, dabei das Substrat relativ zur Beschichtungsquelle bewegt
wird und die Parameter der Leistungseinspeisung der die Targets
tragenden Magnetron-Kathoden
voneinander abweichen. Die Erfindung betrifft ebenso eine Anordnung
zur Herstellung einer Gradientenschicht oder Schichtenfolge nach
diesem Verfahren in einem Beschichtungskompartment einer Vakuumbeschichtungsanlage,
welches als Beschichtungsquelle zumindest zwei, dem Substrat gegenüber liegende,
mit je einem Target bestückte
Magnetron-Kathoden einschließlich
der Magnetronumgebung, eine Prozessgasführung zur Herstellung der Beschichtungsatmosphäre und ein Transportsystem
aufweist, welches eine Relativbewegung zwischen dem Substrat und
der Beschichtungsquelle realisiert.
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Derartige
Gradientenschichten oder Schichtenfolgen werden beispielsweise in
optisch transparenten Schichtsystemen eingefügt, um gezielt mechanische,
optische oder chemische Eigenschaften einzustellen, um die thermische
und, damit verbunden, optische Stabilität insbesondere temperbarer Schichtsysteme
zu erhöhen
oder die Haftung zwischen den optischen und Schutzschichten zu verbessern.
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Beispielsweise
wird in der
DE 199
22 162 C2 die unterhalb der optisch wirksamen Reflexionsschicht
stets vorhandene Grundschicht in drei Teilschichten untergliedert,
die der Stabilisierung der optischen Eigenschaften der Reflexionsschicht
und die Verbesserung der mechani schen und morphologischen Eigenschaften
des Schichtsystems bewirken. In der
WO 02/092527 A1 finden teilweise oxidierte Pufferschichten
Anwendung, welche unerwünschte Stickstoff-
oder Sauerstoffdiffusionen in die optisch wirksame Schicht im Verlaufe
von Wärmebehandlungen
und die damit verbundene Änderung
der optischen Eigenschaften verhindern. In der
EP 1174397 A2 wird ein Schichtsystem
beschrieben, welches aus beispielsweise zwölf Einzelschichten besteht
und sich darüber
hinaus noch in zumindest zwei Einzelschichten das Verhältnis der
Stoffanteile der Verbindung ihres Schichtmaterials ändert (Gradientenschichten).
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Zur
Einstellung der erforderlichen Eigenschaften des Schichtsystems
werden somit meist Teilschichten eingefügt, welche den Aufbau des Schichtsystems
immer weiter untergliedern und dabei den anlagentechnischen Aufwand
und Platzbedarf sowie die Herstellungskosten stetig erhöhen, indem
für jede
weitere Teilschicht eine weitere vollständige Prozesskammer und gegebenenfalls
auch eine Separationskammer zu den benachbarten Prozesskammern hin
erforderlich ist. Eine weitere Untergliederung mit Einzelschichten
mit deutlich kleinerem anlagentechnischen Aufwand wird hingegen
mittels Herstellung von Gradientenschichten erzielt.
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Die
in der
EP 1174397 A2 beschriebenen Gradientenschichten
werden als Schichten hergestellt, die einen stöchiometrischen Sauerstoff-
oder Stickstoffanteil aufweisen, welcher sich zur benachbarten,
optisch wirksamen Reflexionsschicht hin zu einem unterstöchiometrischen
Anteil verringert, was für
das Schichtsystem zur Verbesserung der optischen Eigenschaften und
deren Stabilität
in Wärmebehandlungsprozessen
führt.
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Zur
Herstellung dieser Gradientenschicht wird innerhalb eines Prozessschrittes
beispielsweise Nickel oder eine Legierung davon in einem reaktiven Sputterprozess
oberhalb und gegebenenfalls auch unterhalb einer Reflexionsschicht
aufgebracht, indem ein flaches Substrat in einem Beschichtungskompartment
an dem einem Target aus Nickel, oder einer Legierung davon, vorbei
bewegt wird und dabei in der Targetumgebung eine asymmetrische Prozessgaszufuhr
erfolgt. Wird beispielsweise, in Bewegungsrichtung des Substrats
betrachtet, vor dem Target ein Gemisch aus einem Inertgas und dem
Reaktivgas mit überwiegendem
Reaktivgasanteil oder ausschließlich
Reaktivgas und hinter dem Target ein Gemisch mit überwiegenden
Inertgasanteil oder ausschließlich
Inertgas zugeführt,
ist zwischen den beiden Seiten eine ungleichmäßige Verteilung des Reaktivgases
vorhanden, so dass der zuerst hergestellte, untere Bereich der Schicht
einen höheren
Oxidationsgrad aufweist, als der obere Teil der Schicht.
