DE102011085888A1

DE102011085888A1 - Coating a substrate with a mixing layer or an alloy layer by magnetron sputtering, by depositing two tube magnetrons that are arranged next to each other in a coating chamber, whose outer surfaces comprise a sputterable target material

Info

Publication number: DE102011085888A1
Application number: DE201110085888
Authority: DE
Inventors: Dr. Dimer Martin; Hans-Christian Hecht
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-08

Abstract

The method comprises depositing, in a coating chamber, two tube magnetrons that are arranged next to each other, whose outer surfaces comprise a sputterable target material over which two atomization zones (10) running parallel to its rotational axis are formed by magnetic systems (9) of the tube magnetrons. The atomization zones are formed at the tube magnetrons lying adjacent to each other, where both the tube magnetrons are coated by the atomization zone of other tube magnetrons and a substrate (5) of the atomization zones of both the tube magnetrons. The method comprises depositing, in a coating chamber, two tube magnetrons that are arranged next to each other, whose outer surfaces comprise a sputterable target material over which two atomization zones (10) running parallel to its rotational axis are formed by magnetic systems (9) of the tube magnetrons. The atomization zones are formed at the tube magnetrons lying adjacent to each other, where both the tube magnetrons are coated by the atomization zone of other tube magnetrons and a substrate (5) of the atomization zones of both the tube magnetrons. The tube magnetrons are varied by a parameter such as magnetic system-rotation angle, rotation rate, magnetrons-substrate-distance, tube magnetrons-tube magnetrons-distance, performance, and direction of rotation. A reactive gas zone is formed by a reactive gas supply and is spaced apart form the atomization zones. A conductive transparent layer or a solar energy absorber layer is deposited on the substrate. Independent claims are included for: (1) a chamber for coating substrates with a mixing layer or an alloy layer by magnetron sputtering; and (2) a plant for coating substrates by reactive magnetron sputtering.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats mit einer Misch- oder Legierungs-Schicht mittels Magnetron-Sputtern, indem das Substrat in einer Beschichtungskammer an nebeneinander liegenden Rohrmagnetrons vorbeibewegt wird, deren Mantelflächen sputterbares Targetmaterial aufweisen. Die Rohrmagnetrons weisen in ihrem Innenraum jeweils ein sich über ihre Länge erstreckendes Magnetsystem auf. Die Schicht wird unter einer definierten Beschichtungsatmosphäre auf dem Substrat abgeschieden. The invention relates to a method for coating a substrate with a mixed or alloy layer by means of magnetron sputtering, by moving the substrate in a coating chamber on adjacent tubular magnetrons whose lateral surfaces have sputterable target material. The tubular magnetrons each have in their interior a magnet system extending over their length. The layer is deposited on the substrate under a defined coating atmosphere.

Die Erfindung betrifft ebenso eine Beschichtungskammer für eine Beschichtungsanlage zur Durchführung des Verfahrens. The invention also relates to a coating chamber for a coating installation for carrying out the method.

Beim Magnetronsputtern wird im Prozessgas zwischen dem zu beschichtenden Substrat und einem Target, z.B. einem Rohrtarget, welches als Kathode dient, ein Plasma gezündet, so dass unter Einwirkung eines tunnelförmigen Magnetfeldes Material von der Targetoberfläche abgetragen wird. Zur Erzeugung des Magnetfeldes ist in der Rohrtarget ein Magnetsystem mit nebeneinander liegenden Magneten örtlich wechselnder Polung angeordnet. 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. 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. In magnetron sputtering, in the process gas, between the substrate to be coated and a target, e.g. A plasma target is fired at a tube target which serves as a cathode, so that material is removed from the target surface under the influence of a tunnel-shaped magnetic field. To generate the magnetic field, a magnet system with juxtaposed magnets of locally alternating polarity is arranged in the tube target. Metals can be sputtered in the presence of oxygen and deposited as an oxide on the substrate. It is likewise possible to use and sputter oxides or other metal compounds as the target material. Provision of the reactive gas or its supplementation in the event of losses as a result of the generation of vacuum or the setting of a defined proportion of gas takes place either by targeted introduction into the coating chamber by means of a gas inlet system.

Rohrtargets sind zylinderförmig sowie um ihre Längsachse drehbar und zeichnen sich durch eine hohe Ausnutzungsrate des Targetmaterials und eine lange Targetstandzeit aus. Die Mantelflächen des Rohrtargets umfasst das sputterbare Targetmaterial. Tube targets are cylindrical and rotatable about their longitudinal axis and are characterized by a high rate of utilization of the target material and a long target life. The lateral surfaces of the tube target comprise the sputterable target material.

