DE102004028840B4

DE102004028840B4 - Method and device for producing multilayer systems

Info

Publication number: DE102004028840B4
Application number: DE200410028840
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. List; Christoph Dr. Köckert; Christian Hecht; Wolfgang Erbkamm; Silke Urban
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: DE102004028840A1

Abstract

Vorrichtung zum Herstellen von Mehrschichtsystemen, umfassend eine Beschichtungskammer (1), mindestens zwei Beschichtungsquellen (2) sowie einem drehbar gelagerten Substrathaltertisch (3), auf dem mindestens zwei Substrathalter (4) drehbar gelagert angeordnet sind, wobei die Beschichtungsquellen (2) konzentrisch zu dem Drehpunkt des Substrathaltertisches (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungskammer (1) in lokal begrenzte und durch die Beschichtungsquellen (2) gebildete Beschichtungszonen zur Beschichtung von Substraten mit genau einem Beschichtungsmaterial eingeteilt ist und jeder Substrathalter (4) in eine Beschichtungszone schwenkbar ist, so dass jeder Beschichtungszone genau ein Substrathalter (4) zugeordnet ist.contraption for producing multilayer systems, comprising a coating chamber (1), at least two coating sources (2) and a rotatably mounted Substrate holder table (3), on the at least two substrate holder (4) are arranged rotatably mounted, wherein the coating sources (2) concentric with the fulcrum of the substrate holding table (3) are arranged, characterized in that the coating chamber (1) in localized and formed by the coating sources (2) Coating zones for coating substrates with exactly one Coating material is divided and each substrate holder (4) is pivotable in a coating zone, so that each coating zone exactly one substrate holder (4) is assigned.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Mehrschichtsystemen.The The invention relates to a method and an apparatus for manufacturing of multilayer systems.

Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung dünner Schichten von Beschichtungsmaterialen auf der Oberfläche von Substraten sind in großer Vielfalt aus dem Stand der Technik bekannt.method and apparatus for making thin layers of coating materials on the surface of substrates are in great size Diversity known in the art.

Bei vielen solcher Vorrichtungen werden die zu beschichtenden Substrate in so genannten Drehkörben gelagert und durch Rotation des Drehkorbes an der im Innern einer Beschichtungskammer stationär angeordneten Beschichtungsquelle, beispielsweise einem thermischen Verdampfer oder einer Sputterquelle, vorbeigeführt. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine Vielzahl von Substraten gleichzeitig beschichtet werden kann.at Many such devices become the substrates to be coated in so-called rotary baskets stored and by rotation of the rotating basket on the inside of a Coating chamber stationary arranged coating source, for example a thermal Evaporator or a sputtering source, passed. In this way it is achieved that a plurality of substrates are coated simultaneously can.

Für die Herstellung eines Mehrschichtsystems im Sputterverfahren wird in DE 198 30 223 C1 eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der die zu beschichtenden Substrate in einer Beschichtungskammer rotierbar auf einem Substrathaltertisch angeordnet sind, der seinerseits ebenfalls um eine zentrale Hochachse rotierbar ist. Weiterhin ist in der Beschichtungskammer mindestens ein stationär angeordnetes, drehbar gelagertes Zerstäubungstargetsystem angeordnet, das aus mehreren, auf Platten montierten Einzeltargets besteht, wobei die Herstellung eines Mehrschichtsystems dadurch erreicht wird, dass mindestens ein Einzeltarget aus einem anderen Material besteht als die anderen Einzeltargets und das Zerstäubungstargetsystem bedarfsweise so gedreht wird, dass nur ein bestimmtes Einzeltarget dem Ionenbeschuss ausgesetzt ist. Das abgestäubte Material wird im gesamten Innenraum der Beschichtungskammer verteilt, so dass die Substrate auf Grund ihrer Zweifachrotation (um die eigene Achse und um die Drehachse des Substrathaltertischs) rundum gleichmäßig beschichtet werden. Ist bei diesem Vorrichtungstyp mehr als ein Zerstäubungstargetsystem der beschriebenen Art vorgesehen, so müssen alle Zerstäubungstargetsysteme zu einer gegebenen Zeit das gleiche Material zerstäuben, um homogene Einzelschichten zu erreichen. Die Produktivität einer solchen Vorrichtung ist daher nicht sehr hoch.For the production of a multilayer system in the sputtering process is in DE 198 30 223 C1 proposed a device in which the substrates to be coated are rotatably arranged in a coating chamber on a substrate holding table, which in turn is also rotatable about a central vertical axis. Furthermore, at least one stationary, rotatably mounted Zerstäubungstargetsystem is arranged in the coating chamber, which consists of several, mounted on individual plates targets, wherein the production of a multi-layer system is achieved in that at least one individual target of a different material than the other individual targets and the Zerstäubungstargetsystem if necessary, is rotated so that only a specific single target is exposed to the ion bombardment. The sputtered material is distributed throughout the interior of the coating chamber, so that the substrates are uniformly coated all round due to their dual rotation (about their own axis and about the axis of rotation of the substrate holding table). If more than one sputtering target system of the type described is provided in this type of device, then all sputtering target systems must sputter the same material at a given time to achieve homogeneous discrete layers. The productivity of such a device is therefore not very high.

