DE102008034960A1 - Method for coating a substrate with a transparent metal-oxide layer by magnetron sputtering, comprises moving the substrate in a coating chamber on tube cathode, whose mantle surface comprises sputterable target materials - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit einer transparenten Metalloxid-Schicht mittels Magnetron-Sputtern, indem das Substrat in einer Beschichtungskammer an Rohrkathoden vorbeibewegt wird, deren Mantelflächen das sputterbare Targetmaterial aufweisen und welche in Substrattransportrichtung nebeneinander angeordnet sind. Die Rohrkathoden erstrecken sich über die Substratbreite und weisen in ihrem Innenraum jeweils ein sich über die Länge der Rohrkathode erstreckendes Magnetsystem auf. Die Metalloxid-Schicht wird unter Anwesenheit von Sauerstoff in der Beschichtungsatmosphäre auf dem Substrat abgeschieden.The The invention relates to a method for coating a substrate with a transparent metal oxide layer by means of magnetron sputtering, by placing the substrate in a coating chamber on tube cathodes is moved past, the lateral surfaces of which sputterbare Have target material and which in the substrate transport direction are arranged side by side. The tube cathodes extend over the substrate width and each have in their interior over the length of the tube cathode extending magnetic system. The metal oxide layer is in the presence of oxygen in the Coating atmosphere deposited on the substrate.
Die Erfindung betrifft ebenso eine Beschichtungskammer für eine Beschichtungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.The The invention also relates to a coating chamber for a coating system for carrying out the method.
Beim Magnetronsputtern wird im Prozessgas zwischen dem zu beschichtenden Substrat und einer Rohrkathode ein Plasma gezündet, dessen positive Ladungsträger durch den sogenannten Sputtereffekt (Abstäuben, d. h. durch Zonenbombardement induziertes Herausschlagen von Atomen aus der Festkörperoberfläche) die oberen Schichten einer Targetoberfläche abtragen wird. Es können Metalle unter Anwesenheit von Sauerstoff gesputtert werden und als Oxid auf dem Substrat abgeschieden werden. Ebenso ist es möglich, Oxide oder andere Metallverbindungen als Targetmaterial einzusetzen und zu sputtern. Bei letzterem kommt es häufig zu Dissoziationen, d. h. Freisetzen von Sauerstoff während des Sputtervorgangs. Es ist aber ebenso möglich, dass die Metalloxide oder Metallverbindungen ohne zu dissoziieren gesputtert und auf dem Substrat abgeschieden werden. Bei Anwesenheit von Sauerstoff im Prozessgas reagiert das abgetragene Sputtermaterial mit dem Sauerstoff als Reaktivgas und schlägt sich als Oxid auf einem gegenüber liegend angeordneten Substrat nieder. Die chemische Reaktion zu stöchiometrischen Verbindungsschichten auf dem Substrat wird durch die mit dem Sputterprozess verknüpfte Plasmaentladung und die damit resultierende energetische Anregung der Recktanten, auch als Spezies bezeichnet, verstärkt.At the Magnetron sputtering is in the process gas between the to be coated Substrate and a tube cathode ignited a plasma whose positive charge carriers by the so-called sputtering effect (dusting, d. H. zone bombardment induced strike out of atoms from the solid surface) the upper layers ablate a target surface. It can Metals are sputtered in the presence of oxygen and as an oxide are deposited on the substrate. It is also possible Use oxides or other metal compounds as the target material and to sputter. Dissociation often occurs in the latter d. H. Release of oxygen during the sputtering process. But it is also possible that the metal oxides or metal compounds sputtered without dissociation and deposited on the substrate become. In the presence of oxygen in the process gas that reacts ablated sputtering material with the oxygen as the reactive gas and suggests itself as oxide on one opposite arranged substrate down. The chemical reaction to stoichiometric Bonding layers on the substrate will pass through with the sputtering process linked plasma discharge and the resulting energetic excitation of the reactants, also known as species, strengthened.