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Eine
mit diesem Verfahren hergestellte Gradientenschicht ist nur in begrenztem
Maße differenzierbar,
da als Gradient nur begrenzte Unterschiede im Oxidationsgrad möglich sind
und ergänzend
eine gewisse Variation der Dicken der Teilschichten und der Übergangsschicht.
Diese Merkmale der Gradientenschicht werden im Wesentlichen durch
die Asymmetrie der Reaktivgaszufuhr und die von dem Anlagentakt
bestimmte Substratgeschwindigkeit eingestellt, wobei der gesamten
Schicht jedoch die einheitlichen Leistungsparameter der einen, gemeinsamen Kathode
und die Prozessgaszusammensetzung in dem einen Beschichtungskompartment
zugrunde liegen. Ein wesentlicher Nachteil des Verfahrens liegt deshalb
darin, dass die Prozesse zur Herstellung der untersten und obersten
Teilschicht nicht zu entkoppeln sind, da eine gezielte asymmetrische
Reaktivgaszusammensetzung im gemeinsamen Kompartment schwer einstellbar
ist. Das führt
in der Praxis dazu, dass sich das in der
EP 1174397 A2 beschriebene
Verfahren hinsichtlich der gezielten Einstellung der optischen Eigenschaften
der Gradientenschicht als unflexibel und schwer kontrollierbar erweist.
Insbesondere haben sich Drifterscheinungen des stöchiometrischen
Verhältnisses
der untersten, zuerst hergestellten Teilschicht gezeigt, welche
sich, verknüpft
mit der einheitlichen Prozesssteuerung, in der Gradientenschicht
fortsetzen. Eine Korrektur ist dann stets erst für das folgende Substrat oder
den folgenden Substratabschnitt möglich, was die Verlustrate des
Verfahrens deutlich erhöht.
Hauptsächlich
bei dem Einsatz sehr großer
Targets, welche die Ausbildung eines räumlichen Spielraum für die Herstellung der
erforderlichen Schichtdicke und der Übergangsschicht ermöglichen
sollen, ist die Instabilität
des Verfahrens und der dadurch bedingten Nachteile besonders ausgeprägt.
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Die
begrenzte Differenzierbarkeit in der Stöchiometrie und deren Instabilität wirkt
sich wegen des direkten Zusammenhanges in gleichem Maße nachteilig
auf die Herstellung einer gezielten Morphologie der Gesamtschicht,
im Sinne einer morphologischen Schichtenfolge aus.
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Die
in
DE 100 46 810 C2 und
DE 101 31 932 C2 genannte
Blockerschich ten, welche die Oxidation der optisch wirksamen Reflexionsschicht
des Schichtsystems verhindern soll, indem es die Diffusion von reaktiven
Stoffen in die Reflexionsschicht verhindert. Diese Blockerschichten
werden als Gradientenschichten ausgebildet, die mit zunehmendem
Abstand von der Reflexionsschicht einen sinkenden Anteil dessen
Materials und wachsenden Anteil des Blockermaterials aufweisen.
Auch die in dem dort beschriebenen Schichtsystem eingefügte Entspiegelungsschicht
ist als Gradientenschicht ausgeführt, um
die Transmission im sichtbaren Bereich zu erhöhen.
