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Die
Erfindung betrifft allgemein ein Vakuumbedampfungsverfahren zur
Bedampfung großflächiger Substrate. Sie betrifft
insbesondere ein plasmagestütztes Vakuumbedampfungsverfahren,
in welchem der Vorteil der hohen Beschichtungsrate von Bedampfungsprozessen
mit der Erzielung günstiger und gut einstellbarer Schichteigenschaften
verknüpft wird, welche aus der Ionisierung des dampfförmigen
Beschichtungsmaterials und dessen Anregung und daraus folgend aus
der Wechselwirkung der ionisierten und angeregten Teilchen mit der
aufwachsenden Schicht resultieren.
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Die
Vakuumbedampfung gestattet die großflächige Abscheidung
im kontinuierlichen Prozess. In diesem Verfahren wird die zu verdampfende
Substanz, das Verdampfungsgut, in einem geeigneten, offenen Behälter,
allgemein als Tiegel bezeichnet, im Vakuum durch Energiezufuhr,
z. B. durch einen Elektronenstrahl mit hoher Leistungsdichte oder
durch ohmsche Heizung, auf eine hinreichend hohe Temperatur erwärmt,
so dass das thermisch freigesetzte Material als Schicht auf einem
Substrat kondensiert, welches über dem Verdampfungsgut
angeordnet ist oder sich kontinuierlich darüber hinweg
bewegt.
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Für
die Beschichtung großflächiger Substrate, insbesondere
im bis zu einige Tage dauernden kontinuierlichen Betrieb, sind verschiedene
Methoden bekannt, um dem Prozess über einen langen Zeitraum
gleichmäßig und mit der erforderlichen homogenen
Verteilung dampfförmiges Beschichtungsmaterial zur Verfügung
zu stellen. So werden verschiedene Systeme von Dampfquellen eingesetzt, bei
denen durch die miteinander kombinierten Dampfquellen und/oder durch
eine geeignete Bevorratung und Verdampfungsgutzuführung
erreicht wird, dass der Verdampfungsprozess lange und ratestabil aufrecht
erhalten werden kann. Dabei ist von besonderer Wichtigkeit, dass
die Bedampfungsgeometrie über die Produktionszyklen nahezu
konstant bleibt. Als Dampfquelle wird allgemein der Teil des Verdampfungsguts
bezeichnet, von dem sich infolge der Energiezufuhr dampfförmiges
Beschichtungsmaterial ausbreitet. Die Dampfquellen können
je nach Art und Menge der Energiezufuhr sowie in Abhängigkeit vom
Material des Verdampfungsguts klein- oder großflächig
sein und verschiedene geometrische Gestalt haben.
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Zur
Erzielung von Verdampfungsraten, die über lange Zeiten
hinweg konstant bleiben, ist es bekannt, das Verdampfungsgut während
des Verdampfungsprozesses in einer Richtung oder in mehreren Richtungen
zu bewegen. Gleichzeitig erfolgt eine periodische Auslenkung eines
Elektronenstrahles zur Erzeugung einer flächigen Dampfquelle
auf der Oberfläche des Verdampfungsguts. Die Gestalt, welche
durch den abgelenkten Elektronenstrahl auf der Oberfläche
des Verdampfungsguts erzeugt wird, ist allgemein als Elektronenstrahlfigur
bezeichnet. Über das Design der Elektronenstrahlfigur kann
erreicht werden, dass das Verdampfungsgut möglichst gleichmäßig
ausgenutzt wird.
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In
der
EP 0 887 435 B1 ist
beschrieben, wie mittels eines stabförmigen Verdampfungsguts,
welches durch einen kontinuierlichen Vorschub des Stabes dem Tiegel
zugeführt und mittels einer radialen Elektronenstrahlfigur
gleichmäßig abgetragen wird.
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In
der
DE 10 2007
008 674 A1 hingegen wird Verdampfungsgut in einem oder
mehreren Tiegeln in ausreichender Menge bevorratet. Die Vakuumbedampfung
erfolgt mittels drehbarer Tiegel und mittels einer Elektronenstrahleinrichtung
die auf der Oberfläche jedes Tiegels eine linienförmige
Dampfquelle erzeugt, welche superpositionierende Dampfwolken entstehen
lassen für eine homogene und kontinuierliche Bedampfung.