Eine Bereitstellung des Reaktivgases oder dessen Ergänzung bei Verlusten infolge der Vakuumerzeugung oder bei der Einstellung eines definierten Gasanteils erfolgt entweder durch eine gezielte Zufuhr in die Beschichtungskammer mittels eines Gaseinlasssystems.A Provision of the reactive gas or its supplement at Losses due to vacuum generation or when setting a defined gas fraction takes place either by a targeted supply into the coating chamber by means of a gas inlet system.
Zur Unterstützung der Plasmabildung wie auch der Beschleunigung der Ionen auf die Targetoberfläche ist auf der dem Plasma abgewandten Seite des Targets ein Magnetsystem mit nebeneinander liegenden Magneten örtlich wechselnder Polung angeordnet. Bekanntermaßen besteht ein solches, zum Magnetrun-Sputtern eingesetztes Magnetsystem aus einem zentralen Magnetpol den ein zweiter, entgegengesetzter Magnetpol ringförmig umgibt. Aufgrund des sich dadurch als Ring ausbildenden, tunnelförmigen Magnetfeldes wird das Targetmaterial über dem Spalt zwischen zwei Magnetpolen, wo die Magnetfeldlinien parallel zur Targetoberfläche verlaufen, in besonderem Maße abgetragen, so dass sich in diesem Bereich ein ringförmiger Sputtergraben ausbildet. Dieser wird auch als Racetrack bezeichnet. Der örtliche Verlauf des magnetisch geführten, in sich geschlossenen Plasmarings korreliert mit der Erosion des Targetmaterials.to Support for plasma formation as well as acceleration The ions on the target surface are on the plasma opposite side of the target a magnet system with juxtaposed Magnets of locally changing polarity arranged. As is known, exists such, used for magnetic sputtering magnetic system from a central magnetic pole the second, opposite Magnetic pole surrounds annular. Because of this as a ring forming, tunnel-shaped magnetic field is the target material over the gap between two magnetic poles, where the magnetic field lines run parallel to the target surface, worn to a special extent, so that in this area forming an annular sputter trench. This one will too referred to as Racetrack. The local course of the magnetic guided, self-contained plasma symbiosis correlated with the erosion of the target material.
Zum Magnetrun-Sputtern werden neben planaren Kathoden auch Rohrkathoden eingesetzt. Letztere sind insbesondere zum Be schichten von verschiedenen großflächigen Substraten bekannt und werden hierbei häufig als Doppelkathode verwendet. Rohrkathoden sind zylinderförmig sowie um ihre Längsachse drehbar und zeichnen sich durch eine hohe Ausnutzungsrate des auf der Mantelfläche der Rohrkathoden angeordneten Targetmaterials und eine lange Targetstandzeit aus. Die Mantelflächen der Rohrkathoden bestehen aus sputterbarem Targetmaterial, wobei das Targetmaterial entweder als rohrförmiges Target ausgebildet sein kann, so dass der Zylinder der Rohrkathode vollständig aus dem zu sputterndem Material, z. B. aus Aluminium oder Titan besteht, oder die Rohrkathoden bestehen aus einem Trägerrohr, welches mit dem zu sputterndem Material beschichtet ist. Unabhängig von der jeweiligen Ausführung wird üblicherweise von einem Rohrtarget gesprochen.To the Magnetetrun sputtering, in addition to planar cathodes, also becomes tube cathodes used. The latter are in particular for the coating of different large-area substrates known and are hereby often used as a double cathode. Tube cathodes are cylindrical and rotatable about its longitudinal axis and are characterized by a high rate of utilization of the on the lateral surface of the tube cathodes arranged target material and a long target life. The lateral surfaces of the tube cathodes consist of sputterable Target material, wherein the target material either as a tubular Target may be formed so that the cylinder of the tube cathode completely from the material to be sputtered, z. B. off Aluminum or titanium, or the tube cathodes are made a carrier tube which coats with the material to be sputtered is. Independent of the respective execution is usually spoken of a pipe target.
