DE102009060864B4

DE102009060864B4 - Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen in kontinuierlich arbeitenden Vakuumbeschichtungsanlagen

Info

Publication number: DE102009060864B4
Application number: DE102009060864.8A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kammer; Ingolf Fuchs; Georg Laimer; Carsten Deus
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: DE102009060864A1

Abstract

Vorrichtung zum Elektronenstrahlbedampfen, bei der in kontinuierlich arbeitenden Vakuumbeschichtungsanlagen ein zu beschichtendes bandförmiges Substrat in einer Längsrichtung über einen Tiegel zur Aufnahme des Materials als Target, aus dem auf der dem Tiegel zugewandten Seite des Substrates eine Schicht aufgebracht werden soll, führbar ist, wobei der Tiegel quer zur Längsrichtung hin und her bewegbar ist und zwischen dem Tiegel und der zu beschichtenden Seite des Substrats eine Blendenanordnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenanordnung eine einstellbar formveränderliche Anordnung aus Abschirmblenden zwischen dem Substrat und dem Tiegel umfasst, die derart ausgebildet ist, dass die Größe der dem Dampf ausgesetzten Beschichtungszone (11) synchron zu einer Veränderung der Dampfwolke (7) veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bei der in kontinuierlich arbeitenden Vakuumbeschichtungsanlagen ein zu beschichtendes bandförmiges Substrat, in einer Längsrichtung über einen Tiegel zur Aufnahme des Materials als Target, aus dem auf der dem Tiegel zugewandten Seite des Substrates eine Schicht aufgebracht werden soll, führbar ist, wobei der Tiegel quer zur Längsrichtung hin und her bewegbar ist.
In solch kontinuierlich arbeitenden Vakuumbeschichtungsanlagen wird ein bandförmiges Material als endloses Band, das beschichtet werden soll und mithin ein Substrat darstellt, in Längsrichtung über einen Tiegel geführt, in dem sich als Target das Material, aus dem eine Schicht aufgebracht werden soll, befindet. Unter dem Begriff eines endlosen Bandes soll hier keine Endlosschleife verstanden werden. Vielmehr wird damit ausgedrückt, dass ein bandförmiges Material, welches zwar im Verhältnis zur Breite eine wesentlich größere aber dennoch endliche Länge aufweist, unter Bewegung über die gesamte Länge bearbeitet wird. Damit soll sich das Substrat von Stückgut oder begrenzten Substratabschnitten unterscheiden.
Dieses Material wird mittels einer oder mehrerer Elektronenstrahlerzeuger im Hochvakuum verdampft. Zu diesem Zwecke wird ein Elektronenstrahl auf die Oberfläche des Targets gerichtet, an dessen Auftreffstelle eine solche Wärme erzeugt wird, dass das Target verdampft und eine Dampfwolke entsteht, die zu dem Substrat gelangt, auf dessen Oberfläche sich das Material des Targets als Schicht abscheidet.
Würde nun das Target nur in örtlich begrenzten Auftreffpunkten verdampfen, wäre insbesondere bei Materialien, die um den Verdampfungspunkt keinen Schmelzsee ausbilden, alsbald ein Loch in das Target gebrannt und dieses unbrauchbar, bevor der überwiegende Teil verdampft werden konnte. Aus diesem Grunde ist es üblich, das Target unter dem Elektronenstrahl oder den Elektronenstrahl über das Target zu bewegen, um die Verdampfungspunkte über die Tiegelfläche zu verteilen und damit die Targetausnutzung erheblich zu verbessern. Es ist auch üblich, sowohl Bewegungen des Elektronenstrahls als auch Bewegungen des Targets gleichzeitig auszuführen, wie dies zum Beispiel in der DE 44 44 538 C2 beschrieben wird. Damit wird zwar der Vorteil einer verbesserten Targetausnutzung erreicht, jedoch hat es sich gezeigt, dass die Dampfwolke sich entsprechend der Tiegelbewegung verformt, was dazu führt, dass Ungleichmäßigkeiten der Schichtdicke auf dem Substrat zunehmen. Dies kann für bestimmte Beschichtungen einen erheblichen Qualitätsmangel darstellen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die Schichthomogenität bei einer Beschichtung eines bewegten Substrates mittels Elektronenstrahlverdampfung unter Einsatz eines bewegten Tiegels zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei die Ansprüche 2 bis 9 Merkmale besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung wiedergeben.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Darin zeigt