Eine Alternative besteht darin, längserstreckte Mehrkammerbeschichtungsanlagen einzusetzen, bei denen mehrere Beschichtungssektionen in Längserstreckung und gleichzeitig in Substrattransportrichtung hintereinander angeordnet sind. Jede Beschichtungssektion ist dann mit einem Magnetronsystem ausgestattet, das mit je einem Target aus einem Targetmaterial besteht, das eine Beschichtung mit dem gewünschten Schichtmaterial realisiert. Für mehrere aufeinander folgende Schichten eines mehrschichtigen Aufbaues ist dann je eine Beschichtungskammer erforderlich, woraus sich eine große Gesamtlänge der Anlage ergibt, die einen hohen Aufwand zur Folge hat.A Alternative is to extend longitudinally Use multi-chamber coating systems, where several coating sections in longitudinal direction and simultaneously arranged in the substrate transport direction one behind the other are. Each coating section is then with a magnetron system equipped with one target each made of a target material, which realizes a coating with the desired layer material. For many successive layers of a multi-layered construction then ever a coating chamber required, resulting in a large total length of Plant results, which has a high cost.

Aus EP 0 409 451 A1 ist ein drehzylindrisches Zerstäubersystem mit einer gesonderten linearen Magnetron-Zerstäuberabscheidung und mit Reaktionszonen, die ebenfalls gesondert für die Zerstäubungsabscheidung von Materialien gesteuert werden, bekannt. Das Verfahren umfasst eine Rotationsbewegung oder Translationsbewegung von Werkstücken vorbei an unterschiedlich bepumpten, atmosphärisch getrennten, aufeinanderfolgend oder gleichzeitig arbeitenden Abscheidungs- und Reaktionszonen.Out EP 0 409 451 A1 For example, a rotary cylindrical atomizer system is known having a separate linear magnetron sputtering deposition and reaction zones also separately controlled for sputter deposition of materials. The method includes rotational or translational movement of workpieces past differently pumped, atmospherically separated, sequentially or simultaneously operating deposition and reaction zones.

In DE 10 2004 014 323 A1 wird die Herstellung von Gradientenschichten oder Schichtfolgen durch physikalische Vakuumzerstäubung beschrieben. Die Beschichtung erfolgt in zwei innerhalb des Beschichtungskompartments unterteilten Teilkompartments mit jeweils einer mit einem Target bestückten Magnetron-Kathode (siehe Ansprüche 1 bis 4).In DE 10 2004 014 323 A1 the production of gradient layers or layer sequences by physical sputtering is described. The coating takes place in two sub-compartments subdivided within the coating compartment, each with a magnetron cathode equipped with a target (see claims 1 to 4).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Mehrschichtsystemen anzugeben, die die Erzeugung eines Mehrschichtsystems mit höherer Produktivität und geringem Aufwand gestattet.The The object of the present invention is therefore a method and to provide an apparatus for producing multilayer systems, the generation of a multi-layer system with higher productivity and low Effort allowed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.According to the invention Task solved by a device having the features of claim 1 and a method with the features of claim 11. Advantageous embodiments The invention are the subject of subclaims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Mehrschichtsystemen umfasst eine Beschichtungskammer, mindestens zwei Beschichtungsquellen sowie einen drehbar gelagerten Substrathaltertisch, auf dem mindestens zwei Substrathalter drehbar gelagert sind, wobei die Beschichtungsquellen konzentrisch zu dem Drehpunkt des Substrathaltertisches angeordnet sind und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungskammer in lokal begrenzte und durch die Beschichtungsquellen gebildete Beschichtungszonen zur Beschichtung von Substraten mit genau einem Beschichtungsmaterial eingeteilt ist und jeder Substrathalter in eine Beschichtungszone schwenkbar ist, so dass jeder Beschichtungsquelle genau ein Substrathalter zugeordnet ist.The inventive device for producing multilayer systems comprises a coating chamber, at least two coating sources and a rotatably mounted Substrate holder table, rotatable on the at least two substrate holder are stored, wherein the coating sources concentric to the Fulcrum of the substrate holding table are arranged and is characterized characterized in that the coating chamber is in localized and coating zones formed by the coating sources for coating substrates with exactly one coating material and each substrate holder is pivotable in a coating zone so that each coating source is exactly one substrate holder assigned.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, Substrate in ein und derselben Beschichtungskammer mit Mehrschichtsystemen zu beschichten, wobei verschiedene Substrate zur gleichen Zeit mit verschiedenen Beschichtungsmaterialien beschichtet werden können.By the device according to the invention it is possible to coat substrates in one and the same coating chamber with multilayer systems, wherein different substrates at the same time can be coated with various coating materials.