Im Innenraum beider Rohrkathoden ist jeweils ein Magnetsystem angeordnet, welches, sich über die gesamte Länge der Rohrkathode erstreckt und im Querschnitt betrachtet aus zumindest drei.nebeneinander angeordneten Magneten besteht. Infolge dieser Magnetanordnung bildet sich jeweils ein ringförmiger Racetrack auf dem Rohrtarget aus, und erstreckt sich parallel zur Längsachse des Rohrtargets über dessen gesamte Länge. Die Rohrkathode ist bezogen auf das Magnetsystem drehbar angeordnet, so dass sich im Beschichtungsbetrieb die Rohrkathode drehen kann, während das Magnetsystem gleichbleibend in der Beschichtungskammer ausgerichtet bleibt. Durch eine gleichförmige Rotation der Rohrkathoden bei stationärem Magnetfeld durchläuft die gesamte zylindrische Targetoberfläche den Racetrackbereich. und es wird eine gleichmäßige Erosion des Targetmaterials erzielt.in the Interior of both tube cathodes is arranged in each case a magnet system, which extends over the entire length of the tubular cathode extends and viewed in cross-section of at least three. nebeneinander arranged magnet consists. As a result of this magnet arrangement forms in each case an annular racetrack on the tube target out, and extends parallel to the longitudinal axis of the tube target over its entire length. The tube cathode is related to the Magnet system rotatably arranged so that in the coating operation The tube cathode can rotate while the magnet system is steady remains aligned in the coating chamber. By a uniform Rotation of the tubular cathodes in a stationary magnetic field passes through the entire cylindrical target surface the racetrack area. and it becomes a uniform erosion of the target material achieved.
In
der deutschen Gebrauchsmusterschrift
Mittels
Rohrkathoden können die verschiedensten Materialien gesputtert
werden, sowohl elektrisch leitfähige als auch dielektrische
Das Target besteht, z. B. aus Metallen, Legierungen oder Oxidmaterialien.
In der
Durch reaktives Magnetron-Sputtern von metallischen Targets oder Magnetron-Suttern von Metalloxid-Targets werden z. B. Metalloxid-Schichten, die bei Verwendung geeigneter Sputtermaterialien transparent sein können, abgeschieden. Derartige Oxidschichten werden aufgrund ihrer optischen Eigenschaften für eine Reihe verschiedener Einsatzgebiete verwendet. Anwendungen sind z. B. transparente Elektroden in Flachbildschirmen, in Dünnfilm-Solarzellen oder Komponenten in optisch selektiven Schichtsystemen. Entsprechend der Anwendungsmöglichkeiten kommen verschiedene Substrate in Betracht, z. B. Glas, Metall, Silizium oder flexible Kunststofffolien. Es ist bekannt, transparente leitfähige Schichten aus verschiedenen Metalloxid-Schichten herzustellen, die darüber hinaus durch geeignete Dotierung mit einem Material der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, z. B. Aluminium oder Gallium die erforderliche Leitfähigkeit aufweisen können. Derartige transparente leitfähige Schichten sind als TCO-Schicht (Transparent Conducting Metal Oxid – TCO) bekannt, z. B. Schichten aus Indiumoxid, Zinnoxid oder Indium-Zinn-Oxid (ITO), wobei Schichten aus Zinkoxid an Bedeutung gewinnen, da sie preiswerter herzustellen, nicht toxisch, leicht zu dotieren und haltbar unter wasserstoffhaltiger Atmosphäre sind. Die Beschichtung erfolgt in Vakuumbeschichtungsanlagen, die je nach dem aufzubringenden Schichten oder Schichtsystemen eine oder mehrere Beschichtungskammern aufweisen.By reactive magnetron sputtering of metallic targets or magnetron sutures of metal oxide targets are z. B. metal oxide layers, at Using suitable sputtering materials can be transparent, deposited. Such oxide layers are due to their optical Properties for a number of different applications used. Applications are z. B. transparent electrodes in flat screens, in thin film solar cells or optically selective components Layer systems. According to the application possibilities come various substrates into consideration, for. As glass, metal, silicon or flexible plastic films. It is known, transparent conductive To produce layers of different metal oxide layers, the in addition, by suitable doping with a material the third main group of the Periodic Table of the Elements, z. B. Aluminum or gallium the required conductivity can have. Such transparent conductive Layers are as TCO layer (Transparent Conducting Metal Oxide - TCO) known, for. B. layers of indium oxide, tin oxide or indium-tin oxide (ITO), with layers of zinc oxide gaining in importance as they cheaper to manufacture, non-toxic, easy to dope and are durable under hydrogen-containing atmosphere. The Coating takes place in vacuum coating systems, depending on one or more of the layers or layer systems to be applied Have coating chambers.