1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit unbewegtem Tiegel nach dem Stand der Technik quer zur Längsrichtung des Substrates,
2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit unbewegtem Tiegel nach dem Stand der Technik längs zur Längsrichtung des Substrates,
3 eine Draufsicht auf die Substratseite einer Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit unbewegtem Tiegel nach dem Stand der Technik,
4 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit nach links bewegtem Tiegel nach dem Stand der Technik quer zur Längsrichtung des Substrates,
5 eine Draufsicht auf die Substratseite einer Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit nach links bewegtem Tiegel nach dem Stand der Technik,
6 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit nach rechts bewegtem Tiegel nach dem Stand der Technik quer zur Längsrichtung des Substrates,
7 eine Draufsicht auf die Substratseite einer Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit nach rechts bewegtem Tiegel nach dem Stand der Technik,
8 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit bewegtem Tiegel quer zur Längsrichtung des Substrates,
9 eine Draufsicht auf die Ebene IX-IX in 8 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen mit bewegtem Tiegel,
10 eine Draufsicht auf die Ebene IX-IX in 8 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen bei nach links bewegtem Tiegel und
11 eine Draufsicht auf die Ebene IX-IX in 8 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Elektronenstrahlverdampfen bei nach rechts bewegtem Tiegel.
Wie in den 1 bis 3 dargestellt, wird in kontinuierlich arbeitenden Vakuumbeschichtungsanlagen ein zu beschichtendes bandförmiges Substrat 1 in Längsrichtung 2 über einen Tiegel 3 geführt. In dem Tiegel 3 befindet sich als Target 4 das Material, aus dem auf der dem Tiegel 3 zugewandten Seite des Substrates 1 eine Schicht aufgebracht werden soll. Ein solches Material kann beispielsweise SiO₂ darstellen.
Dieses Material wird in einer nicht näher dargestellten Vakuumkammer, die die hier dargestellte Anordnung umgibt, im Hochvakuum verdampft. Zu diesem Zwecke wird mittels einer oder mehrerer Elektronenstrahlerzeuger 5 ein Elektronenstrahl 6 generiert und auf die Oberfläche des Targets 4 gerichtet. An der Auftreffstelle des Elektronenstrahles 6 wird eine solche Wärme erzeugt, dass das Target 4 verdampft und eine Dampfwolke 7 entsteht. Diese Dampfwolke 7 transportiert verdampftes Material zu dem Substrat 1, auf dessen Oberfläche sich das Material des Targets 4 als Schicht abscheidet.
Wie in den 1 bis 3 dargestellt, würde das Material des Targets 4 bei einer statischen Anordnung von Elektronenstrahl und Tiegel nur in örtlich begrenzten Auftreffpunkten verdampfen. Es wäre alsbald ein Loch in das Target 4 gebrannt und dieses unbrauchbar, bevor der überwiegende Teil des Targets 4 verdampft werden konnte. Aus diesem Grunde ist es üblich, das Target 4 unter dem Elektronenstrahl 6 zu bewegen, um so im Zeitverlauf eine größere Fläche des Targets 4 abzurastern. Damit wird die Targetausnutzung erheblich verbessert. 4 bis 7 zeigt eine Lösung mit bewegtem Tiegel 3 und stellt zugleich auch die Problematik dar. Einerseits wird der Vorteil einer verbesserten Targetausnutzung erreicht, da der aufgrund der Tiegelbewegung ein erheblich größerer Bereich der Targetoberfläche abgerastert werden kann. Andererseits hat es sich gezeigt, dass die Dampfwolke 7 sich entsprechend der Tiegelbewegung verformt, wie dies beispielhaft in den 4 und 6 dargestellt ist. Bewegt sich der Tiegel 3 nach links, dann kann die Dampfwolke 7 ebenfalls nach links geneigt werden. Unter anderen Bedingungen ist jedoch auch eine Neigung der Dampfwolke 7 in die andere Richtung vorstellbar. Auf jeden Fall wird die Form und die Neigung der Dampfwolke 7 von der Bewegung des Tiegels 3 beeinflusst. Diese Beeinflussung führt dazu, dass die Homogenität der Schichtdicke auf dem Substrat 1 abnimmt. Dies kann bei bestimmten Beschichtungen einen erheblichen Qualitätsmangel darstellen.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Substrat 1 und dem Target 4 oder dem Tiegel 3 eine Anordnung aus Abschirmblenden 8 vorgesehen, wie dies in 8 dargestellt ist. Diese Abschirmblenden können aus einem parallel zu dem Substrat 1 liegenden flachen Material, wie beispielsweise Blech, bestehen.