Vorteilhaft sind dabei die Beschichtungszonen im Wesentlichen gleich groß ausgeführt, so dass die von den Beschichtungszonen eingeschlossenen Volumina in etwa gleich groß sind. Hierdurch sind die Konzentrationen von Beschichtungsmittel bei gleichartigen Beschichtungsquellen gleich groß.Advantageous In this case, the coating zones are made substantially the same size, so that the volumes enclosed by the coating zones in are about the same size. As a result, the concentrations of coating agent are the same Coating sources the same size.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zur Aufteilung der Beschichtungskammer in Beschichtungszonen auf dem Substrathaltertisch zwischen den Substrathaltern Blenden vorgesehen. Vorzugsweise sind die Blenden als Trennwände ausgeführt, die die Beschichtungszone im Wesentlichen vollständig von der oder den benachbarten Beschichtungszonen isolieren, so dass eine Vermischung der in den einzelnen Kammern vorhandenen Beschichtungsatmosphären wirksam verhindert und so besonders homogene Einzelschichten erzielt werden.In An advantageous development of the invention are for distribution the coating chamber in coating zones on the substrate holding table between provided the substrate holders diaphragms. Preferably, the apertures as partitions executed the coating zone substantially completely of the or the adjacent Isolate coating zones so that mixing in the individual chambers existing coating atmospheres effectively prevented and so particularly homogeneous individual layers can be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Substrathalter auf dem Substrathaltertisch radial verschiebbar angeordnet. Dadurch ist es möglich, die auf den Substrathaltern angeordneten Substrate zur Erreichung möglichst hoher Beschichtungsraten in unmittelbare Nähe der Beschichtungsquelle zu bringen.In a further advantageous embodiment of the invention are the Substrate holder arranged radially displaceable on the substrate holding table. This makes it possible the arranged on the substrate holders substrates to achieve preferably high coating rates in the immediate vicinity of the coating source bring to.

Durch die radiale Verschiebbarkeit der Substrathalter wird erreicht, dass einerseits die Substrate in die Nähe einer Beschichtungsquelle gebracht werden, wenn der Substrathalter in radialer Richtung auswärts verschoben wird und dass der Substrathaltertisch frei rotieren kann, ohne mit anderen Vorrichtungsteilen zu kollidieren, wenn der Substrathalter in radialer Richtung einwärts verschoben wird.By the radial displaceability of the substrate holder is achieved that on the one hand the substrates in the vicinity of a coating source are brought when the substrate holder displaced outwards in the radial direction and that the substrate holding table can rotate freely without using collide with other device parts when the substrate holder inward in the radial direction is moved.

In vorteilhafter Weise ist die Anzahl der Substrathalter ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Beschichtungsquellen. Hierdurch ist sichergestellt, dass immer ein Substrathalter oder eine Gruppe von Substrathaltern genau einer Beschichtungsquelle zugeordnet ist und dadurch eine gleichmäßige Abscheidung von Beschichtungsmaterial auf den Substraten erreicht wird.In Advantageously, the number of substrate holders is an integer Many times the number of coating sources. This ensures that is always a substrate holder or a group of substrate holders is assigned to exactly one coating source and thereby one uniform deposition of coating material on the substrates is achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzahl der Substrathalter gleich der Anzahl der Beschichtungsquellen. Hierdurch kann jeder Substrathalter in idealer Weise zentral vor einer Beschichtungsquelle platziert werden, wodurch die besten Beschichtungsergebnisse erzielt werden.In a further advantageous embodiment of the invention is the Number of substrate holders equal to the number of coating sources. This allows each substrate holder in an ideal manner centrally in front of a Coating source are placed, resulting in the best coating results be achieved.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind vor den Beschichtungsquellen schließbare Blenden, so genannte Shutter, angeordnet, die in einer ersten Position die Emission von Beschichtungsmaterial von der Beschichtungsquelle in die Beschichtungskammer im Wesentlichen verhindern und die in einer zweiten Position die Emission von Beschichtungsmaterial von der Beschichtungsquelle in die Beschichtungskammer ermöglichen.In A further advantageous embodiment of the invention are available the coating sources closable Apertures, called shutters, arranged in a first position the emission of coating material from the coating source substantially into the coating chamber and prevent the in In a second position, the emission of coating material from allow the coating source in the coating chamber.