Eine wesentliche Anforderung an eine transparente Metalloxid-Schicht ist deren Transmission, die direkt mit dem spezifischen Flächenwiderstand verknüpft ist, und die Homogenität der optischen Eigenschaften. In den bekannten Verfahren besteht das Problem, dass die Transmission der abgeschiedenen Schicht zumindest abschnittsweise durch eine Teilschicht vermindert wird, die aus nicht oder unterstöchiometrisch oxidiertem Targetmaterial über oder unter der eigentlichen, Metalloxid-Schicht abgeschieden wird. Diese parasitäre Zwischenschicht weist infolge der abweichenden Schichtzusammensetzung eine höhere Absorption und damit einen deutlich geringeren Transmissionsgrad auf, der die optischen Eigenschaften der Metalloxid-Schicht in nicht zu vernachlässigender Weise ändert.A Essential requirement for a transparent metal oxide layer is their transmission, which is directly linked to the sheet resistivity is, and the homogeneity of the optical properties. In The known method has the problem that the transmission the deposited layer at least in sections through a sub-layer is diminished, which is not or substoichiometric Oxidized target material above or below the actual, Metal oxide layer is deposited. This parasitic Intermediate layer has a due to the different layer composition higher absorption and thus a much lower degree of transmission on, the optical properties of the metal oxide layer in not negligibly changes.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Magnetron-Sputtern mittels Rohrkathoden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit welchen es möglich ist, die Transmission von im Durchlaufverfahren hergestellten Metalloxid-Schichten zu erhöhen, indem die Ausbildung parasitärer, Licht absorbierender Teilschichten vermieden wird.It Therefore, an object of the present invention is a method for magnetron sputtering by means of tubular cathodes and a device for implementation of the method with which it is possible to specify the Transmission of continuous metal oxide layers increase by training parasitic, Light absorbing sublayers is avoided.
Mit den beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ist es möglich, überall dort in der Beschichtungskammer, wo zerstäubtes, dampfförmiges Targetmaterial über dem Substrat anliegt, Plasma mit der gewünschten Dichte und Homogenität bereitzustellen. Verfahren und Vorrichtung gestatten es, unvermeidlichen Streudampf, entweder mittels Blenden zu unterdrücken oder durch Plasmaeinwirkung ausreichend zu akti vieren, so dass nur homogene, stöchiometrische und damit hochtransparente Metalloxidschichten auf dem Substrat abgeschieden werden. Als Streudampf wird dabei das zerstäubte Targetmaterial bezeichnet, das sich entweder im Randbereich dessen räumlicher Verteilung innerhalb der Beschichtungskammer befindet oder in Zwischenräume eindringt, die durch Blenden oder Kammereinbauten gegenüber den Rohrkathoden beschattet sind, wie solchen zwischen Blenden und Substrat.With The described methods and devices make it possible everywhere there in the coating chamber where atomized, vaporous target material over abutting the substrate, plasma of the desired density and to provide homogeneity. Method and device allow it, inevitable scattering steam, either by means of shutters suppress or sufficient by plasma action Activate so that only homogeneous, stoichiometric and thus depositing highly transparent metal oxide layers on the substrate become. The scattered vapor is the atomized target material referred to, either in the edge region of the spatial Distribution is located within the coating chamber or in intermediate spaces penetrates, which are opposed by apertures or chamber fittings the tube cathodes are shadowed, such as between diaphragms and Substrate.