Im Innenraum beider Rohrtargets ist jeweils ein Magnetsystem angeordnet, welches sich über die gesamte Länge des Rohrtargets erstreckt und im Querschnitt betrachtet aus zumindest drei, nebeneinander angeordneten Magneten besteht. Rohrtargets mit Magnetronsystem werden als Rohrmagnetron bezeichnet. Infolge deren Magnetanordnung bildet sich ein ring- und tunnelförmiges Magnetfeld aus, in dessen Bereich die Zerstäubung erfolgt. Im Bereich dieser Zerstäubungszone 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 wird. Dieser wird auch als Racetrack bezeichnet. Er erstreckt sich parallel zur Längsachse des Rohrtargets über dessen gesamte Länge. In the interior of both pipe targets each have a magnet system is arranged, which extends over the entire length of the pipe target and viewed in cross-section consists of at least three magnets arranged side by side. Tube targets with magnetron system are referred to as tube magnetron. As a result of their magnet arrangement, an annular and tunnel-shaped magnetic field is formed, in whose area the atomization takes place. In the region of this sputtering zone, the target material above the gap between two magnetic poles, where the magnetic field lines are parallel to the target surface, removed to a particular extent, so that in this area an annular sputtering trench is formed. This is also called Racetrack. It extends parallel to the longitudinal axis of the tube target over its entire length.

Das Rohrtarget ist bezogen auf das Magnetsystem drehbar angeordnet, so dass sich im Beschichtungsbetrieb das Rohrtarget drehen kann, während das Magnetsystem gleichbleibend in der Beschichtungskammer ausgerichtet bleibt. Durch eine gleichförmige Rotation der Rohrmagnetron bei stationärem Magnetfeld durchläuft die gesamte zylindrische Targetoberfläche den Zerstäubungsbereich mit dessen Racetrack und es wird eine gleichmäßige Erosion des Targetmaterials erzielt. The tube target is rotatably arranged with respect to the magnet system so that the tube target can rotate during coating operation while the magnet system remains aligned in the coating chamber. By uniform rotation of the tubular magnetron at a steady magnetic field, the entire cylindrical target surface passes through the sputtering area with its racetrack and uniform erosion of the target material is achieved.

Die Beschichtung erfolgt in Vakuumbeschichtungsanlagen, die je nach dem aufzubringenden Schichten oder Schichtsystemen eine oder mehrere Beschichtungskammern aufweisen. In diesen sind die erforderlichen Rohrmagnetrons mit den Targets der Materialkombination nebeneinander angeordnet. The coating takes place in vacuum coating systems, which have one or more coating chambers, depending on the layers or layer systems to be applied. In these, the required tube magnetrons are arranged side by side with the targets of the material combination.

Mittels Rohrmagnetrons können die verschiedensten Materialien gesputtert werden, sowohl elektrisch leitfähige als auch dielektrische. Das Target besteht, z.B. aus Metallen, Legierungen oder Oxidmaterialien. Um Misch- oder Legierungsschichten abzuscheiden, sind verschiedene Verfahren zur Mischung der Komponenten des Schichtmaterials während des Sputterns bekannt. Z.B. werden die Materialdampfwolken durch geringes Zuwenden der Magnetsysteme von zwei benachbarten Rohrmagnetrons in der Gasphase vermischt und als Misch-Schicht abgeschieden. Bekannt ist es ebenso, zunächst eine Mischungskomponente auf ein Hilfsmagnetron zu sputtern und von dort eine Schicht abzuscheiden, welche sich gleichmäßig aus den beiden Targetmaterialien zusammensetzt. Solch ein Hilfsmagnetron ist üblicherweise ein zweites Rohrmagnetron mit der zweiten Mischungskomponente. Dabei wird durch geeignete Blendenanordnung dafür gesorgt, dass das Material des ersten Rohrmagnetrons räumlich und zeitlich betrachtet nicht an dem Hilfsmagnetron vorbei auf das Substrat gelangt. Tubular magnetrons can be used to sputter various materials, both electrically conductive and dielectric. The target consists, e.g. of metals, alloys or oxide materials. In order to deposit mixed or alloy layers, various methods for mixing the components of the layer material during sputtering are known. For example, The material vapor clouds are mixed by slightly turning the magnet systems of two adjacent tubular magnetrons in the gas phase and deposited as a mixed layer. It is also known first to sputter a mixture component onto an auxiliary magnetron and from there to deposit a layer which is composed uniformly of the two target materials. Such an auxiliary magnetron is usually a second tubular magnetron with the second mixture component. It is ensured by suitable diaphragm arrangement that the material of the first tubular magnetron spatially and temporally does not get past the auxiliary magnetron on the substrate.