Die konkrete Stellung der Blende ermöglicht die Beeinflussung von Konzentration und Richtung der Emission. Nach dem Erreichen der gewünschten Schichtdicke können die auf dem Substrathalter befindlichen Substrate durch Schließen des Shutters, d. h. Bewegen des Shutters in die erste Position, von der Beschichtungsquelle abgeschirmt werden. Hierdurch wird verhindert, dass die Substrate in der einen Beschichtungszone mit einer zu dicken Schicht des einen Beschichtungsmaterials versehen werden, weil die Erreichung der gewünschten Schichtdicke in einer anderen Beschichtungszone länger dauert. Dies kann der Fall sein, wenn ein Mehrschichtsystem hergestellt werden soll, bei dem in den einzelnen Beschichtungszonen unterschiedliche Beschichtungsmaterialien mit unterschiedlichen Beschichtungsraten abgeschieden oder/und unterschiedliche Schichtdicken erreicht werden sollen.The concrete position of the aperture allows the Influencing the concentration and direction of the emission. To reaching the desired layer thickness can the substrates located on the substrate holder by closing the Shutters, d. H. Moving the shutter to the first position, from the Shielded coating source. This prevents that the substrates in one coating zone with a thick Layer of a coating material to be provided because the Achieving the desired Layer thickness in another coating zone takes longer. This may be the case when producing a multilayer system is to be, in which different in the individual coating zones Coating materials with different coating rates deposited or / and different layer thicknesses can be achieved should.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Schleusenkammer mit einer Transporteinrichtung zum Ein- oder Ausschleusen einzelner Substrathalter in die bzw. aus der Beschichtungskammer vorgesehen. Dadurch können einzelne Substrathalter nach Abschluss des Beschichtungsvorgangs aus der Beschichtungskammer entfernt und neue Substrathalter mit noch unbeschichteten Substraten der Beschichtung zugeführt werden, ohne die Beschichtungskammer belüften und wieder evakuieren zu müssen. Durch die dadurch eingesparte Zeit wird die Produktivität der Vorrichtung wesentlich erhöht.In a further advantageous embodiment of the invention is at least a lock chamber with a transport device for on or Discharge of individual substrate holder in or out of the coating chamber intended. Thereby can individual substrate holders after completion of the coating process removed from the coating chamber and with new substrate holder still uncoated substrates are fed to the coating, ventilate without the coating chamber and to evacuate again. By thus saving time, the productivity of the device becomes significantly increased.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Beschichtungskammer mindestens eine Ionenquelle zur Vorbehandlung der Substrate vorgesehen. Hierdurch kann die Qualität des Schichtsystems erhöht werden.In a further advantageous embodiment of the invention is in the coating chamber at least one ion source for pretreatment the substrates provided. This can improve the quality of the coating system elevated become.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Targets, d.h. die das Beschichtungsmaterial enthaltenden Platten, Stäbe oder Granulate, keramisch. Dadurch kann die Gasseparation reduziert werden.In a further advantageous embodiment of the invention are the Targets, i. the plates containing the coating material, Bars or Granules, ceramic. This can reduce the gas separation.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtsystems umfasst die Schritte

1. Anordnen der Substrate an Substrathaltern und Bestücken der Beschichtungsquellen mit Targets, wobei jeder Beschichtungsquelle nur Targets ein und desselben Beschichtungsmaterials zugeordnet werden,
2. Evakuieren der Beschichtungskammer,
3. Bewegen der Substrathalter in je eine Beschichtungszone und Positionieren jedes Substrathalters vor einer Beschichtungsquelle,
4. Beschichten jedes Substrats bis zur gewünschten Schichtdicke mit dem Beschichtungsmaterial der zugeordneten Beschichtungsquelle,
5. Unterbrechen der Beschichtung,
6. Wiederholung der Schritte 3 bis 6 bis zur Erreichung des gewünschten Mehrschichtsystems.

The method according to the invention for producing a multilayer system comprises the steps

1. arranging the substrates on substrate holders and equipping the coating sources with targets, wherein each coating source is assigned only to targets of the same coating material,
2. evacuation of the coating chamber,
3. Move the substrate holder in each Be coating zone and positioning each substrate holder in front of a coating source,
4. coating each substrate to the desired layer thickness with the coating material of the associated coating source,
5. interrupting the coating,
6. Repeat steps 3 to 6 until the desired multi-layer system is achieved.

Zur Herstellung eines Mehrschichtsystems nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden an den mindestens zwei Substrathaltern die zu beschichtenden Substrate angeordnet.to Production of a Multilayer System by the Process of the Invention are to be coated on the at least two substrate holders Substrates arranged.

Die Beschichtungsquellen werden mit Targets aus mindestens zwei verschiedenen Beschichtungsmaterialien versehen, wobei jeder Beschichtungsquelle nur Targets ein und desselben Beschichtungsmaterials zugeordnet werden.The Coating sources are made with targets of at least two different ones Coating materials provided, each coating source only assigned to targets of one and the same coating material become.