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Jedoch
führt die plasmagestützte Vakuumbedampfung bei
groß flächiger Substratbeschichtung nicht zu den
erforderlichen Schichteigenschaften in der gewünschten
Homogenität. Dies betrifft insbesondere die Bedampfung
mit refraktären Metallen, d. h. Metallen, die hinsichtlich
der thermischen und mechanischen Beständigkeit hohen Anforderungen
genügen, häufig sublimierend sind und hohe Schmelztemperaturen
haben. So erweist es sich als problematisch, die Bedampfungsprozesse
mit der Langzeitstabilität zu führen, die für
großflächige oder bandförmige Substrate
erforderlich wäre. Z. B. wurden während der Beschichtung
schleichende Kontaminationserscheinungen des Verdampfungsguts, d.
h. des im Tiegel zum auch noch fest vorliegenden Materials, mit
parasitären Dämpfen beobachtet.
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Wird
der Prozess reaktiv geführt, sind das Dämpfe des
Reaktionsprodukts, die sich auf dem Verdampfungsgut ablagern und
zu stofflichen Verschiebungen und/oder Potenzialänderungen
im Plasmaraum führen. Darüber hinaus lagert sich
Beschichtungsmaterial auf den Elektrodenflächen und auf
den begrenzenden Wänden der Beschichtungskammer ab, was
zu verschiedenen Störungen im Beschichtungsprozess bis
zu Prozessabbrüchen z. B. infolge erlöschenden
Plasmas führen kann. Zu Prozessstörungen führen
insbesondere die dielektrische Beschichtung der Elektroden, Störungen
und Verunreinigungen des Verdampfungsguts durch flüssiges oder festes
Beschichtungsmaterial, das sich von der Elektrode löst,
oder das Entstehen von Kurzschlüssen zwischen Anode und
Kathode der Elektrodenanordnung. Die Prozessstörungen äußern
sich in Änderungen der Verdampfungsrate sowie in Verschiebungen
der Plasmaparameter, die die Schichteigenschaften beeinflussen.
Im ungünstigsten Fall lösen sich parasitäre,
z. B. von kondensiertem Streudampf verursachte Schichten von der
Anode, wodurch Kurzschlüsse zwischen der Anode und einem
als Kathode geschalteten Tiegel entstehen und den Plasmaprozess
zum Erliegen bringen können.
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Es
gibt die unterschiedlichsten Bemühungen, derartige Prozessstörungen
zu vermeiden und ein stabiles, homogenes und energiereiches Plasma zu
erzeugen. Z. B. wird in der
WO 98/58095 A1 ein Verfahren zur plasmaaktivierten
Elektronenstrahlverdampfung, bei der zur Vermeidung von Ablagerungen
auf einer Elektrode im Prozessraum diese Elektrode stabförmig
ausgeführt wird und direkt oder über Sekundäreffekte
auf eine solche Temperatur erwärmt wird, dass Ablagerungen
vermieden oder sofort wieder verdampft werden. Um hier den Prozess
selbst als Wärmequelle nutzen zu können ist es
jedoch erforderlich, mehrere stabförmige Elektroden zu
verwenden und diese in einer Zone höher Dampfdichte anzuordnen,
was sich jedoch insbesondere auf langzeitstabile und großflächige
Bedampfungen auswirkt. Um mit der Erwärmung der Elektrode
verbundene Verdampfungsverluste auszugleichen, werden die stabförmigen
Elektroden erforderlichenfalls nachgeführt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur plasmagestützten Vakuumbedampfung anzugeben, mit denen ein
effektiver, langzeitstabiler Prozess realisierbar ist, mit dem insbesondere
für großflächige Substrate auch über
lange Zeiträume Beschichtungen mit homogenen Schichteigenschaften
herstellbar sind.