Nachteilig an diesen Verfahren sowie an einer nachträglichen Vermischung der Materialien eines Schichtstapels mittels thermischer Verfahren ist die Tatsache, dass die gewünschte mikroskopische Misch- und Legierungshomogenität und Schichtstruktur nicht erzielt wird. Ursachen dafür können in der zeitlichen Abfolge der Abscheidungsprozesse und einer unterschiedlichen Bindungsaffinität der Materialkomponenten liegen, was zu einer bevorzugten Anreicherung von unerwünschten Materialpaarungen führen kann. A disadvantage of this method and of a subsequent mixing of the materials of a layer stack by means of thermal processes is the fact that the desired microscopic mixing and alloy homogeneity and layer structure is not achieved. The reasons for this may lie in the chronological sequence of the deposition processes and a different binding affinity of the material components, which may lead to a preferred accumulation of undesired material pairings.

Diese Nachteile machen sich bei der CIGS-Dünnschichtsolartechnik bemerkbar, wo durch thermische Behandlungen Separationen entstehen können, die auch zu Doppelschichten führen können und den Wirkungsgrad einer solchen Solarzelle erheblich vermindern. These disadvantages are noticeable in the CIGS thin-film solar technology, where thermal treatments can cause separations that can lead to double layers and significantly reduce the efficiency of such a solar cell.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Magnetron-Sputtern mittels Rohrmagnetron und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit welchen es möglich ist, Misch- und Legierungsschichten mit einer verbesserten und homogeneren Feinstruktur herzustellen. It is therefore an object of the present invention to provide a method for magnetron sputtering by means of tubular magnetron and an apparatus for carrying out the method, with which it is possible to produce mixed and alloy layers with an improved and more homogeneous fine structure.

Zur Lösung des Problems werden an zwei nebeneinander liegenden Rohrmagnetrons Zerstäubungszonen derart gebildet und zueinander angeordnet, dass beide Rohrmagnetrons durch zumindest eine Zerstäubungszone des jeweils anderen Rohrmagnetrons und das Substrat von zumindest einer der Zerstäubungszonen beider Rohrmagnetrons beschichtet werden. To solve the problem sputtering zones are formed on two adjacent tubular magnetrons and arranged to each other that both tubular magnetrons are coated by at least one sputtering zone of the other tubular magnetron and the substrate of at least one of the sputtering zones both Rohrmagnetrons.

Die Gestaltung und Drehung der Magnetsysteme beider Rohrmagnetrons sollte zu diesem Zweck in dem Maße erfolgen, dass eine Ausbreitungsrichtung von Targetmaterial und Plasma von jedem Rohrmagnetron stets zum anderen Rohrmagnetron und eine weitere Ausbreitungsrichtung von einem Rohrmagnetron, alternativ von beiden Rohrmagnetrons, zum Substrat verläuft. The design and rotation of the magnet systems of both tubular magnetrons should be done for this purpose to the extent that a propagation direction of target material and plasma from each tubular magnetron always to the other tubular magnetron and another propagation direction of a tubular magnetron, alternatively from both tubular magnetrons, extends to the substrate.

Auf diese Weise wird erzielt, dass von keinem Rohrtarget unverändertes Targetmaterial direkt auf das Substrat gelangt und darüber hinaus beide Targetmaterialien wechselseitig mit dem jeweils anderen Material vermischt wird, bevor eine Beschichtung des Substrats erfolgt. Es konnten mit einer solchen Mehrfachvermischung der Materialien die gewünschten Feinstrukturen der abgeschiedenen Schicht erzielt und ein sequentieller Stapeleffekt, wie er bei Verfahren aus dem Stand der Technik beobachtet wurde, verhindert werden. In this way, it is achieved that target material that has not been changed by any tube target directly reaches the substrate and, moreover, that both target materials are mutually mixed with the respective other material before a coating of the substrate takes place. It was possible with such multiple mixing of the materials to achieve the desired fine structures of the deposited layer and a sequential stacking effect, as observed in prior art methods, can be prevented.

Erfindungsgemäß sind verschiedene Anordnungen von Zerstäubungszonen möglich. Neben den oben beschriebenen mindestens drei Zerstäubungszonen bieten vier oder mehr Zerstäubungszonen, je zwei an einem Rohrmagnetron, zahlreiche Variationsmöglichkeiten. In jedem Fall jedoch können sich zwei Zerstäubungszonen gegenüber liegen, wodurch eine besonders intensive Vermischung erfolgt, bereits auch in der Gasphase. Various arrangements of atomization zones are possible according to the invention. In addition to the at least three sputtering zones described above, four or more sputtering zones, two each on a tube magnetron, offer numerous possible variations. In any case, however, two atomization zones may face each other, which results in particularly intensive mixing, even in the gas phase.