Die Anordnung aus Abschirmblenden 8 besteht aus einer in Längsrichtung hinter der in 2 dargestellten Beschichtungszone 11 liegenden ersten Abschirmblendengruppe 9 und einer in Längsrichtung vor der in 2 dargestellten Beschichtungszone 11 liegenden zweiten Abschirmblendengruppe 10.
Jede der Abschirmblendengruppen 9 und 10 weist mindestens zwei bewegliche Blendenteile 9.1 und 9.2 sowie 10.1 und 10.2 auf. Die beweglichen Blendenteile 9.1 und 9.2 sowie 10.1 und 10.2 sind dabei so angeordnet und werden so angesteuert, dass sie bei einer durch eine Bewegung des Tiegels 3 hervorgerufene Neigung der Dampfwolke 7 von dem Rand 12 des Substrates 1 nach außen, wie dies in 4 auf der linken Seite oder in 6 auf der rechten Seite dargestellt ist, eine größere Beschichtungszone 13 freigibt und dass sie umgekehrt bei einer durch eine Bewegung des Tiegels 3 hervorgerufenen Neigung der Dampfwolke 7 von dem Rand 12 des Substrates 1 in Richtung zur Substratmitte, wie dies in 4 auf der rechten Seite oder in 6 auf der linken Seite dargestellt ist, eine kleinere Beschichtungszone 14 freigibt. Durch eine mit der Bewegung des Tiegels 3 synchronisierte Ansteuerung der beweglichen Blendenteile 9.1 und 9.2 sowie 10.1 und 10.2 wird der negative Einfluss der Tiegelbewegung auf die Schichthomogenität zumindest teilweise eliminiert.
So wird durch die beweglichen Blendenteile 9.1 und 9.2 sowie 10.1 und 10.2 in 10 bei einer Tiegelbewegung nach links auf der linken Seite die größere Beschichtungszone 13 und auf der rechten Seite die kleinere Beschichtungszone 14 eingestellt. Bei einer Tiegelbewegung nach rechts, wie sie in 11 dargestellt ist, wird durch die beweglichen Blendenteile 9.1 und 9.2 sowie 10.1 und 10.2 auf der linken Seite die kleinere Beschichtungszone 14 und auf der rechten Seite die kleiner Beschichtungszone 13 eingestellt. Diese Einstellung geschieht unter der Annahme, dass die Neigung der Dampfwolke 7 der Richtung der Tiegelbewegung folgt. Ist die Neigung der Dampfwolke 7 aufgrund der Wahl anderer Prozessparameter entgegengesetzt, muss auch Vergrößerung und Verkleinerung der Beschichtungszonen umgekehrt erfolgen.
Wie in den 9 bis 11 dargestellt, können zweckmäßigerweise beide Abschirmblendengruppen 9 und 10 auch unbewegliche Blendenteile 9.3 und 10.3 aufweisen. Diese befinden sich vorzugsweise im Bereich der Mitte des Substrates 1, wo erfahrungsgemäß die Schichthomogenität weniger stark durch die Tiegelbewegung beeinflusst wird. Zweckmäßigerweise können an diese unbeweglichen Blendenteile 9.3 und 10.3 die beweglichen Blendenteile 9.1 und 9.2 sowie 10.1 und 10.2 drehbar angelenkt sein. Vorzugsweise sind sie als kreissegmentförmige Scheiben ausgebildet, die um eine senkrecht zum Substrat 1 liegende Achse schwenkbar sind.
Die für die Schwenkung der beweglichen Blendenteile 9.1 und 9.2 sowie 10.1 und 10.2 erforderlichen mechanischen Antriebe sind nicht näher dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Längsrichtung
3: Tiegel
4: Target
5: Elektronenstrahlerzeuger
6: Elektronenstrahl
7: Dampfwolke
8: Abschirmblende
9: erste Abschirmblendengruppe
9.1: bewegliches Blendenteil
9.2: bewegliches Blendenteil
9.3: unbewegliches Blendenteil
10: zweite Abschirmblendengruppe
10.1: bewegliches Blendenteil
10.2: bewegliches Blendenteil
10.3: unbewegliches Blendenteil
11: Beschichtungszone
12: Rand des Substrates
13: große Beschichtungszone
14: kleine Beschichtungszone