In einer günstigen Variante des Verfahrens ist es möglich, dass die Substrathalter in den jeweiligen Beschichtungszonen gleichzeitig mit dem Beschichtungsmaterial der jeweils zugeordneten Beschichtungsquelle beschichtet werden.In a cheap one Variant of the method it is possible that the substrate holders in the respective coating zones simultaneously with the coating material of the respectively associated coating source be coated.

Die Beschichtungskammer wird evakuiert. Falls vorhanden, werden die Substrate mittels einer Ionenquelle vorbehandelt. Es ist auch möglich, dass die Substrate nach dem Evakuieren der Beschichtungskammer zunächst mittels einer Plasmaquelle, vorzugsweise mittels einer Mikrowellen-Entladung vorbehandelt werden.The Coating chamber is evacuated. If available, the Substrates pretreated by means of an ion source. It is also possible that the Substrates after evacuation of the coating chamber first by means a plasma source, preferably pretreated by means of a microwave discharge become.

Der Substrathaltertisch wird gedreht, bis ein Substrathalter oder eine Gruppe von Substrathaltern vor einer Beschichtungsquelle positioniert ist. Die Substrathalter werden radial auswärts verschoben, bis sie sich nahe vor der jeweiligen Beschichtungsquelle befinden.Of the Substrate holder table is rotated until a substrate holder or a Group of substrate holders positioned in front of a coating source is. The substrate holders are displaced radially outward until they become near the respective coating source.

Anschließend werden die Beschichtungsquellen eingeschaltet und eventuell vorhandene Shutter vor den Beschichtungsquellen in ihre zweite Position gebracht, um die Emission des Beschichtungsmaterials in die Beschichtungskammer zu ermöglichen. Der Beschichtungsvorgang beginnt. Dabei rotieren die Substrathalter um ihre Hochachse, so dass der Substrathalter dem von der Beschichtungsquelle emittierten Beschichtungsmaterial allseitig gleichmäßig ausgesetzt ist.Then be switched on the coating sources and possibly existing shutter placed in the second position in front of the coating sources the emission of the coating material into the coating chamber to enable. The coating process begins. The substrate holders rotate around its vertical axis, so that the substrate holder is the one from the coating source emitted coating material uniformly exposed on all sides is.

Eventuell vorhandene, auf dem Substrathaltertisch zwischen den Substrathaltern angeordnete Blenden teilen die Beschichtungskammer in Beschichtungszonen auf.Perhaps existing on the substrate holding table between the substrate holders arranged diaphragms divide the coating chamber into coating zones on.

Ist in einer Beschichtungszone die gewünschte Schichtdicke erreicht, in anderen Beschichtungszonen jedoch noch nicht, so wird in der einen Beschichtungszone der vor der Beschichtungsquelle angeordnete Shutter in seine erste Position gebracht, um den Substrathalter vor weiteren Emissionen abzuschirmen.is reaches the desired layer thickness in a coating zone, in other coating zones, however, not yet, so is in the one Coating zone of the arranged in front of the coating source shutter brought into its first position to protect the substrate holder from further emissions shield.

Wenn in allen Beschichtungszonen die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, wird in allen Beschichtungszonen der vor der Beschichtungsquelle angeordnete Shutter in seine erste Position gebracht.If reaches the desired layer thickness in all coating zones is in all coating zones arranged in front of the coating source Shutter brought to its first position.

Anschließend werden die Substrathalter radial einwärts verschoben, bis sich der Substrathaltertisch frei drehen kann. Der Substrathaltertisch wird gedreht, bis die Substrathalter oder Gruppen von Substrathaltern vor einer anderen Beschichtungsquelle positioniert sind. Anschließend wird die Beschichtung fortgesetzt. Diese Vorgänge werden so lange wiederholt, bis das gewünschte Mehrschichtsystem erreicht ist.Then be the substrate holders radially inward shifted until the substrate retainer table can rotate freely. Of the Substrate holder table is rotated until the substrate holder or groups positioned by substrate holders in front of another coating source are. Subsequently the coating is continued. These processes are repeated for as long as until the desired Multilayer system is achieved.