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In
der nachfolgenden Beschreibung wird unterschieden zwischen der Gesamtfläche
einer Elektrode als konstruktive Baugruppe zur Plasmaerzeugung und
der aktiven Elektrodenfläche, womit jener Teil der Gesamtfläche
der Elektrode bezeichnet ist, der real stromtragend und damit aktuell
an der Plasmaerzeugung beteiligt ist. Die aktive Elektrodenfläche
wird im Wesentlichen durch ihre Lage zur Kathode definiert.
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Zur
Lösung des Problems wird während der Beschichtung
fortgesetzt Elektrodenfläche in den Bereich der aktiven
Elektrodenfläche zu- und gleichermaßen abgeführt
und zwar durch eine geeignete Gestaltung und Bewegung der betreffenden
Elektrode. Dies erfolgt jedoch in solch einer Weise, dass sich die Potenzialverhältnisse
im Prozessraum nicht verschieben.
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Die
fortgesetzte Zu- und Abfuhr von Elektrodenfläche erneuert
ständig die aktive Elektrodenfläche, indem mögliche
Beschichtungen dieser Fläche aus dem Prozessraum entfernt
werden und damit zum einen die Verunreinigung des Verdampfungsgutes
durch abfallendes oder abtropfendes Beschichtungsmaterial und zum
anderen die Änderung der elektrischen Eigenschaften der
Elektrodenanordnung durch sich ändernde elektrische Eigenschaften der
Elektroden verhindert werden. Durch die fortgesetzte Zufuhr neuer
Elektrodenfläche, die frei ist von Beschichtungen, die
die oben beschriebenen Probleme verursachen, verschiebt sich diese
Fläche strukturell betrachtet fortlaufend, die aktive Elektrodenfläche
ist aber stationär in Bezug auf den umgebenden Raum. Die
aktive Elektrodenfläche bleibt im Prozessraum und relativ
zur Gegenelektrode örtlich unverändert.
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Als
Prozessraum wird allgemein der Raum der ungehinderten räumlichen
Dampfausbreitung verstanden, die bekanntermaßen einer Kosinus-Verteilung
folgt. Im Idealfall wäre das der Halbraum über der
Oberfläche der Dampfquelle, z. B. über dem Tiegel.
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In
verschiedenen Ausgestaltungen einer Vakuumbedampfungsvorrichtung
und in Abhängigkeit von den dielektrischen Eigenschaften
des Beschichtungsmaterials kann die Elektrodenanordnung verschieden
gestaltet sein. So können sowohl Anode als auch Kathode
im Prozessraum, d. h. Ausbreitungsraum des dampfförmigen
Beschichtungsmaterials angeordnet sein, so dass die beschriebene
Erneuerung der aktiven Elektrodenfläche eine oder beide Elektroden
betreffen kann. In Spezialfällen ist der Tiegel mit dem
elektrisch leitfähigen Verdampfungsgut selbst eine der
Plasmaerzeugung dienende Elektrode. In diesem Fall betrifft die
Erneuerung der aktiven Elektrodenfläche nur die Gegenelektrode,
die im Prozessraum oberhalb des Tiegels angeordnet ist. Je nach
Ausgestaltung der Elektrodenanordnung kann das eine Anode oder eine
Kathode sein.
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Die
fortgesetzte Zufuhr neuer Elektrodenfläche erfordert die
Verschiebbarkeit der Elektrodenfläche. Um dennoch die Potenzialverhältnisse
im Prozessraum unverändert zu lassen, werden die Gestalt und
der Bewegungsablauf der Elektrodenfläche so realisiert,
dass anhaltend eine konstant große Fläche als
aktive Elektrodenfläche bereitgestellt wird. Diese bleibt
darüber hinaus in ihrer Lage relativ zum Verdampfungsgut
unverändert. Diese Modifizierung des Beschichtungsverfahrens
kann unabhängig von einer Reihe von Ausgestaltungen des
Verfahrens selbst, z. B. verschiedener Prozessparameter oder der
Einordnung in einer Inline-Beschichtungsanlage mit weiteren Bearbeitungsschritten
erfolgen. Sie ist ebenso sowohl für rekatives als auch
für nichtreaktives Beschichten einsetzbar.