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In
den dort beschriebenen Verfahren zur Herstellung dieser Gradientenschichten
werden die Teilschichten dieser Gradientenschichten in verschiedenen
Beschichtungsstationen hergestellt. Dabei wird der Gradient erzeugt,
indem die einzelnen Beschichtungsstationen, die jeweils die Beschichtung
mit einem anderen Material realisieren, räumlich so zueinander angeordnet
werden, dass im Bereich der Substratebenen eine gewisse Überlappung
der Plasmakeulen der unterschiedlichen Materialien erfolgt. Die Überlappung
der Plasmakeulen, gegebenenfalls im Zusammenhang mit einer Substratbewegung
wird auch in den Druckschriften
DE 196 51 378 A1 und
JP 02277768 A sowie in der
EP 1 046 727 A2 in
Verbindung mit einer speziellen Leistungsregelung oder in der
DE 198 60 474 A1 beim
bipolaren Puls-Magnetron-Sputtern verwendet. Jedoch ist auch die Überlappung
auf einen relativ kleinen Bereich beschränkt und der Differenzierung
des Gradienten sind anlagentechnisch enge Grenzen gesetzt.
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Deshalb
liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren
und eine Anordnung zur Herstellung von Gradientenschichten oder Schichtenfolgen
darzustellen, mit denen der Gradient, die Zusammensetzung und die
Morphologie der Gradientenschicht gezielter einstellbar, die Zusammensetzung
der einzelnen Teilschichten im Verlaufe des Herstellungsverfahrens
unabhängig
voneinander regelbar sind und eine Verringerung des anlagentechnischen
Aufwandes möglich
ist.
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Erfindungsgemäß wird die
verfahrensseitige Aufgabenstellung dadurch gelöst, dass die Beschichtung in
einem Beschichtungskompartment mittels zwei, jeweils ein Target
tragenden Magnetron-Kathoden
erfolgt, indem gleichzeitig mittels des ersten Targets eine erste
Teilschicht, im Übergangsbereich vom
ersten zum zweiten Target eine Mischschicht und mittels des zweiten
Targets eine zweite Teilschicht abgeschieden wird, dass die Leistung
für jede Magnetron-Kathode
unabhängig
geregelt wird und dass die beiden Targets zum Substrat durch zwei
separate Blenden mit unabhängig
voneinander einzustellender Blendenöffnung abgeschirmt werden.
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Anordnungsseitig
wird die Aufgabenstellung dadurch gelöst, dass zwei Magnetron-Kathoden
in einem Beschichtungskompartment der Anlage angeordnet sind, dass
die Magnetronumgebungen der Magnetron-Kathoden jeweils eine separate
Blende umfassen, deren Blendenöffnungen
unabhängig voneinander
einstellbar sind und die Leistung der einen Magnetron-Kathode unabhängig von
der Leistung der anderen Magnetron-Kathode regelbar ist. Die erfindungsgemäße gleichzeitige
Beschichtung mittels zwei, im selben Beschichtungskompartment angeordneter
und in ihrer Leistung unabhängig
voneinander geregelter Magnetron-Kathoden ist die Voraussetzung,
um die Zusammensetzung der einen, auf dem Substrat zuunterst abgeschiedenen
ersten Teilschicht weitestgehend unabhängig von der Zusammensetzung
der zweiten Teilschicht regeln und gleichwohl im Übergangsbereich
des gemeinsamen Rezipienten in dem Beschichtungskompartment auf dem
relativ zur Beschichtungsquelle bewegten Substrat die Mischschicht
abscheiden zu können.
Da eine Relativbewegung zwischen dem Substrat und den Beschichtungsquellen
erfolgt, ist unter der gleichzeitigen Beschichtung mittels zwei
Magnetron-Kathoden deren gleichzeitiger Betrieb zu verstehen, so
dass infolge der Bewegung die Teilschichten nacheinander und die
Mischschicht dazwischen abgeschieden werden.
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Die
gleichzeitige Beschichtung mittels zwei Magnetron-Kathoden innerhalb
nur eines gemeinsamen Rezipienten führt somit die bekannte in zwei nacheinander
angeordneten Beschichtungskompartments ausgeführte Beschichtung in einem
Beschichtungskompartment zusammen, verringert die erforderliche
Zahl der Kompartments auf die Hälfte
und reduziert so die Länge
der Anlage und nutzt die durch Anordnung von Gasseparationen oder
Druckstufen oder zumindest einer Trennwand zwischen zwei Kompartments
mit unterschiedlichen Beschichtungsatmosphären sonst vermiedene, gegenseitige, über den
gesamten Raum zwischen Target und Substrat mögliche Beeinflussung und Überlagerung
der nebeneinander ablaufenden, unabhängigen voneinander gesteuerten
Beschichtungsprozesse aus, um den Übergang des Schichtaufbaus
von der ersten zur zweiten Teilschicht kontinuierlich zu gestalten
und diesen Übergang
als Mischschicht auszubilden.