In Abhängigkeit vom Abstand der Rohrtargetn zueinander und deren Abstand zum Substrat kann der Winkel, welchen die Zerstäubungszonen, bestimmbar z.B. über deren Schwerpunkt, zur Senkrechten von der Drehachse des Rohrmagnetrons auf das Substrat einnehmen, im Bereich bis ungefähr 120°, bevorzugt bis 90° liegen, wobei wegen der sich räumlich ausbreitenden Targetmaterial und Materialdampfwolke die Genauigkeit der Winkeleinstellung bis auf einige wenige Grad ausreichend ist. Depending on the distance of the tube targets to each other and their distance from the substrate, the angle which the sputtering zones, determinable e.g. about the center of gravity, to the vertical of the axis of rotation of the tubular magnetron take on the substrate, in the range up to about 120 °, preferably up to 90 °, which is sufficient because of the spatially propagating target material and material vapor cloud the accuracy of the angle adjustment to a few degrees.

Sind vier oder mehr Zerstäubungszonen ausgebildet, kann die Vermischung auch über mehrere Zerstäubungszonen erfolgen. Aufgrund der Vermischung über die auf das anderen Rohrmagnetron gerichteten Zerstäubungszonen können ergänzend oder alternativ auch zwei oder mehr Zerstäubungszonen auf das das Substrat gerichtet werden, z.B. von jedem Rohrmagnetron zumindest eines. Damit ist unter anderem eine Erhöhung der Beschichtungsrate möglich. If four or more sputtering zones are formed, the mixing can also take place via several sputtering zones. Due to the mixing via the atomization zones directed at the other tube magnetron, two or more sputtering zones may additionally or alternatively be directed onto the substrate, e.g. at least one of each tube magnetron. This makes it possible, among other things, to increase the coating rate.

Die beiderseitige Materialmischung bietet darüber hinaus verschiedene Optionen der Beeinflussung der Materialzusammensetzung und Schichtstruktur, die sehr gezielte Einstellung der Schichteigenschaften und den Einsatz des Verfahrens für die verschiedensten Anwendungen gestatten. Insbesondere geeignet erweist sich das Verfahren für die Abscheidung von Absorberschichten von Dünnschichtsolarzellen, die aus drei oder mehr Komponenten zusammengesetzt sind, oder für die Abscheidung von TCO-Schichten (Transparent Conductive Oxid). Materialseitig sind die verschiedensten Kombinationen möglich, wobei beide Rohrtargets unterschiedliche, auch mehrkomponentige, oder gleiche Materialien aufweisen können. The mutual material mixture also offers various options for influencing the material composition and layer structure, which allow very targeted adjustment of the layer properties and the use of the method for a wide variety of applications. The process is particularly suitable for the deposition of absorber layers of thin-film solar cells which are composed of three or more components or for the deposition of transparent conductive oxide (TCO) layers. On the material side a variety of combinations are possible, both tube targets may have different, even multi-component, or the same materials.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es auch, Legierungsbestandteile über die Standzeit des Rohrmagnetrons selektiv nachzuführen, indem die Sputterleistung an einem Rohrmagnetron, welches eine Legierung als Targetmaterial aufweist, gezielt nachzuführen und so ein Verarmen einer Legierungskomponente über die Dauer der Targetstandzeit zu kompensieren. Damit kann erreicht werden, dass über die gesamte Standzeit eine gleichbleibende Zusammensetzung der einzelnen Materialkomponenten in der abgeschiedenen Schicht auf dem Substrat beibehalten wird. The method according to the invention also makes it possible to selectively track alloy constituents over the service life of the tubular magnetron by selectively tracking the sputtering power on a tubular magnetron comprising an alloy as target material and thus compensating for depletion of an alloying component over the duration of the target lifetime. It can thus be achieved that a constant composition of the individual material components in the deposited layer on the substrate is maintained over the entire service life.

Über einen oder mehrere der Parameter der Magnetsystem-Drehwinkel, der Rotationsgeschwindigkeiten, der Rohrmagnetron-Substrat-Abstände, des Rohrmagnetron-Rohrmagnetron-Abstands, der Sputter-Leistung und Drehrichtungen eines oder beider Rohrmagnetrons sind insbesondere die Art und Intensität der Vermischung für sich und in Beziehung zur nachfolgenden, durch die fortgesetzte Drehung beider Rohrmagnetrons erfolgenden Beschichtung des Substrats zu verändern. Die energetischen Verhältnisse der Targetmaterialien in der Gasphase sind sowohl für die Vermischung als auch für die Beschichtung variierbar. In particular, the nature and intensity of the mixing per se and in on one or more of the parameters of magnet system rotation angles, rotation speeds, tube magnetron substrate spacings, tube magnetron tube magnetron spacing, sputtering power, and rotational directions of one or both tube magnetrons To change relationship to the subsequent coating of the substrate due to the continued rotation of both tubular magnetrons. The energetic ratios of the target materials in the gas phase are variable both for the mixing and for the coating.