Ist der Beschichtungsvorgang für die auf einem Substrathalter angeordneten Substrate abgeschlossen, so wird dieser Substrathalter durch eine dafür vorgesehene Schleusenkammer mit einer Transporteinrichtung aus der Beschichtungskammer ausgeschleust und anschließend ein neuer Substrathalter mit zu beschichtenden Substraten eingeschleust, falls eine solche Schleusenkammer mit Transporteinrichtung vorhanden ist.is the coating process for completed the arranged on a substrate holder substrates, So this substrate holder by a designated lock chamber discharged with a transport device from the coating chamber and subsequently a new substrate holder with substrates to be coated, if such a lock chamber with transport device available is.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.following the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. The only one shows Figure a preferred embodiment the invention.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Mehrschichtsystemen eine Beschichtungskammer 1, vier zentralsymmetrisch angeordnete Beschichtungsquellen 2 sowie einen drehbar gelagerten Substrathaltertisch 3, auf dem vier Substrathalter 4 drehbar gelagert sind.In this exemplary embodiment, the device according to the invention for producing multilayer systems comprises a coating chamber 1 , four centrally symmetric coating sources 2 and a rotatably mounted substrate holding table 3 , on the four substrate holder 4 are rotatably mounted.

Die Beschichtungsquellen 2 sind Magnetron-Sputterquellen, die im Ausführungsbeispiel aus je zwei Magnetrons 5 zusammengesetzt sind, um unterschiedliche Beschichtungsraten verschiedener Beschichtungsmaterialien auszugleichen. Zusätzlich können unterschiedliche Beschichtungsraten auch durch eine Variation der Targetspannung eingestellt werden. Jede dieser vier Beschichtungsquellen 2 ist an einer Tür 6 angebracht, die in der Wand der Beschichtungskammer 1 vorgesehen ist. Dadurch können verbrauchte Targets einfach ausgewechselt werden.The coating sources 2 are magnetron sputtering sources, which in the embodiment of two magnetrons 5 are composed to compensate for different coating rates of different coating materials. In addition, different coating rates can also be adjusted by varying the target voltage. Each of these four coating sources 2 is at a door 6 attached in the wall of the coating chamber 1 is provided. This allows consumed targets to be easily replaced.

Vor jeder Beschichtungsquelle 2 ist ein Shutter 7, d. h. eine verschließbare Blende angeordnet, der in einer ersten Position (gestrichelt gezeichnet) die Emission von Beschichtungsmaterial von der Beschichtungsquelle 2 in die Beschichtungskammer 1 im Wesentlichen verhindert und in einer zweiten Position (durchgezogen gezeichnet) die Emission von Beschichtungsmaterial von der Beschichtungsquelle 2 in die Beschichtungskammer 1 ermöglicht.Before every coating source 2 is a shutter 7 , ie a closable diaphragm arranged, in a first position (shown in dashed lines) the emission of coating material from the Be coating source 2 in the coating chamber 1 essentially prevents and in a second position (drawn solid) the emission of coating material from the coating source 2 in the coating chamber 1 allows.

Zum Beschichten der Substrate wird der Shutter 7 in die zweite Position gebracht. Wenn die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, wird der Shutter 7 in die erste Position gebracht, so dass die Substrate von der Beschichtungsquelle 2 abgeschirmt sind.The shutter is used to coat the substrates 7 placed in the second position. When the desired layer thickness is reached, the shutter becomes 7 placed in the first position, leaving the substrates from the coating source 2 are shielded.

Die Beschichtungskammer 1 verfügt auf Grund der zentralsymmetrischen Anordnung der Beschichtungsquellen 2 über eine achteckige Grundfläche, wobei in jeder zweiten Seitenwand eine Tür 6 mit einer Beschichtungsquelle 2 angeordnet ist. An den dazwischen liegenden Seitenwänden sind Vakuumpumpen 8 zur Evakuierung der Beschichtungskammer 1 angeordnet. An einer dieser Seitenwände ist anstelle der Vakuumpumpen 8 eine mittels eigener Vakuumpumpen 10 evakuierbare Schleuse mit einem Transportsystem 9 zum Ein- und Ausschleusen von Substrathaltern 4 angeordnet, die durch ein Ventil 11 von der Beschichtungskammer 2 getrennt ist.The coating chamber 1 has due to the centrally symmetrical arrangement of the coating sources 2 over an octagonal base, with a door in every other side wall 6 with a coating source 2 is arranged. At the intermediate side walls are vacuum pumps 8th for evacuation of the coating chamber 1 arranged. On one of these side walls is in place of the vacuum pumps 8th one by means of own vacuum pumps 10 evacuable lock with a transport system 9 for feeding in and out of substrate holders 4 arranged by a valve 11 from the coating chamber 2 is disconnected.