Claims

Vorrichtung zum Elektronenstrahlbedampfen, bei der in kontinuierlich arbeitenden Vakuumbeschichtungsanlagen ein zu beschichtendes bandförmiges Substrat in einer Längsrichtung über einen Tiegel zur Aufnahme des Materials als Target, aus dem auf der dem Tiegel zugewandten Seite des Substrates eine Schicht aufgebracht werden soll, führbar ist, wobei der Tiegel quer zur Längsrichtung hin und her bewegbar ist und zwischen dem Tiegel und der zu beschichtenden Seite des Substrats eine Blendenanordnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenanordnung eine einstellbar formveränderliche Anordnung aus Abschirmblenden zwischen dem Substrat und dem Tiegel umfasst, die derart ausgebildet ist, dass die Größe der dem Dampf ausgesetzten Beschichtungszone (11) synchron zu einer Veränderung der Dampfwolke (7) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmblenden aus einem parallel zu dem Substrat (1) liegenden flachen Material bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung aus Abschirmblenden (8) aus einer in Längsrichtung hinter einer Beschichtungszone (11) auf dem Substrat (1) liegenden ersten Abschirmblendengruppe (9) und einer in Längsrichtung vor der Beschichtungszone (11) liegenden zweiten Abschirmblendengruppe (10) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Abschirmblendengruppen (9; 10) mit mindestens zwei beweglichen Blendenteilen (9.1; 9.2; 10.1; 10.2) versehen ist, die so ansteuerbar ausgebildet sind, dass sie eine einer durch Neigung der Dampfwolke (7) infolge Bewegung des Tiegels (3) hervorgerufenen Veränderung der Beschichtung des Substrats (1) entgegenwirkende Einstellung der Beschichtungszone (11) bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Blendenteile (9.1; 9.2; 10.1; 10.2) mit der Bewegung des Tiegels (3) synchronisiert ansteuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmblendengruppen (9; 10) unbewegliche Blendenteile (9.3; 10.3) aufweisen, die vorzugsweise in einem Bereich über der Mitte des Substrates (1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Blendenteile (9.1; 9.2; 10.1; 10.2) drehbar an den unbeweglichen Blendenteilen (9.3; 10.3) angelenkt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Blendenteile (9.1; 9.2; 10.1; 10.2) als kreissegmentförmige Scheiben ausgebildet sind, die um eine senkrecht zum Substrat (1) liegenden Achse schwenkbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Blendenteile (9.1; 9.2; 10.1; 10.2) zur Schwenkung mit mechanischen Antrieben verbunden sind.