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Aus
diesem Grund ist eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Gradientenschicht als Schicht mit kontinuierlich wachsendem oder
sinkendem Anteil der Schichtmaterialien und keinesfalls als Stapel
von Einzelschichten zu verstehen. Auch die Schichtenfolge ist in
diesem Sinn aufzufassen, meint hingegen beispielsweise eine zwischen den
Teilschichten veränderte
Morphologie, die insbesondere durch die Variation des Druckes im
Rezipienten, der Stöchiometrie
oder auch der Schichtzusammensetzung aus mehreren Materialien gebildet
wird.
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Wird
der Beschichtungsprozess reaktiv geführt, kann insbesondere der
Oxidationsgrad jeder der beiden Teilschichten gezielt und getrennt
voneinander eingestellt werden, indem die Regelung der beiden Beschichtungsprozesse über die
Leistungsregelung jeder einzelnen Magnetron-Kathode erfolgt. Hierbei
können
dem Inertgas die verschiedensten Reaktivgase zugeführt werden,
wie insbesondere Sauerstoff und Stickstoff. Es sind jedoch auch
Gaszusätze
möglich,
welche Kontaminierungen des Prozessraumes binden oder welche die
Schichtzusammensetzung oder den Beschichtungsprozess selbst beeinflussen,
wie beispielsweise Wasserstoff, ein Kohlenwasserstoff-Gas, Krypton
oder eine Mischung verschiedener Gase. Mittels geeigneter Regelkreise zur
Stabilisierung des reaktiven Sputterprozesses, beispielsweise durch
den Einsatz von Plasma-Emissions-Monitor-Regelkreisen, kann beispielsweise auftretenden
Drifterscheinungen der Stöchiometrie beim
Abscheiden der ersten Teilschicht gegengesteuert werden, indem die
Stöchiometrie
der zweiten Teilschicht und somit auch der Übergangsschicht entsprechend
bekannter Kennlinien bewusst so geändert wird, dass die optische
Eigenschaft der gesamten Gradientenschicht den Sollwert beibehält. Diese
Regelung ist entsprechend Art und Umfang der Drift mittels der Steuerung
der zweiten Magnetron-Kathode möglich.
Somit führt
die erfindungsgemäße Prozessführung in
zwei gleichzeitigen Beschichtungsprozessen mittels zwei Magnetron-Kathoden
innerhalb eines Kompartments zu einem stabilen Verfahren für gezielt
einstellbare Schichteigenschaften.
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Ein
besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens
in einem gemeinsamen Kompartment besteht darin, dass beide Teilprozesse
mit einem einheitlichen Druck durchgeführt werden, was aufgrund des
unmittelbaren Einflusses dieses Prozessparameters auf die Stöchiometrie
und die Morphologie der Schichten deren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingestellten Eigenschaften stabilisiert.
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Sofern
es für
eine weitere Differenzierung der Gradientenschicht oder Schichtenfolge
erforderlich ist und es die räumlichen
Möglichkeiten
des einen Kompartments gestatten, ist auch die Erweiterung des Verfahrens
durch eine weitere Beschichtungsquelle im selben Kompartment grundsätzlich möglich.
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Den
Vorteil der direkten Variationsmöglichkeit
der Mischschicht vermag die erfindungsgemäße Abschirmung zwischen den
beiden Targets und dem Substrat durch zwei separate Blenden mit
unabhängig
voneinander einzustellender Blendenöffnung zu verstärken. Durch
die unabhängige
Regulierung der Blendenöffnungsgröße der für jede Magnetron-Kathode
separat vorhandenen Blende kann dabei neben dem Dickenverhältnis der
ersten und zweiten Teilschicht auch der Einfluss der einzelnen Magnetron-Kathode
auf die Übergangsschicht
variiert werden. Gemeinsam mit oder neben der unabhängigen Leistungsregelung
jeder Magnetron-Kathode
können über die
Regelung der Blendenöffnungen
im Verlaufe des Beschichtungsverfahrens festgestellte Drifterscheinungen
ausgeglichen und die optischen Eigenschaften der Schicht stabilisiert
werden.