Das beschriebene Verfahren ist infolge der intensiven Vermischung der Materialien vor der Beschichtung des Substrats auch zur reaktiven Beschichtung geeignet. Dies kann entweder als reaktive Abscheidung auf dem Substrat entsprechend der bekannten reaktiven Abscheidung vom Doppelrohrmagnetron erfolgen oder als selektiv reaktives Sputtern für die Vermischung. The method described is due to the intensive mixing of the materials before the coating of the substrate also to the reactive Coating suitable. This can be done either as a reactive deposition on the substrate according to the known reactive deposition of double tube magnetron or as selectively reactive sputtering for mixing.

Zu diesem Zweck wird es entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens und der dazu verwendeten Beschichtungskammer möglich, mittels einer lokal begrenzten Reaktivgaszone, welche zu den Zerstäubungszonen beabstandet ist, auf dem Substrat Reaktionsschichten abzuscheiden, die Verbindungsschichten aus den Materialien der beiden Rohrmagnetrons und dem Reaktivgas sind. Dabei erfolgt eine primäre Zerstäubung des Targetmaterials in einer reaktivgasfreien Prozessgasatmosphäre. Anschließend erfolgt durch die entsprechende Drehung der Rohrmagnetrons eine Belegung bzw. eine Reaktion des auf den Rohrmagnetrons oberflächlich abgeschiedenen Materials in der Reaktivgaszone. Nach weiterer Drehung der Rohrmagnetrons erfolgt in den sekundären Zerstäubungszonen ein Zerstäuben und ein entsprechendes Abscheiden auf dem Substrat in wiederum einer reaktivgasfreien Prozessgasatmosphäre. For this purpose, according to an embodiment of the method and the coating chamber used therefor, it becomes possible to deposit on the substrate reaction layers by means of a localized reactive gas zone which is spaced from the sputtering zones, which are bonding layers of the materials of the two tubular magnetrons and the reactive gas. In this case, there is a primary atomization of the target material in a reactive gas-free process gas atmosphere. Subsequently, by the corresponding rotation of the tubular magnetrons, an occupancy or a reaction of the material superficially deposited on the tubular magnetron in the reactive gas zone takes place. After further rotation of the tubular magnetrons, sputtering and a corresponding deposition on the substrate in turn take place in the secondary sputtering zones in a reactive gas-free process gas atmosphere.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen die 1 und 2 eine Beschichtungskammer mit einem Paar von Rohrmagnetrons 1, welche unterschiedliche Ausrichtungen der Zerstäubungszonen 10 aufweisen. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawing show the 1 and 2 a coating chamber with a pair of tubular magnetrons 1 , which have different orientations of the sputtering zones 10 exhibit.

In der 1 ist eine Beschichtungskammer einer Sputter-Beschichtungsanlage dargestellt. Innerhalb der Beschichtungskammer sind zwei Rohrmagnetrons 1 angeordnet, die als zylindrische, um ihre Längsachse 3 drehbare Trägerrohre 2 ausgebildet sind. Auf der Mantelfläche der Trägerrohre 2 ist das Targetmaterial 4 aufgebracht. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst das eine Rohrmagnetron 1 CuGa als Targetmaterial 4 und das andere Rohrmagnetron In. In the 1 a coating chamber of a sputter coating system is shown. Within the coating chamber are two tubular magnetrons 1 arranged as cylindrical, around its longitudinal axis 3 rotatable carrier tubes 2 are formed. On the lateral surface of the carrier tubes 2 is the target material 4 applied. In the embodiment according to 1 this includes a tube magnetron 1 CuGa as target material 4 and the other tube magnetron In.

Als Materialien für beide Rohrmagnetrons 1 kommen grundsätzlich verschiedene Metalle, Halbmetalle oder Verbindungen davon in Betracht, um eine aus mehreren Komponenten zusammengesetzte Misch- oder Legierungsschicht, auch dielektrische Schichten, abzuscheiden, wie z.B. CuInGa für CIGS-Solarzellen oder TCO-Schichten wie ZnO:Al oder Cermets, welche aus einer Mischung metallischen Partikel mit dielektrischen Komponenten besteht. As materials for both tubular magnetrons 1 In principle, different metals, semimetals or compounds thereof come into consideration to deposit a composite of several components mixed or alloy layer, including dielectric layers, such as CuInGa for CIGS solar cells or TCO layers such as ZnO: Al or cermets, which consists of a Mixture of metallic particles with dielectric components.