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Die
fortgesetzte Zufuhr neuer Elektrodenfläche kann durch verschiedene
Ausführungsformen erfolgen. So kann die Elektrode ein Rohr
sein, das unmittelbar angrenzend an den Prozessraum, d. h. dem Raum,
in welchem sich das dampfförmige Beschichtungsmaterial
ausbreitet und das Plasma brennt, angeordnet ist, sich entlang des
gesamten Prozessraumes erstreckt und sich fortgesetzt um seine Achse dreht.
Alternativ ist ein Elektrodenband verwendbar, das um eine Walze
geführt wird, welche vergleichbar dem Elektrodenrohr angeordnet
ist. In diesen Fällen ist die Elektrodenfläche
der Mantel des Elektrodenrohres bzw. die Fläche des Bandes
und die aktive Elektrodenfläche ist jener Abschnitt davon,
auf den die Bogenentladung des brennenden Plasmas auftrifft. Durch
die Drehung des Rohres oder der Walze bleibt dieser Abschnitt stationär
zur Umgebung und damit zur Kathode und dennoch wird fortgesetzt
neue Elektrodenfläche zugeführt. In vergleichbarer
Weise sind auch andere Gestaltungen der Elektrodenfläche und
deren Bewegung, auch diskontinuierliche, realisierbar, um diesen
Effekt zu erzielen.
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Ergänzend
kann gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens
die Elektrodenfläche in einem Bereich außerhalb
des Prozessraumes gereinigt werden. Auf diese Weise kann die Elektrodenfläche
nach ihrer Reinigung immer wieder dem Prozess zugeführt werden
und es werden zyklische Bewegungsabläufe, wie z. B. dem
oben beschriebenen Drehen eines Elektrodenrohres möglich,
ohne Unterbrechung des Prozesses oder auch ohne Öffnung
der Vakuumkammer. Alternativ kann dem Prozess auch eine genügend
große Elektrodenfläche zur Verfügung
gestellt werden, die erst nach Abschluss eines Beschichtungszyklus
oder in großen Abständen erneuert wird. In ersterem
Fall wird zur Reinigung die zuvor aktive Elektrodenfläche
aus dem Prozessraum bewegt und dort mit geeigneten Mitteln oder
Verfahren gereinigt. Diese Reinigungsverfahren können entsprechend der
Prozessparameter und der Möglichkeiten in der Prozesskammer
z. B. mechanisch erfolgen. Diese haben den Vorteil, dass sie den
Beschichtungsprozess nicht beeinflussen. Aber auch andere Verfahren sind
möglich. In zweitem Fall sind beliebige Reinigungsverfahren
anwendbar, da sie außerhalb der Beschichtungsvorrichtung
erfolgen können.
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Neben
der aktiven Elektrodenfläche hat auch die Fläche
der von der Erneuerung nicht betroffenen Gegenelektrode einen Einfluss
auf die Konstanz der Potenzialverhältnisse im Prozessraum.
Aus diesem Grund wird entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens
auch die aktive Fläche der Gegenelektrode in Gestalt und
Lage im Prozessraum konstant gehalten. Dies betrifft insbesondere
die Ausgestaltung des Tiegels mit Verdampfungsgut als Gegenelektrode.
Denn hinsichtlich der Gestalt der Gegenelektrode ist dabei zu berücksichtigen,
dass sie z. B. durch eine Struktur auf der Oberfläche des
Verdampfungsguts wie ein Graben oder eine Böschung beeinflusst
wird. Allgemein besteht die Forderung, diese durch einen gleichmäßigen
Abtrag konstant zu halten. Die Lage der aktiven Gegenelektrodenfläche
wird z. B. durch den Abstand zwischen Kathode und Anode beeinflusst,
z. B. infolge eines kontinuierlich sinkenden Spiegels des Verdampfungsgutes
im Verlauf dessen Abtrags.
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Solchen Änderungen
in Gestalt und Lage kann begegnet werden, indem das Verdampfungsgut durch
eine Abschirmung soweit abgedeckt wird, dass nur die Bereiche frei
bleiben, von denen sich das dampfförmige Beschichtungsmaterial
in Richtung Substrat ausbreitet. Diese Abschirmung wird gefloatet
ausgeführt, d. h. das Potenzial der Abschirmung ist dem
lokalen Potenzial des im Prozessraum vorhandenen elektrischen Feldes
nachgeführt.