Die Substrathalter 4 sind als Substratkörbe zur Aufnahme der zu beschichtenden Substrate ausgeführt und auf dem Substrathaltertisch 3 rotierbar und radial verschiebbar angeordnet und können durch an sich bekannte Mittel in Rotation versetzt und radial verschoben werden. Der Substrathaltertisch 3 ist in der Mitte der Beschichtungskammer 1 drehbar gelagert und kann durch an sich bekannte Mittel in Rotation versetzt werden. In einer ersten Position der Substrathalter 4 (gestrichelt gezeichnet) kann der Substrathaltertisch 3 frei rotieren, ohne mit anderen Vorrichtungsteilen zu kollidieren. In einer zweiten Position der Substrathalter 4 (durchgezogen gezeichnet) sind die Substrate in die Nähe einer Beschichtungsquelle 2 gebracht, indem der Substrathalter 4 in radialer Richtung auswärts verschoben ist.The substrate holder 4 are designed as substrate baskets for receiving the substrates to be coated and on the substrate holding table 3 arranged rotatable and radially displaceable and can be set by known per se in rotation and moved radially. The substrate retainer table 3 is in the middle of the coating chamber 1 rotatably mounted and can be rotated by known means in rotation. In a first position of the substrate holder 4 (dashed lines), the substrate holding table 3 rotate freely without colliding with other device parts. In a second position, the substrate holder 4 (drawn in solid lines), the substrates are in the vicinity of a coating source 2 brought by the substrate holder 4 is shifted outward in the radial direction.

Der Betrieb der Vorrichtung erfolgt in der Weise, dass zu Beginn der Beschichtung der Substrathaltertisch 3 so weit gedreht wird, dass jeder Substrathalter 4 vor einer Beschichtungsquelle 2 positioniert ist und anschließend die Substrathalter 4 radial auswärts verschoben werden, bis sie sich nahe vor der jeweiligen Beschichtungsquelle 2 befinden.The operation of the device takes place in such a way that at the beginning of the coating of the substrate holding table 3 is rotated so far that each substrate holder 4 in front of a coating source 2 is positioned and then the substrate holder 4 be moved radially outwards until they are close to the respective coating source 2 are located.

Anschließend werden die Beschichtungsquellen 2 eingeschaltet und die vor den Beschichtungsquellen 2 angeordneten Shutter 7 in ihre zweite Position gebracht. Die Substrathalter 4 rotieren während der Beschichtung, so dass die Substrate allseitig gleichmäßig beschichtet werden.Subsequently, the coating sources 2 turned on and the before the coating sources 2 arranged shutter 7 placed in their second position. The substrate holder 4 rotate during the coating, so that the substrates are evenly coated on all sides.

Auf dem Substrathaltertisch 3 sind zwischen den Substrathaltern 4 Blenden 12 kreuzförmig angeordnet, die die Beschichtungskammer 1 in vier Beschichtungszonen aufteilen.On the substrate table 3 are between the substrate holders 4 dazzle 12 arranged in a cross shape, covering the coating chamber 1 split into four coating zones.

Nach Erreichen der gewünschten Schichtdicke wird in jeder Beschichtungszone der vor der jeweiligen Beschichtungsquelle 2 angeordnete Shutter 7 in die erste Position gebracht, so dass das Substrat abgeschirmt ist.After reaching the desired layer thickness in each coating zone in front of the respective coating source 2 arranged shutter 7 brought into the first position, so that the substrate is shielded.

Wenn in allen Beschichtungszonen der vor der jeweiligen Beschichtungsquelle 2 angeordnete Shutter 7 in die erste Position gebracht ist, werden die Substrathalter 4 radial einwärts verschoben. Der Substrathaltertisch 3 wird gedreht, bis jeder Substrathalter 4 vor einer anderen Beschichtungsquelle 2 positioniert ist. Anschließend wird die Beschichtung fortgesetzt. Diese Vorgänge werden so lange wiederholt, bis das gewünschte Mehrschichtsystem erreicht ist.If in all coating zones the front of the respective coating source 2 arranged shutter 7 is brought into the first position, the substrate holder 4 moved radially inward. The substrate retainer table 3 is rotated until each substrate holder 4 before another coating source 2 is positioned. Subsequently, the coating is continued. These operations are repeated until the desired multi-layer system is achieved.

Ist der Beschichtungsvorgang für die auf einem Substrathalter 4 angeordneten Substrate abgeschlossen, so wird dieser Substrathalter 4 durch die Schleusenkammer mit einer Transporteinrichtung 9 aus der Beschichtungskammer 1 ausgeschleust und anschließend ein neuer Substrathalter 4 mit zu beschichtenden Substraten eingeschleust.Is the coating process for on a substrate holder 4 arranged substrates completed, so this substrate holder 4 through the lock chamber with a transport device 9 from the coating chamber 1 discharged and then a new substrate holder 4 introduced with substrates to be coated.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Herstellung von Mehrschichtsystemen auf Substraten mit hoher Produktivität. Nachfolgend wird eine mögliche Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben:
Auf Halogenlampen soll ein Filter aus einem optischen Wechselschichtsystem aus dem niedrigbrechenden Material SiO₂ und dem hochbrechenden Material Nb₂O₅ aufgebracht werden. Dazu werden die Halogenlampen auf mehreren Ebenen in einem drehbar gelagerten Drehkorb 4 montiert. In der Vorrichtung sind vier Beschichtungsquellen 2 installiert. Davon werden jeweils zwei Beschichtungsquellen 2 zur Abscheidung von SiO₂ und zwei Beschichtungsquellen 2 zur Abscheidung von Nb₂O₅ benutzt.The device according to the invention allows the production of multilayer systems on substrates with high productivity. A possible application of the device according to the invention is described below:
On halogen lamps, a filter made of an optical alternating layer system made of the low refractive index material SiO ₂ and the high refractive index material Nb ₂ O _{5 is} to be applied. For this purpose, the halogen lamps on several levels in a rotatably mounted rotary basket 4 assembled. There are four coating sources in the device 2 Installed. Of these, two coating sources each 2 for the deposition of SiO ₂ and two coating sources 2 used for the deposition of Nb ₂ O ₅ .