Die Rohrmagnetrons 1 in 1 erstrecken sich quer zu einer Substrattransportrichtung 6, in welcher ein Substrat 5 während seiner Beschichtung mittels einer geeigneten Transportvorrichtung 7 durch die Beschichtungskammer und fortführend durch die gesamte Beschichtungsanlage transportiert wird. In ihrer Längsausdehnung senkrecht zur Zeichenebene entsprechen die Rohrmagnetrons 1 ungefähr der Substratbreite oder erstrecken sich darüber hinaus. Die Längsachsen beider Rohrmagnetrons 1 haben einen Abstand D zueinander und einen gemeinsamen Abstand H zur Substratebene 16, in welcher ein Substrat 5 durch die Beschichtungskammer bewegt wird. The tube magnetrons 1 in 1 extend transversely to a substrate transport direction 6 in which a substrate 5 during its coating by means of a suitable transport device 7 through the coating chamber and continuing through the entire coating system. In their longitudinal extent perpendicular to the plane of the pipe magnetrons correspond 1 approximately the width of the substrate or extend beyond. The longitudinal axes of both tubular magnetrons 1 have a distance D to each other and a common distance H to the substrate plane 16 in which a substrate 5 is moved through the coating chamber.

Im Inneren der Rohrmagnetrons 1 ist ein Magnetsystem 9 angeordnet. Das Magnetsystem 9 wird aus einem äußeren, ringförmig Pol, der einen inneren Pol mit entsprechend entgegengesetzter Polarität umschließt, gebildet. Die Polung ist im Ausführungsbeispiel für beide Magnetsysteme 9 in Querschnittsdarstellung als Nord-Süd-Nord angezeigt, kann aber ebenso Süd-Nord-Süd sein. Die Magnetsysteme 9 in den beiden Rohrmagnetrons 1 sollten die gleiche Polung aufweisen. Die Magnetsysteme 9 sind relativ zu den Rohrmagnetrons 1 um deren Längsachse drehbar, so dass sie bei der Drehung der Rohrmagnetrons 1 bezogen auf die umgebende Beschichtungskammer stationär bleiben. Inside the tube magnetrons 1 is a magnet system 9 arranged. The magnet system 9 is formed of an outer annular pole enclosing an inner pole of correspondingly opposite polarity. The polarity is in the embodiment for both magnet systems 9 displayed in cross-section as north-south-north, but may also be south-north-south. The magnet systems 9 in the two tube magnetrons 1 should have the same polarity. The magnet systems 9 are relative to the tube magnetrons 1 rotatable about its longitudinal axis, so that they are in the rotation of the tubular magnetrons 1 remain stationary relative to the surrounding coating chamber.

Die drei Pole N, S, N bzw. S, N, S beider Magnetsysteme 9 sind mit einer solchen Form und einem solchen Abstand zueinander ausgebildet, dass sich über jedem Magnetsystem zwei voneinander getrennte Zerstäubungszonen 10 ausbilden. The three poles N, S, N or S, N, S of both magnetic systems 9 are formed with such a shape and a distance to each other, that about each magnet system two separate Zerstäubungszonen 10 form.

Das rechte Rohrmagnetron 1 weist ein übliches Magnetsystem 9 mit eng beieinander liegenden Nord- und Südpolen N, S auf, so dass über dem ringförmigen Racetrack eine Zerstäubungszone 10 liegt. Diese ist auf das linke Rohrmagnetron 1 gerichtet, da der zentrale Südpol um 90° gegenüber der senkrechten Linie gedreht ist, die von der Längsachse 3 des Rohrmagnetrons 1 auf das Substrat 5 fällt. Eine Beschichtung des Substrats 5 von diesem Rohrmagnetron 1 erfolgt nicht. Ergänzend kann die Beschichtungsrichtung durch Blenden begrenzt werden. The right tube magnetron 1 has a standard magnet system 9 with closely spaced north and south poles N, S, so that above the annular Racetrack an atomization zone 10 lies. This is on the left tube magnetron 1 directed because the central south pole is rotated by 90 ° with respect to the vertical line, that of the longitudinal axis 3 of the tube magnetron 1 on the substrate 5 falls. A coating of the substrate 5 from this tube magnetron 1 not done. In addition, the coating direction can be limited by diaphragms.

Im linken der beiden Rohrmagnetrons 1 sind die beiden Nordpole N so weit auseinander gerückt und der Südpol soweit verbreitert, dass die beiden parallel zur Längsachse 3 verlaufenden Racetrackabschnitte weit genug auseinander liegen, um separate Materialdampfwolken und damit die separaten Zerstäubungszonen 10 zu erzeugen. Die Pole des Magnetsystems 9 sind dabei soweit auseinander gerückt, dass durch ein Magnetsystem 9 im Querschnitt betrachtet zwei separate Zerstäubungszonen 10 erzeugt werden. In the left of the two tubular magnetrons 1 the two north poles N are so far apart and the south pole widened so far that the two parallel to the longitudinal axis 3 extending Racetrackabschnitte far enough apart to separate material vapor clouds and thus the separate Zerstäubungszonen 10 to create. The poles of the magnet system 9 are so far apart that by a magnet system 9 considered in cross-section two separate Zerstäubungszonen 10 be generated.