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Damit
wird Lage und Geometrie der Kathode insbesondere durch die Abschirmung
definiert und Bewegungen des Verdampfungsguts werden nicht potenzialverändernd
im Prozessraum gegenüber dem Substrat wirksam. Solche Bewegungen
können z. B. durch die sich translatorisch oder rotierend
bewegenden Tiegel oder auch durch kontinuierliches Nachfüttern
mittels eines sukzessiv nachgeführten Stabes oder Drahts
des Verdampfungsguts verursacht sein.
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Diese
Einschränkung der freien Oberfläche des Verdampfungsgutes
hat darüber hinaus den Effekt, dass Reaktionsprodukte des
Beschichtungsmaterials oder Verunreinigungen z. B. von einer im
Prozessraum angeordneten Elektrode vom Verdampfungsgut ferngehalten
werden.
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Die
Abschirmung wird als stationäre Blende über dem
Verdampfungsgut ausgebildet. Die Blende weist eine oder mehr Öffnungen
auf, entsprechend der geometrischen Gestalt der einen oder mehr
Verdampfungsquellen. Bei der Verwendung superpositionierender Dampfwolken
mehrerer Dampfquellen sind die Öffnungen in den Blenden
so zu optimieren, dass die Superpositionierung nicht oder nur unbeachtlich
beeinträchtigt wird. Die Optimierung betrifft sowohl die Öffnungsgröße
als auch den Blendenabstand von der Oberfläche des Verdampfungsguts. Durch
ein geeignetes Blendendesign können auch Vielquellensysteme,
Linienquellen oder Flächenquellen als Verdampfer eingesetzt
werden, mit denen unter Verwendung eines Elektronenstrahls als Energiequelle
zur Verdampfung des Verdampfungsguts eine gleichmäßige
Beschichtung erreicht wird.
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Alternativ
oder ergänzend können die Potenzialverhältnisse
im Prozessraum durch eine vergleichbare floatende Abschirmung vor
dem Substrat stabilisiert werden. Diese Substratabschirmung begrenzt
das Beschichtungsfenster, in welchem das dampfförmige Beschichtungsmaterial
auf das Substrat trifft und sich abscheidet.
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Die
zuvor beschriebenen stabilisierenden Maßnahmen werden durch
eine Prozessführung unterstützt, bei der die Positionen
der Dampfquellen im Prozessraum und damit relativ zur Elektrodenanordnung
sowie zum Substrat und gegebenenfalls zum Beschichtungsfenster unverändert
bleibt, unabhängig von der Art der kontinuierlichen Zufuhr
neuen Verdampfungsguts zur Dampfquelle. Dies wird bei Elektronenstrahlverdampfung
durch Elektronenstrahlfiguren realisiert, die auch bei bewegten
Tiegeln ortsunveränderlich bleiben. Erfolgt die Verdampfung
durch eine vollständige Verflüssigung des im Tiegel
vorgehaltenen Verdampfungsguts, ist die konstante Lage der Dampfquelle,
in diesem Fall des gesamten Tiegels bereits durch einen stationären,
gegebenenfalls im Abstand zum Substrat beweglichen Tiegel, bei dem
der sinkende Füllstand ausgleichbar ist, gewährleistet.