Die Vermeidung der Streudampfeinflüsse auf die Transmission der Metalloxid-Schicht wird zum einen dadurch erzielt, dass Blenden im Randbereich des Substrats, die meist an der Kammerwandung montiert sind, derart dicht über dem Substrat angeordnet sind, dass kein oder nur ein zu vernachlässigender Anteil von Streudampf auf das Substrat gelangen kann. Diesen Effekt unterstützend wird gleichzeitig das Magnetsystem innerhalb der Rohrkathoden so gedreht, dass die hauptsächliche Ausbreitungsrichtung von Targetmaterial und Plasma weniger in die Randbereiche des Substrats und verstärkt in die Mitte gerichtet ist. Folglich wird nur im Bereich des Substrats beschichtet, der zwischen den Blenden liegt.The avoidance of the effects of scattered steam on the transmission of the metal oxide layer is achieved, on the one hand, by arranging diaphragms in the edge region of the substrate, which are usually mounted on the chamber wall, so closely above the substrate that no or only a negligible proportion of scattering vapor can get to the substrate. Supporting this effect, at the same time, the magnet system within the tube cathodes is rotated in such a way that the main propagation direction of the target material and plasma is directed less towards the edge regions of the substrate and towards the center. Consequently, only in the area coated on the substrate, which lies between the panels.
Eine hinreichende Ausrichtung der Partikelströme auf das Substrat, so dass die Homogenisierende Wirkung auf dem Substrat oder zumindest in dessen unmittelbarer Umgebung und nicht auf der benachbarte Rohrkathode erzielt wird, hängt im Wesentlichen von dem Abstand der Rohrkathoden zueinander und zum Substrat ab. So hat es sich gezeigt, dass in der Transmission der abgeschiedenen Metalloxid-Schicht die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn das Verhältnis zwischen dem Abstand Rohrkathoden – Substrat zum Abstand Rohrkathode – Rohrkathode in einem Bereich von 0,4 bis 1,2 liegt.A sufficient orientation of the particle streams on the substrate, so that the homogenizing effect on the substrate or at least in its immediate vicinity and not on the adjacent tube cathode depends essentially on the distance of the Tube cathodes to each other and to the substrate from. That's how it turned out that in the transmission of the deposited metal oxide layer the best results are achieved when the ratio between the distance tube cathodes - substrate to the distance tube cathode - tube cathode is in a range of 0.4 to 1.2.
Da im Verlauf des Substrattransports jeder der senkrecht zur Substrattransportrichtung liegende Substratstreifen unter beiden Rohrkathoden hindurch bewegt wird, sind die das Substrat streifenweise überdeckenden Blenden nur eingangs und ausgangs der Beschichtungskammer angeordnet. Auf diese Weise wird vermieden, dass Streudampf unter die eingangsseitige Blende gelangt und sich dort als absorbierende Schicht auf dem Substrat niederschlägt, bevor durch den Weitertransport des Substrats darüber die Metalloxid-Schicht abgeschieden wird und unter der ausgangsseitigen Blende sich eine weitere parasitäte absorbierende Schicht bildet.There in the course of substrate transport, each of the perpendicular to the Substrattransportrichtung lying substrate strip moves under both tube cathodes therethrough is, are the substrate stripwise covering Apertures arranged only at the entrance and exit of the coating chamber. In this way it is avoided that scattered steam under the input side panel passes and there as an absorbing layer on the substrate precipitates before by the further transport of the substrate above the metal oxide layer is deposited and under the output side diaphragm is another parasitic forms absorbent layer.
Da sich bei bewegten Substraten die Rohrkathoden mit ihren Magnetsystemen zur Erzielung einer über die Substratbreite homogenen Schicht über die gesamte Substratbreite erstrecken, sind am seitlichen Rand der Substrate keine Blenden zur Abschirmung der Bereiche mit Abscheideraten unterhalb einer vordefinierten Größe erforderlich.There in moving substrates, the tube cathodes with their magnetic systems to obtain a homogeneous over the substrate width layer over the extend entire substrate width are at the lateral edge of the substrates no screens to shield the areas with deposition rates below a predefined size required.