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Für die Energieversorgung
der beiden Magnetron-Kathoden können
entsprechend der abzuscheidenden Materialien und der gewünschten
Materialabscheidung (Sputterrate) eine der bekannten Formen gewählt werden.
So sind in Abhängigkeit vom
abzuscheidenden Material die ungepulste Gleichstromversorgung für jede Magnetron-Kathode bei
Variation der jeweiligen Sputterrate durch unterschiedlich hohe
Leistungseinspeisung, die Energieversorgung mittels Frequenz-Generator
im mittleren Frequenz-Bereich, vorzugsweise von 10 kHz bis 100 kHz,
oder die gepulste Gleichstromversorgung für jedes Magnetron bei Variation
der Pulsung und der Höhe
der Leistungseinspeisung ebenso möglich sowie die Energieversorgung
beider Magnetron-Kathoden mittels asymmetrisch gepulster, bipolarer
Stromversorgung.
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Ergänzend zu
diesen oder weiteren geeigneten Möglichkeiten der Energieversorgung
der Magnetron-Kathoden erweist es sich in bestimmten Anwendungsfällen als
günstig,
dass bei asymmetrisch gepulster bipolarer Stromversorgung die Pulsung
für die
Magnetron-Kathoden unabhängig
voneinander variiert wird. Da die Pulspaketsteuerung die stabile Abscheidung
dünner
Schichten zulässt,
können durch
die Variation der Pulspakete für
jede Magnetron-Kathode auch dort unterschiedlich hohe Sputterraten
realisiert werden, was die Möglichkeiten
zur Differenzierung der Gradientenschicht oder Schichtenfolge weiter
erhöht.
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Der
gemeinsame Rezipient und die damit einheitliche Beschichtungsatmosphäre an beiden Magnetron-Kathoden
unterstützt
in besonders vorteilhafter Weise die Herstellung einer Gradientenschicht,
welche ei nen nicht oxidierten Bereich und von dort ausgehend einen
kontinuierlich ansteigenden Oxidationsgrad aufweist. Zu diesem Zweck
sieht eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltung vor, dass
die Magnetron-Kathoden
mit Targets gleichen Materials bestückt sind.
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Es
hat sich herausgestellt, dass in diesem Fall mittels der erfindungsgemäß unabhängigen Leistungsregelung
und eventuell ergänzenden,
im Folgenden auszuführenden
weiteren Regelungsmöglichkeiten
der Oxidationsgrad auch bei der Anwesenheit eines Reaktivgases in
der Beschichtungsatmosphäre
der Oxidationsgrad des abgeschiedenen Targetmaterials in den genannten
Grenzen herstellbar ist. Wird eine Magnetron-Kathode mit einer sehr hohen
Leistung betrieben, hat der Reaktivgasanteil der Beschichtungsatmosphäre keinen
Einfluss auf den Beschichtungsprozess und die eine Teilschicht wird
rein metallisch. Mit der zweiten, mit deutlich geringerer Leistung
betriebenen Magnetron-Kathode wird die andere, reaktive Teilschicht
und im Übergangsbereich
in der oben beschriebenen Weise die Mischschicht mit kontinuierlich
wachsendem oder sinkendem Oxidationsgrad, je nach Abfolge der Magnetron-Kathoden,
abgeschieden. Auch in dieser Ausführung ist über die Leistungsregelung sowohl der
Oxidationsgrad als auch die Mischschicht zu beeinflussen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Beschichtung
in zwei, innerhalb des einen Beschichtungskompartments unterteilten Teilkompartments
mit jeweils einer mit einem Target bestückten Magnetron-Kathode vor.