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Erfolgt
die Verdampfung des Beschichtungsmaterials mittels eines Elektronenstrahls,
kann in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die Elektronenstrahlverdampfung
auch mit einem so genannten SAD-Prozess (Spotless arc Activated
Deposition – SAD) kombiniert werden. Beim SAD-Prozess wird die
Elektronenstrahlverdampfung mit einer solchen Vakuumbogenentladung
kombiniert, bei der sich der kathodische Fußpunkt der Entladung
am heißesten Punkt des Verdampfungsguts befindet. Da die
Entladung dem heißesten Punkt auf dem Verdampfungsgut und
damit der Elektronenstrahlablenkung folgt, kann ohne hohen zusätzlichen
Aufwand eine plasmaaktivierte Großflächenbedampfung
realisiert werden. Die Bogenentladung brennt direkt im Dampf und benötigt
kein zusätzliches Trägergas. Die Kombination der
Elektronenstrahlverdampfung mit einem diffusen Bogen beim SAD-Prozess
ist insbesondere bei hochschmelzenden Materialien vorteilhaft, da
der sonst punktförmige, d. h. kleiner als einen Quadratmillimeter
große kathodische Auftreffbereich der Bogenentladung, auch
kathodischer Fußpunkt genannt, in einen diffusen Mode umschlägt,
so dass der Fußpunkt um ungefähr zwei Größenordnungen
größer wird und keine den Schichtaufbau störenden
Spritzer emittiert.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. In der zugehörigen
Zeichnung zeigt
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1 eine
schematische Darstellung einer Vakuumkammer zur Elektronenstrahlbedampfung
eines bandförmigen Substrats mit stabförmigem,
nachführbarem Verdampfungsgut,
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2 eine
schematische Darstellung einer Vakuumkammer zur Elektronenstrahlbedampfung flächiger
Substrate mit in zumindest einem drehbaren Tiegel angeordnetem sublimierendem
Verdampfungsgut und
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3 die
Darstellung einer Ausgestaltung einer Vakuumkammer nach 1 mit
einer begrenzten Menge von Verdampfungsgut im Tiegel.
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Die
Vorrichtung zur Vakuumbedampfung gemäß 1 umfasst
eine Vakuumkammer 2, die mit einem Vakuumerzeuger 4 verbunden
ist, um das für die Beschichtung mittels Verdampfung erforderliche Vakuum
herzustellen. Ein bandförmiges Substrat 1 wird
mittels eines Transportsystems 6 in einer Richtung, nachfolgend
als Substrattransportrichtung 7 bezeichnet, durch die Vakuumkammer 2 und
an einer Verdampfungseinheit 8 vorbei bewegt. Die Ebene,
in welcher das Substrat angeordnet ist, wird allgemein als Substratebene
bezeichnet.
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Die
Verdampfungseinheit 8 ist in der Vakuumkammer 2 unterhalb
der Substratebene angeordnet und umfasst einen Tiegel 16,
aus welchem das Verdampfungsgut 14 verdampft wird. Im Ausführungsbeispiel
ist das Verdampfungsgut ein hochschmelzendes Metall. Zur Verdampfung
wird das Verdampfungsgut 14 mittels Elektronenstrahl 12,
der mit einer Elektronenstrahleinrichtung 10 erzeugt wird,
erhitzt. Am Auftreffort des Elektronenstrahls 12 geht das
Verdampfungsgut 14 in den dampfförmigen Zustand über.
Gemäß 1 wird der Elektronenstrahl 12 derart
ausgelenkt, dass eine zentrale kreisförmige Dampfquelle 16 erzeugt
wird. Das von der Dampfquelle 16 aufsteigende dampfförmige
Beschichtungsmaterial breitet sich im Prozessraum oberhalb des Tiegels 9 in
einer Dampfwolke 18 zum Substrat 1 hin aus. Da
der eigentliche Bedampfungsprozess einschließlich der Plasmaaktivierung
an das dampfförmige Beschichtungsmaterial und damit an die
Dampfwolke 18 geknüpft ist, fallen Dampfwolke 18 und
Prozessraum zusammen.
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Lediglich
der Darstellung wegen wurde die Dampfwolke 18 auf einen
für die Beschichtungsrate relevanten Bereich begrenzt dargestellt
(gestrichelte Linie). Die tatsächlich oberhalb der Dampfquelle 16 erfolgende
räumliche Verteilung des Dampfes folgt wie oben beschrieben
einer Kosinusverteilung und somit im gesamten Halbraum oberhalb
der Dampfquelle 16.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Tiegel 9 eine
Halterung für einen stabförmigen Körper
des Verdampfungsguts 14, der mit einer geeigneten Vorrichtung
(nicht dargestellt) kontinuierlich in den Tiegel 9 hinein,
nach oben nachgeführt wird (durch einen Pfeil dargestellt),
um kontinuierlich Verdampfungsgut 14 zur Verfügung
zu stellen und dabei die Höhe der Dampfquelle 16 stationär
in Bezug auf die Umgebung zu halten.