Blenden zum Schutz der Kammerwandung und der Einbauten der Beschichtungskammer können jedoch notwendig sein, sind dann aber mit solch einem Abstand zum Substrat anzuordnen, dass der Zutritt von Plasma und Targetmaterial in diesem Randbereich nicht relevant behindert oder vergleichbar den ein- und ausgangsseitigen Blenden verhindert wird. In einer Ausgestaltung werden die Blenden zur Abschirmung der Kammerbauteile mit den Blenden zur Abschirmung der Substratränder kombiniert, indem jeweils ein Schenkel der Blenden so lang ist und derart montiert ist, dass er die Kammerwandung in dem am meisten durch Targetmaterial belasteten Bereich unterhalb der Rohrkathoden bedeckt.dazzle to protect the chamber wall and the internals of the coating chamber but may be necessary, but then with such a Distance to the substrate to arrange that the access of plasma and Target material in this edge area is not hindered or relevant comparable to the input and output side apertures is prevented. In one embodiment, the panels are used to shield the chamber components combined with the shields to shield the substrate edges by one leg of the panels is so long and so mounted is that he has the chamber wall in the most by target material covered area under the tube cathodes covered.
Der Zutritt von Targetmaterial in Zwischenräume hängt bei dem für das Sputtern erforderlichen Hochvakuumbedingungen hauptsächlich von den Materialeigenschaften ab. So wird z. B. Zink am eingelassenen Argon-Prozessgas stark gestreut und breitet sich infolge dessen verstärkt als Streudampf in der gesamten Beschichtungskammer aus. Hinzu tritt, dass z. B. Zink einen geringen Haftungskoeffizienten (Sticking Coefficient) hat, so dass die Verteilung des Streudampfes durch Haftung an Bauteilen der Beschichtungskammer nur bedingt vermindert wird. So haben auch weitere atomare Effekte Einfluss auf die Ausbreitung von Streudampf. Folglich ist der Abstand der das Substrat überdeckenden Blenden auf die verwendeten Targetmaterialien abzustimmen. Hier erweist es sich von Vorteil, wenn der Blendenabstand zum Substrat und damit zu der Ebene, in welcher das Substrat durch die Beschichtungskammer bewegt wird, einstellbar ist.Of the Access of target material in gaps depends at the high vacuum conditions required for sputtering mainly from the material properties. So will z. For example, zinc is strongly scattered and diffused in the argon process gas As a result, reinforced as scattering steam throughout Coating chamber off. In addition occurs that z. As zinc a small Sticking coefficient (sticking coefficient) has, so the distribution the scattering vapor by adhesion to components of the coating chamber is reduced only conditionally. So also have more atomic effects Influence on the spread of scattered steam. Consequently, the distance is the covering the substrate on the used Match target materials. Here it proves to be an advantage when the aperture distance to the substrate and thus to the plane, in which the substrate is moved through the coating chamber, is adjustable.
Die Drehung der Magnetsysteme sollte in dem Maße erfolgen, dass die hauptsächliche Ausbreitungsrichtung von Targetmaterial und Plasma stets zum Substrat verläuft und über der freien Substratoberfläche die Verteilungscharakteristiken von zergestäubtem Targetmaterial und der Plasmadichte mit der erforderlichen Homogenität vorliegt. In Abhängigkeit vom Abstand der Rohrkathoden zueinander und deren Abstand zum Substrat kann dieser Winkel im Bereich bis ungefähr 45° und damit deutlich unterhalb 90° liegen, wobei wegen der sich räumlich ausbreitenden Targetmaterial und Plasmawolke die Genauigkeit der Winkeleinstellung bis auf einige wenige Grad ausreichend ist.The Rotation of the magnet systems should be done to the extent that the main propagation direction of target material and plasma always runs to the substrate and over the free substrate surface the distribution characteristics of atomized target material and plasma density the required homogeneity is present. Dependent on from the distance between the tube cathodes to each other and their distance from the substrate This angle can range up to about 45 ° and so that they are well below 90 °, because of the spatially spreading target material and plasma cloud the Accuracy of the angle adjustment to a few degrees sufficient is.