Eine der beiden Zerstäubungszonen 10 ist auf das rechte Rohrmagnetron 1 gerichtet, der Zerstäubungszone 10 des rechten Rohrmagnetrons 1 gegenüber liegend, so dass dessen Targetmaterial 4 mit dem des linken Rohrmagnetrons 1 vermischt wird. Die zweite Zerstäubungszone 10 des linken Rohrmagnetrons 1 ist auf das Substrat 5 gerichtet, so dass infolge der Drehung des linken Rohrmagnetrons 1 das zuvor gemischte Targetmaterial 4 auf dem Substrat 5 abgeschieden wird. Auch hier ist die Anordnung von begrenzenden Blenden möglich. One of the two atomization zones 10 is on the right tube magnetron 1 directed, the atomization zone 10 of the right tube magnetron 1 lying opposite, so that its target material 4 with that of the left tubular magnetron 1 is mixed. The second atomization zone 10 of the left tubular magnetron 1 is on the substrate 5 directed so that as a result of the rotation of the left tubular magnetron 1 the previously mixed target material 4 on the substrate 5 is deposited. Again, the arrangement of limiting aperture is possible.

Die Drehrichtung beider Rohrmagnetrons 1 während der Ausführung des Verfahrens erfolgt im Ausführungsbeispiel gegenläufig, wobei das Linke im Uhrzeigersinn und das Rechte entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert. Grundsätzlich sind durch Variation der Drehrichtungen der Rohrmagnetrons 1 vier verschiedene Zustände einstellbar: Beide Rohrmagnetrons 1 drehen sich gegenläufig mit einem oder dem anderen im Uhrzeigersinn oder beide drehen sich gleichläufig, entweder im Uhrzeigersinn oder ihm entgegen. The direction of rotation of both tubular magnetrons 1 during the execution of the method takes place in the embodiment in opposite directions, the left in the clockwise direction and the right counterclockwise rotated. Basically, by varying the directions of rotation of the Rohrmagnetrons 1 four different states adjustable: Both tube magnetrons 1 rotate counterclockwise with one or the other clockwise, or both rotate in the same direction, either clockwise or counterclockwise.

2 unterscheidet sich durch die Ausbildung der Zerstäubungszonen 10 am rechten Rohrmagnetron 1 von der Ausführungsform nach 1. Bezüglich der sonstigen Ausführung wird auf die Darlegungen zu 1 verwiesen. 2 differs by the formation of atomization zones 10 on the right tube magnetron 1 from the embodiment according to 1 , With regard to the other execution, reference is made to the explanations 1 directed.

Das Magnetsystem 9 des rechten Rohrmagnetrons 1 ist in 2 spiegelbildlich zu jenem des linken Rohrmagnetrons 1 ausgebildet, so dass beide Rohrmagnetrons 1 zwei Zerstäubungszonen 10 aufweisen, zwei sich gegenüber liegende und zwei Reaktivgaszonen 10, die jeweils auf das Substrat gerichtet sind. The magnet system 9 of the right tube magnetron 1 is in 2 mirror image of that of the left tubular magnetron 1 formed so that both tubular magnetrons 1 two atomization zones 10 have two opposing and two reactive gas zones 10 , which are each directed to the substrate.

Das Substrat 5 wird in den Beschichtungskammern nach 1 und 2 in der Substratebene 16 liegend durch die Beschichtungskammer hindurch und dabei an den Rohrmagnetrons 1 vorbei transportiert und vom linken Rohrmagnetron 1 (1) bzw. von beiden Rohrmagnetrons (2) beschichtet. Eingangsseitig und ausgangsseitig weist die Kammerwandung 20 der Beschichtungskammer jeweils einen Durchgang 22 zum Ein- und Ausfahren des Substrats 5 auf. The substrate 5 will after in the coating chambers 1 and 2 in the substrate plane 16 lying through the coating chamber and thereby on the tube magnetrons 1 transported by and from the left tube magnetron 1 ( 1 ) or of both tubular magnetrons ( 2 ) coated. On the input side and output side, the chamber wall 20 the coating chamber one passage each 22 for extending and retracting the substrate 5 on.

Während der Beschichtung wird ein Plasma dort gezündet, wo die Magnetfeldlinien parallel zur Targetoberfläche verlaufen, folglich mittig zwischen jeweils zwei Magnetpolen N, S jedes Magnetsystems 9. In diesem Bereich bilden sich die Zerstäubungszonen 10 aus, in welchen das Targetmaterial 4 von der äußeren Oberfläche der beiden rotierenden Rohrmagnetrons 1 abgesputtert wird. During the coating, a plasma is ignited where the magnetic field lines run parallel to the target surface, thus centrally between in each case two magnetic poles N, S of each magnet system 9 , In this area, the sputtering zones form 10 in which the target material 4 from the outer surface of the two rotating tubular magnetrons 1 is sputtered.