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In
der Dampfwolke 18 wird mittels einer Elektrodenanordnung,
hier in Form eines Elektrodenpaares ein Plasma 20 erzeugt,
das mit einem diffusen Bogen und einem diffusen Brennpunkt auf dem
Verdampfungsgut 14 brennt. Das Elektrodenpaar wird durch
den Tiegel 9 mit dem elektrisch leitfähigen Verdampfungsgut 14 als
Kathode und einer zylinderförmigen, drehbaren Anodn 22 gebildet.
Die Anode 22 erstreckt sich im Ausführungsbeispiel
mit ihrer Achse senkrecht zur Zeichnungsebene. Ihre Lage und Größe
wird durch den Tiegel oder gegebenenfalls durch ein System von mehreren
Tiegeln bestimmt und kann variieren. Die aktive Elektrodenfläche 21,
hier die aktive Anodenfläche, wird nur durch einen Teilabschnitt der
Anode 22 gebildet, und zwar dem, auf welchen der diffuse
Bogen des Plasmas 20 trifft.
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Im
Verlauf einer Beschichtungsperiode wird die zylinderförmige
Anode 22 fortgesetzt gedreht (durch einen Pfeil dargestellt)
und somit die aktive Elektrodenfläche 21 fortgesetzt
erneuert. Auf der dem Prozessraum und der Dampfwolke 18 abgewandten
Seite der Anode 22 ist eine Reinigungsvorrichtung 24 angeordnet,
die mechanisch, z. B. mittels Bürsten die Anode 22,
die zuvor die aktive Elektrodenfläche 21 gebildet
hat, infolge der Drehbewegung der Anode 22 fortgesetzt
von parasitären Schichtabscheidungen reinigt.
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In
der Ausführungsform gemäß 1 wird der
Beschichtungsbereich durch elektrisch leitfähige Abschirmungen 26 begrenzt.
Diese sind floatend ausgeführt.
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Die
im Ausführungsbeispiel gemäß 1 dargestellte
Beschichtungsvorrichtung dient der reaktiven Beschichtung. Zu diesem
Zweck sind in der Nähe des Substrates 1, hier
zwischen der Abschirmung 26 und dem Substrat 2,
Gaseinlässe 28 für die Zuführung
von Reaktivgas, z. B. Sauerstoff oder Stickstoff, angeordnet. Das
in der Verdampfungseinheit 8 erzeugte und beim Durchgang
durch das Plasma 20 ionisierte und angeregte, dampfförmige
Beschichtungsmaterial reagiert mit dem über die Substratbreite
verteilten Reaktivgas, so dass sich auf dem Substrat 1 das
Reaktionsprodukt als Schicht ausbildet.
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Die
Beschichtungsvorrichtung gemäß 2 stellt
ebenfalls eine Beschichtung mittels Elektronenstrahlverdampfung
dar. Insoweit die Komponenten dieser Vorrichtung mit der in 1 funktionell
oder strukturell übereinstimmen, haben diese Komponenten übereinstimmende
Bezugszeichen.
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Die
Vorrichtung gemäß 2 unterscheidet sich
zunächst von der in 1, dass
eine Aufeinanderfolge von plattenförmigen Substraten 1 beschichtet
wird. Bezüglich des Aufbaus der Vakuumkammer und des Substrattransports
wird auf die obigen Darlegungen verwiesen.
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Die
Verdampfungseinheit in 2 umfasst zwei rotationssymmetrische
Tiegel 9 mit jeweils einer Bewegungseinrichtung, die quer
zur Substrattransportrichtung 7 nebeneinander angeordnet
sind und jeweils das feste, hier hochschmelzende Verdampfungsgut 14 aufnehmen.
Die Tiegel 9 sind in 2 in der
Betrachtungsrichtung hintereinander angeordnet, so dass nur einer
dargestellt ist. Sie sind um eine Rotationsachse rotierbar, welche
im Mittelpunkt des Tiegels 9 und senkrecht zum Substrat 1 steht.
Alternativ können auch andere Tiegelformen, Anordnungen von
Tiegeln und Tiegelbewegungen verwendet werden.