Die beiden Beschichtungsquellen 2 desselben Materials sind einander gegenüber liegend angeordnet, so dass die Beschichtungsquellen 2 für SiO₂ und die Beschichtungsquellen 2 für Nb₂O₅ einander abwechseln. Jede Beschichtungsquelle 2 ist mit einem Shutter 7 versehen, welcher nach Erreichen der Sollschichtdicke die Substrate vom Dampf abschirmt. Dies ist notwendig, da die Schichtdicken und infolge dessen die Beschichtungszeiten für die parallel ablaufenden Prozesse im Allgemeinen nicht gleich lang sind.The two coating sources 2 of the same material are arranged opposite each other so that the coating sources 2 for SiO ₂ and the coating sources 2 alternate for Nb ₂ O ₅ . Every coating source 2 is with a shutter 7 provided, which shields the substrates from the steam after reaching the target layer thickness. This is necessary because the layer thicknesses and, as a result, the coating times for the parallel processes are generally not the same length.

11: Beschichtungskammercoating chamber
22: Beschichtungsquellecoating source
33: SubstrathaltertischSubstrate holder table
44: Substrathaltersubstrate holder
55: Magnetronmagnetron
66: Türdoor
77: Shuttershutter
88th: Vakuumpumpevacuum pump
99: Schleuse mit Transportsystemlock with transport system
1010: Vakuumpumpevacuum pump
1111: VentilValve
1212: Blendecover

Claims

Device for producing multilayer systems, comprising a coating chamber ( 1 ), at least two coating sources ( 2 ) and a rotatably mounted substrate holding table ( 3 ), on which at least two substrate holders ( 4 ) are rotatably mounted, wherein the coating sources ( 2 ) concentric with the fulcrum of the substrate holding table ( 3 ), characterized in that the coating chamber ( 1 ) in locally limited and by the coating sources ( 2 ) coated coating zones for coating substrates with exactly one coating material and each substrate holder ( 4 ) is pivotable in a coating zone, so that each coating zone exactly one substrate holder ( 4 ) assigned.

Device according to claim 1, characterized in that the coating zones are essentially the same size.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the division of the coating chamber ( 1 ) in coating zones on the substrate holding table ( 3 ) between the substrate holders ( 4 ) Aperture ( 12 ) are provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate holders ( 4 ) on the substrate table ( 3 ) are arranged radially displaceable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the number of substrate holders ( 4 ) an integer multiple of the number of coating sources ( 2 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the number of substrate holders ( 4 ) equal to the number of coating sources ( 2 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that before the coating sources ( 2 ) Shutter ( 7 ) are arranged in a first position, the emission of coating material from the coating source ( 2 ) in the coating chamber ( 1 ) and in a second position the emission of coating material from the coating source ( 2 ) in the coating chamber ( 1 ) enable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one lock chamber with a transport device ( 9 ) for introducing or removing individual substrate holders ( 4 ) in and out of the coating chamber 1 is provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the coating chamber ( 1 ) at least one ion source for pretreatment of the substrates is provided.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the targets are ceramic.

Method for producing a multilayer system, comprising the steps 1. Arranging the substrates on substrate holders and equipping the coating sources with targets, each coating source only assigned to targets of one and the same coating material become, 2. evacuation of the coating chamber, 3. Move the substrate holder in a respective coating zone and positioning each substrate holder in front of a coating source, 4. Coating each substrate to the desired layer thickness with the coating material of the associated coating source, 5th Interrupting the coating, 6. Repeat the steps 3 to 5 until the desired multi-layer system is achieved.

Method according to claim 11, characterized in that that the substrates arranged on the substrates in the respective Coating zones simultaneously with the coating material of each associated coating source are coated.

Method according to claim 11 or 12, characterized that the substrates after evacuation of the coating chamber by means of pretreated an ion source.

Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the substrates after evacuating the coating chamber to next pretreated by means of a plasma source.

Method according to claim 14, characterized in that that pretreated the substrates by means of a microwave discharge become.