Infolge der Rotation wird das Targetmaterial 4 gleichmäßig von der gesamten Oberfläche der Rohrmagnetrons 1 abgetragen. Das gesputterte Targetmaterial breitet sich sowohl in Richtung auf das jeweils andere Rohrmagnetron 1 als auch auf das Substrat 5 aus und wird auf diesem abgeschieden. As a result of the rotation, the target material becomes 4 evenly from the entire surface of the tubular magnetrons 1 ablated. The sputtered target material spreads both towards the other tube magnetron 1 as well as on the substrate 5 and is deposited on this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Rohrmagnetron tubular magnetron
2 2: Trägerrohr support tube
3 3: Längsachse longitudinal axis
4 4: Targetmaterial target material
5 5: Substrat substratum
6 6: Substrattransportrichtung Substrate transport direction
7 7: Transportvorrichtung transport device
9 9: Magnetsystem magnet system
10 10: Zerstäubungszone atomizing
16 16: Substratebene substrate plane
20 20: Kammerwandung chamber wall
22 22: Durchgang passage
N N: Nordpol des Magnetsystems North pole of the magnet system
S S: Südpol des Magnetsystems South pole of the magnet system
D D: Abstand der Längsachsen der Rohrmagnetrons zueinander Distance between the longitudinal axes of the tube magnetrons to each other
H H: Abstand der Längsachsen der Rohrmagnetrons zur Distance between the longitudinal axes of the tube magnetrons to
Substratebenesubstrate plane

Claims

Method for coating a substrate ( 5 ) with a mixed or alloy layer by means of magnetron sputtering, in that the deposition in a coating chamber of at least two mutually juxtaposed tubular magnetrons ( 1 ) whose lateral surfaces sputterable target material ( 4 ) over which by means of the magnet systems ( 9 ) of the tube magnetrons ( 1 ) parallel to the axis of rotation sputtering zones ( 10 ) are formed, characterized in that on at least one tube magnetron ( 1 ) two juxtaposed and spaced sputtering zones ( 10 ), both tubular magnetrons ( 1 ) through at least one atomization zone ( 10 ) of the other tubular magnetron ( 1 ) and the substrate ( 5 ) of at least one of the sputtering zones ( 10 ) of both tubular magnetrons ( 1 ) are coated.

Method according to claim 1, characterized in that at least one of the parameters magnet system rotation angle, rotation speed, tube magnetron substrate distance (H), tube magnetron tube magnetron distance (D), power and direction of rotation of one or both tubular magnetrons is varied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by means of at least one reactive gas supply at least one reactive gas zone is formed, which is spaced from the Zerstäubungszonen ( 10 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a conductive transparent layer or a solar absorber layer is deposited.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that of tubular magnetrons ( 1 sputtered, whose lateral surfaces differ from each other sputtering target material ( 4 ) exhibit.

Coating chamber for coating substrates ( 5 ) with a mixed or alloy layer by means of magnetron sputtering with at least two juxtaposed tubular magnetrons ( 1 ) whose lateral surfaces sputterable target material ( 4 ) and which each have in their interior a magnet system extending over their length ( 9 ), with which the axis of rotation of the tubular magnetron ( 1 ) parallel spray zones ( 10 ), characterized in that on at least one tube magnetron ( 1 ) two juxtaposed and spaced sputtering zones ( 10 ) and these are produced by means of the magnet systems ( 9 ) about the longitudinal axis ( 3 ) of the tube magnetrons ( 1 ) are rotated relative to each other such that at least one atomization zone ( 10 ) of both tubular magnetrons ( 1 ) on the other tube magnetron ( 1 ) and at least one of all atomization zones ( 10 ) of both tubular magnetrons ( 1 ) on the substrate ( 5 ) are directed.

Coating chamber according to claim 6, characterized in that the magnet systems ( 9 ) are rotated in such a way that two atomization zones ( 10 ) are opposite.

Coating chamber according to claim 6 or 7, characterized in that the magnet systems ( 9 ) are rotated such that a sputtering zone ( 10 ) or two atomization zones ( 10 ) on the substrate ( 5 ) are directed.

Coating chamber according to one of Claims 6 to 8, characterized in that at least one of the parameters magnet system rotation angle, rotation speed, tube magnetron substrate distance (H), tube magnetron tube magnetron distance (D), power and direction of rotation of one or both tubular magnetrons ( 1 ) is variable.

Coating chamber according to one of claims 6 to 9, characterized in that at least one reactive gas supply is to be generated at least one reactive gas zone, which is spaced from the sputtering zones ( 10 ).

Coating plant for coating substrates ( 5 ) by means of reactive magnetron sputtering, characterized in that the coating system comprises at least one coating chamber according to one of claims 6 to 10.