Nicht zu vermeidende Inhomogenitäten eingangs und ausgangs der Kammer führen wie oben beschrieben jedoch nicht zu einer Modifikation der Schichtzusammensetzung sondern nur zu verminderten Schichtdicken, die durch den Transport des Substrats durch die Kammer und damit senkrecht zu diesen Dickenschwankungen ausgeglichen werden. Diese Einstellung der Plasmahomogenität ist durch eine solche Drehung der Magnetsysteme in Richtung des jeweils anderen, d. h. in Richtung Kammermitte möglich, mit der der von der Kammermitte aus betrachtet äußere Racetrack-Abschnitt zumindest bis in die Normale gedreht wird, welche von der Längsachse des Rohrkathoden auf die Substratebene fällt. Bei den im Querschnitt betrachtet dreipolig erscheinenden Magnetsystemen erweist sich eine Drehung von 20° als günstig. Als Normale wird allgemein die Gerade bezeichnet, die in einem vorgegebenen Punkt einer ebenen Kurve (Kurvennormale) oder einer Fläche (Flächennormale) senkrecht zur Tangente beziehungsweise zur Tangentialebene in dem Punkt steht.Not inhomogeneities to be avoided at the beginning and at the end of the Chamber lead as described above but not to a Modification of the coating composition but only reduced Layer thicknesses caused by the transport of the substrate through the chamber and thus be compensated perpendicular to these thickness variations. These Adjustment of plasma homogeneity is by such Rotation of the magnet systems in the direction of each other, d. H. towards the center of the chamber possible, with that of the chamber center From the outside racetrack section at least is rotated to the normal, which of the longitudinal axis of the tube cathodes falls on the substrate plane. At the Cross section considered three-pole magnetic systems proves a turn of 20 ° as favorable. As normal is generally called the straight line, in a given Point of a plane curve (curve normal) or a surface (Surface normal) perpendicular to the tangent or to the tangent plane in the point.
Die oben beschriebene Wirkung wird in einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch dadurch erzielt, dass die den Rohrkathoden zugewandte Substratober fläche nicht nur über dessen Breite sondern auch über die gesamte Länge, in Substrattransportrichtung betrachtet, frei von beschattenden Blenden ist, so dass die gesamte, in der Beschichtungskammer den Rohrkathoden zugewandte Substratoberfläche beschichtet wird. Damit sind hier vergleichbare Verhältnisse hergestellt, wie oben zu den dicht über dem Substrat angeordneten Blenden beschrieben. Die gesamte mit Targetmaterial gerichtet oder gestreut beaufschlagte Substratoberfläche ist gewissermaßen von den Plasmaquellen, d. h. auch den Racetracks, aus sichtbar.The effect described above is also achieved in an alternative embodiment of the method according to the invention in that the tube cathode facing substrate surface not only across the width but also over the entire length, viewed in the substrate transport direction, free of shading panels, so that the entire, in the coating chamber the tube cathode facing substrate surface is coated. This produces comparable conditions here, as described above for the closely above the substrate arranged aperture. The entire surface of the substrate directed or scattered with target material is to a certain extent visible from the plasma sources, ie also the racetracks.
Soweit Blenden zum Schutz der Kammerwandung und Kammereinbauten notwendig sind, sollten diese auch hier wiederum derart gestaltet und montiert sein, dass sie das Substrat nicht beschatten. Dies erfolgt in einer Ausgestaltung der Beschichtungskammer, in der kommaförmige Blenden eingesetzt werden, die zur Kammerwandung hin geöffnet sind, so dass diese keine beschattenden Vorsprünge bilden und das Substrat in der gesamten Fläche beschichtet werden kann. Je nach Gestalt der Kammerwandung, Einbauten oder möglichen Öffnungen in der Wandung können die kommaförmigen Blenden direkt an der Kammerwandung oder mit einem Abstand dazu montiert sein. Z. B. gestatten es derart geformte Blenden, dass die Blende in Öffnungen der Kammerwandung ragen kann.So far Apertures to protect the chamber wall and chamber fittings necessary Once again, they should be designed and assembled in this way be that they do not shade the substrate. This is done in one Design of the coating chamber, in the comma-shaped Apertures are used, which are open to the chamber wall, so that these do not form shadowing projections and the substrate can be coated in the entire area can. Depending on the shape of the chamber wall, installations or possible openings in the wall, the comma-shaped panels can directly be mounted on the chamber wall or at a distance therefrom. For example, apertures shaped in this way allow the aperture to be apertured the chamber wall can protrude.