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Mittels
einer Elektronenstrahleinrichtung 10 wird ein Elektronenstrahl 12 auf
die Oberfläche des Verdampfungsguts 14 gerichtet
und dort radial ausgelenkt zur Erzeugung einer linearen Dampfquelle 16.
In Abhängigkeit vom Substrat 1 und vom verwendeten
Tiegelsystem sind auch andere Dampfquellen verwendbar.
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Die
gesamte Oberfläche des Verdampfungsguts 14 einschließlich
der Tiegel ist in jedem Tiegel mit Ausnahme der jeweiligen Dampfquelle 16 und
eines schmalen die Dampfquelle 16 umgebenden Bereichs durch
eine Abschirmung 26 abgedeckt. Die Anordnung der Dampfquellen 16 und
die Abschirmungskontur werden so gewählt, dass durch die
so entstehende Dampfwolke 18 eine homogene Schichtverteilung
quer zur Substrattransportrichtung 7 erzielt wird. Die
Abschirmung 26 ist wie oben beschrieben floatend ausgeführt.
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Das
Elektrodenpaar zur Erzeugung des mit einem diffusen Bogen brennenden
Plasmas 20 wird durch den Tiegel 9 mit dem elektrisch
leitfähigen Verdampfungsgut 14 als Kathode und
einer bandförmigen Anode 22 gebildet. Die bandförmige
Anode 22 wird von einer Spenderrolle 24 über
eine Walze 32 zu einer Aufnehmerrolle 28 geführt.
Im Verlauf einer Beschichtungsperiode wird die bandförmige
Anode 22 fortgesetzt über die Walze 26 transportiert
und somit die aktive Elektrodenfläche 21 fortgesetzt
erneuert. Die Transportrichtung der Anode 22 und die Drehrichtung
der Walze 26 sind in 1 durch
Pfeile gekennzeichnet.
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Das
in der Verdampfungseinheit 8 erzeugte und beim Durchgang
durch das Plasma 20 ionisierte und angeregte, dampfförmige
Beschichtungsmaterial schlägt sich als Schicht auf dem
Substrat 1 nieder.
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3 stellt
eine weitere Ausgestaltung der Beschichtungsvorrichtung gemäß 1 dar.
Sie unterscheidet sich von der in 1 zum einen
durch einen nach unten geschlossenen Tiegel 9 der Verdampfungseinheit 8,
der eine begrenzte Menge von Verdampfungsgut 14 aufnimmt,
in diesem Fall elektrisch nicht leitfähiges Material.
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Zum
anderen wird die Elektrodenanordnung durch eine zylinderförmige,
drehbare Anode 22 und eine plattenartige Kathode als Gegenelektrode 23 gebildet,
die beide im Prozessraum angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird lediglich die Anode 22 wie oben zu 1 beschrieben
fortgesetzt bewegt und dabei gereinigt. Die Kathode 23 ist stationär.
In alternativen Ausgestaltungen ist ergänzend auch die
Kathode 23 oder alternativ diese anstelle der Anode 22 mit
einer fortgesetzt erneuerten aktiven Elektrodenfläche 21 gestaltet,
wobei die oben beschriebenen Ausgestaltungen der Elektroden in analoger
Weise anwendbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substrat
- 2
- Vakuumkammer
- 4
- Vakuumerzeuger
- 6
- Transportsystem
- 7
- Substrattransportrichtung
- 8
- Verdampfungseinheit
- 9
- Tiegel
- 10
- Elektronenstrahleinrichtung
- 12
- Elektronenstrahl
- 14
- Verdampfungsgut
- 16
- Dampfquelle
- 18
- Dampfwolke
- 20
- Plasma
- 21
- aktive
Elektrodenfläche
- 22
- Elektrode,
Anode
- 23
- Gegenelektrode
- 24
- Reinigungsvorrichtung
- 26
- Abschirmung
- 28
- Gaseinlass
- 30
- Spenderrolle
- 32
- Walze
- 34
- Aufnehmerrolle
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0887435
B1 [0005]
- - DE 102007008674 A1 [0006]
- - WO 98/58095 A1 [0009]