Dazu wird anordnungsseitig das Kompartment durch eine zwischen den
Magnetron-Kathoden, senkrecht zum Substrat und zur Transportrichtung
und mit einem Abstand zum Substrat angeordnete Scheidewand abschnittsweise
in zwei Teilkompartments unterteilt. Mit dieser verfahrens- und
anordnungsseitigen Ausgestaltung wird die gegenseitige Beeinflussung
im Bereich der Magnetron-Kathoden verringert, ohne jedoch die Prozessbereiche
so zu trennen, dass die beschriebenen Vorteile hinsichtlich der
Stabilisierung des Beschichtungsprozesses, hinsichtlich der Differenzierbarkeit
der Teilschichten und hinsichtlich der Reduzierung des anlagentechnischen
Aufwandes vermindert werden.
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Indem
die beiden Kathodenräume
durch die Scheidewand entkoppelt werden, werden vielmehr insbesondere
die Differenzierung der Teilschichten und die Stabilisierung des
Prozesses durch die Regelung der Pro zessparameter im zweiten Teilkompartment
in der oben beschriebenen Weise erhöht. Darüber hinaus ist auch die Mischschicht über die Regulierung
der Blendenöffnungen
im größeren Umfang
variierbar.
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In
einer weiteren Fortbildung der soeben beschriebenen Ausgestaltung
des Verfahrens zur Gradientenherstellung in zwei Teilkompartments
wird die Prozessgaszufuhr für
die Magnetron-Kathoden unabhängig
voneinander betrieben. Aufgrund der bekannten Abhängigkeit
beispielsweise der Sputterrate und der Struktur der aufgetragenen
Schicht unterstützt
auch diese für
beide Teilbeschichtungsprozesse unabhängige Regelungsmöglichkeit
die Differenzierung der herzustellenden Gradientenschicht oder Schichtenfolge
und der Stabilisierung von deren Eigenschaften, indem die Beschichtungsatmosphäre im Zusammenhang
mit der Regelung der Leistungseinspeisung reguliert wird. Ebenso
kann bei reaktiver Prozessführung
nur einer der Magnetron-Kathoden zusätzlich zu dem Inertgas ein
Reaktivgas zugeführt wird.
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Dem
Ausgleich lokaler Schwankungen der Sputterrate dient eine besonders
vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens, indem zumindest einer
Magnetron-Kathode unabhängig
von der Prozessgaszufuhr ein weiteres Inert- oder Reaktivgas zugeführt wird.
Insbesondere wenn diese unabhängige
Prozessgaszufuhr anordnungsseitig durch ein über die gesamte Länge der
Magnetron-Kathode führendes Gaseinlasssystem
realisiert und in zumindest zwei Segmente untergliedert ist, kann
durch die sequentiell unterschiedliche Regelung eines Gaszuflusses die
Sputterrate entlang der Magnetron-Kathode lokal reguliert werden,
wobei sowohl die unabhängige
Zufuhr von Inertgas als auch von Reaktivgas grundsätzlich dafür geeignet
ist. Da ein lokal geringer, zusätzlicher,
das bedeutet von der Herstellung der Prozessatmosphäre unabhängiger Gaseinlass
von insbesondere einem in der Prozessatmosphäre bereits vorhandenen Gase
die Sputterrate auch nur lokal beeinflusst, ist diese Verfahrensausgestaltung
sowohl in dem gemeinsamen als auch dem durch eine Scheidewand abschnittsweise
geteilten Beschichtungskompartment anwendbar.
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Alternativ
ist es ebenso von Vorteil, dass die Abstände der Targets zum Substrat
unabhängig
voneinander einstellbar sind und die unabhängige Einstellung der Abstände für das Beschichtungsverfahren
genutzt wird, um die Beschichtungsraten, die Morphologie und die
Stöchiometrie
der Teilschichten dementsprechend zu variieren.
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Darüber hinaus
ist es dienlich, dass der Abstand zwischen den Magnetron-Kathoden
einstellbar ist. Da die zwischen der ersten und zweiten Teilschicht
liegende Mischschicht im Übergangsbereich des
gemeinsamen Prozessraumes von der ersten zur zweiten Magnetron-Kathode abgeschieden
wird, ist in Abhängigkeit
von weiteren Prozessparametern, beispielsweise der Substratgeschwindigkeit,
der Leistungen der Magnetron-Kathoden und der Blendenöffnungen,
insbesondere die Dicke und die Größe des Gradienten variierbar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung sind die Magnetron-Kathoden
als Rohrkathoden ausgebildet, was ebenfalls der Stabilisierung der
Abscheidung dient, da auf den rotierenden und somit gleichmäßig abgetragenen Targets
keine so genannten Rückstäubzonen
entstehen, welche Bogenentladungen oder Materialabbröckelungen
verursachen können.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Die zugehörige
Zeichnung zeigt in den
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels Rohrkathoden
und
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2 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels Planarkathoden.