Auch in dieser zweiten, alternativen Lösung der Aufgabenstellung ist eine Drehung der Magnetsysteme zueinander hin möglich, aber nicht erforderlich, da Plasma- und Targetmaterialausbreitung gleichermaßen durch die Kammerwandung der Beschichtungskammer begrenzt wird. Folglich ist hier auch eine senkrechte Ausrichtung der Magnetsysteme möglich, d. h. ein Winkel von 0° zwischen der Normalen des mittig angeordneten Magnetpols und der Normalen des Substrats an dem der Längsachse des Rohrkathoden gegenüber liegenden Punkt. In dieser Lage liegen die parallelen Abschnitte des Racetracks einer Rohrkathode in einer Ebene, die parallel zur Substratebene liegt. Eine Drehung hingegen kann z. B. zur gezielten Einstellung der flächigen Verteilung der Abscheideraten verwendet werden. Zum bevorzugten Drehwinkel wird auf die obi gen Darlegungen verwiesen.Also in this second, alternative solution to the task is a rotation of the magnet systems towards each other possible, but not required because of plasma and target material spread equally through the chamber wall of the coating chamber is limited. Consequently, here is also a vertical orientation the magnet systems possible, d. H. an angle of 0 ° between the normal of the center magnetic pole and the normal of the substrate opposite to the longitudinal axis of the tube cathodes lying point. In this position are the parallel sections of the racetrack of a tube cathode in a plane parallel to the Substrate level is. A turn, however, can z. B. for targeted Adjustment of the area distribution of the deposition rates be used. The preferred angle of rotation is on the obi gene References.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigtThe Invention will be described below with reference to an embodiment be explained in more detail. In the associated Drawing shows
In
Die
Rohrkathoden
Im
Inneren der Rohrkathoden
Beide
Magnetsysteme
Um
den Schnittpunkt der beiden Normalen
Durch
den Einsatz zweier Rohrkathoden
Das
Substrat
Aufgrund
der im Ausführungsbeispiel dargestellten ebenen Substrate
Während
der Beschichtung wird ein Plasma dort gezündet, wo die
Magnetfeldlinien parallel zur Targetoberfläche verlaufen,
folglich mittig zwischen zwei Magnetpolen
- 11
- Rohrkathodetube cathode
- 22
- Trägerrohrsupport tube
- 33
- Längsachselongitudinal axis
- 44
- Targetmaterialtarget material
- 55
- Substratsubstratum
- 66
- SubstrattransportrichtungSubstrate transport direction
- 77
- Transportvorrichtungtransport device
- 99
- Magnetsystemmagnet system
- 1010
- Magnetpolmagnetic pole
- 1212
- Normale des mittleren Magnetpolsnormal of the middle magnetic pole
- 1414
- Normale des Substrats, Normale der Substratebenenormal of the substrate, normal of the substrate plane
- 1616
- Substratebenesubstrate plane
- 2020
- Kammerwandungchamber wall
- 2222
- Durchgangpassage
- 2424
- Blendecover
- 2626
- RacetrackRacetrack
- φφ
- Winkelangle
- AA
- Abstand Blende – Substratdistance Aperture - Substrate
- DD
- Abstand der Längsachsen der Rohrkathoden zueinanderdistance the longitudinal axes of the tube cathodes to each other
- HH
- Abstand der Längsachsen der Rohrkathoden zur Substrat-ebenedistance the longitudinal axes of the tube cathodes to the substrate level
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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