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Das
in der 1 dargestellte Beschichtungskompartment 1 ist
Teil einer Vakuumbeschichtungsanlage und von dieser durch Trennwände 2 abgeteilt.
Die Trennwände 2 weisen
in ihrem oberen Bereich Saugöffnungen 3 auf,
durch welche das Beschichtungskompartment 1 evakuiert wird.
Durch die Transportöffnungen 4 im
unteren Bereich der Trennwände 2 werden
die zu beschichtenden, flachen Substrate 5 auf einem Transportsystem 6 durch
die Anlage bewegt.
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Das
Beschichtungskompartment 1 weist eine erste 7 und
eine zweite Magnetron-Kathode 8 auf, die mit einem ersten 9 und
einem zweiten Target 10 bestückt sind. Beide Targets 9, 10 sind,
bezüglich ihrer
Mittelpunkte, in einer Targetebene 12 angeordnet, so dass
sie bis zu einem gleichen Target-Substrat-Abstand 10 in
das Beschichtungskompartment 1 ragen. Zwischen jedem der
beiden Targets 9, 10 und dem Substrat 5 ist
je eine Blende 13 angeordnet, welche seitlich an die Trennwände 2 sowie
mittig aneinander anschließen
und jeweils mittig unter jedem Target 9, 10 eine
verstellbare, im Ausführungsbeispiel gleichgroße Blendenöffnung 14 aufweisen.
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Im
Beschichtungskompartment sind oberhalb der Targetebene 12 jeweils
beidseitig der Magnetron-Kathoden 7, 8 ein Gaseinlass
für ein
Mischgas 15 aus Inertgas und einem Reaktivgas und ein weiterer
Gaseinlass für
das Inertgas 16 angeordnet, wobei der Gaseinlass des Inertgases 16 Teil
eines nicht näher
dargestellten Gaseinlasssystems ist, welches sich über die
in Blickrichtung des Betrachters ausdehnende Länge der Magnetron-Kathode erstreckt
und in mehrere Segmente mit jeweils eigenem Gaseinlass unterteilt
ist. Die verschiedenen Gaseinlässe
sind mit zwei getrennten, nicht dargestellten Gasführungssystemen
verbunden.
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Zur
Beschichtung des Substrats 5 wird es auf dem Transportsystem 6 in
Transportrichtung 19 gleichförmig durch das Beschichtungskompartment 1 befördert. Für den Beschichtungsprozesses
wird über
die Gaseinlässe
für das
Mischgas 15 an jeder Magnetron-Kathode 7, 8 gleichermaßen ein
vorgemischtes Inert-Reaktivgas-Gemisch, in diesem Beispiel ein Argon-Sauerstoff-Gemisch,
in das Beschichtungskompartment 1 geleitet und das Inertgas Argon über den
separaten, sequentierten Inertgaseinlass 16 entlang der
Längsausdehnung
der Magnetron-Kathoden 7, 8 lokal differenziert
zugeführt,
so dass eine lokale Stabilisierung des Beschichtungsprozesses wie
oben beschrieben erfolgt.
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Die
nicht näher
dargestellte erste 17 und zweite Energieversorgung 18 der
ersten 7 und zweiten Magnetron-Kathode 8 erfolgt
durch gepulste Gleichstromversorgung.
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In
dem Ausführungsbeispiel
nach 1 wird eine TiOx-Gradientenschicht
mit dem Sauerstoffanteil X als Gradient hergestellt. Zu diesem Zweck
werden beide Magnetron-Kathoden 7, 8 mit jeweils
einem keramischen Titan-Target bestückt, bestehend aus unterstöchiometrischem
TiOz, mit Z < 2, indem das Material mittels Spritztechnologie
unter Sauerstoffzufuhr auf die Rohrkathoden aufgebracht wurden.
Die erste Magnetron-Kathode 7 wird mit der zur Herstellung
einer stöchiometrischen
TiO2-Schicht gerade notwendigen Sauerstoffzufuhr
und Standardleistung betrieben. Hingegen ist die Leistung der zweiten
Magnetron-Kathode 8 deutlich höher geregelt.
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Dadurch
wird auf dem bewegten Substrat 5 unterhalb des ersten TiOz- Targets 9 als
erste dielektrische Teilschicht eine stöchiometrische TiO2-Schicht abgeschieden,
im Bereich der Überlappung
der Plasmakeulen der beiden Magnetron-Kathoden 7, 8 die Mischschicht
aus TiOx mit entsprechend der Energieverteilung
in diesem Bereich abnehmendem Sauerstoffanteil X, welcher kleiner
als zwei und größer als Z
ist, und unterhalb des zweiten TiOz-Targets 10 eine TiOy-Schicht, mit dem Sauerstoffanteil Y, welcher
geringfügig
größer ist
als der Sauerstoffanteil der Targets Z, so dass für die Sauerstoffanteile
der Targets Z. der unterstöchiometrischen
Schicht Y und der Gradientenschicht X gilt: 2 > X > Y > Z. Diese Dielektrikumsschicht
dient als Schutz- und/oder
Entspiegelungsschicht und wird derart oberhalb oder unterhalb der
optisch wirksamen Funktionsschicht, beispielsweise Silber abgeschieden,
dass der Gradient zur Silberschicht hin abnimmt.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
dessen Anordnung zur Realisierung des Verfahrens in 2 dargestellt
ist, stellt die Herstellung einer Gradientenschicht dar, welche
als sogenannte Blockerschicht zum Schutz der reflektierenden Funktionsschicht dient,
indem sie zur Funktionsschicht hin einen metallischen oder zumindest
nahezu metallischen Charakter aufweist und mit zunehmenden Abstand
reaktiver wird.
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Der
grundlegende Aufbau des Beschichtungskompartments ist vergleichbar
mit dem des ersten Ausführungsbeispieles
gemäß 1.
Jedoch sind in diesem Verfahren die beiden Magnetron-Kathoden 7, 8 Planarkathoden.
Die Blenden 13, welche in der Mitte aneinander und seitlich
an die Trennwände 2 anschließen, schirmen
die Kathoden zum Substrat ab. Beide Blenden 13 weisen mittig
unter den Targets 9, 10 jeweils eine verstellbare
Blendenöffnung 14 auf,
die unterschiedlich groß eingestellt
sind.
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In
dieser Ausführungsform
können
die beiden Targets 9, 10 beispielsweise aus Niob
bestehen. Die Beschichtung wird, bei sonst vergleichbaren Substratdurchlauf
und Prozessgasführung,
mittels der ersten Magnetron-Kathode 7 bei sehr hoher Kathoden-Leistung
ausgeführt,
so dass eine nahezu metallische Niob-Teilschicht entsteht. Indem
die Leistungsregelung der zweiten Magnetron-Kathode 8 deutlich
niedriger geführt
wird, wird eine zumindest teilweise reaktive Niob-Teilschicht NbOy und im Übergangsbereich
zwischen beiden Magnetron-Kathoden 7, 8 eine Niob-Mischschicht
NbOx mit zunehmendem Sauerstoffanteil X
(mit X < Y) abgeschieden.
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- 1
- Beschichtungskompartment
- 2
- Trennwand
- 3
- Saugöffnung
- 4
- Transportöffnung
- 5
- Substrat
- 6
- Transportsystem
- 7
- erste
Magnetron-Kathode
- 8
- zweite
Magnetron-Kathode
- 9
- erstes
Target
- 10
- zweites
Target
- 11
- Target-Substrat-Abstand
- 12
- Targetebene
- 13
- Blende
- 14
- Blendenöffnung
- 15
- Gaseinlass
für Mischgas
- 16
- Gaseinlass
für Inertgas
- 17
- erste
Energieversorgung
- 18
- zweite
Energieversorgung
- 19
- Transportrichtung