DE102013109413A1

DE102013109413A1 - Magnetronsputtervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Magnetronsputtervorrichtung

Info

Publication number: DE102013109413A1
Application number: DE102013109413.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Dimer; Steffen Berger; Tina Dietsch; Uwe GRAUPNER; Thomas KNOTH; Ralf STURM; Martin THUMSCH
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-05

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetronsputtervorrichtung (100) aufweisen: eine Vakuumkammer (102) mit einer Magnetronanordnung (104) zum Beschichten eines Substrats (108) innerhalb eines Beschichtungsbereichs (106) der Vakuumkammer (102), wobei die Magnetronanordnung (104) mindestens eine Kathode (104a) und mindestens eine Anode (104b) zum Bereitstellen eines Plasmas innerhalb des Beschichtungsbereichs (106) aufweist; einen ersten Generator (110), der mit der mindestens einen Kathode (104a) elektrisch leitend verbunden und derart eingerichtet ist, zwischen der mindestens einen Anode (104b) und der mindestens einen Kathode (104a) eine erste elektrische Spannung bereitzustellen; mindestens ein elektrisch leitfähiges Element (112) innerhalb des Beschichtungsbereichs (106) der Vakuumkammer (102); einen zweiten Generator (114), der mit dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element (112) elektrisch leitend verbunden und derart eingerichtet ist, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element (112) eine zweite elektrische Spannung bereitzustellen, so dass mittels des zweiten Generators (114) und des elektrisch leitfähigen Elements (112) die Eigenschaften des in dem Beschichtungsbereich (106) erzeugten Plasmas beeinflusst werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetronsputtervorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Magnetronsputtervorrichtung, sowie das Verwenden einer Magnetronsputtervorrichtung zum Beschichten eines Substrats mit einem transparenten leitfähigen Oxid.
Im Allgemeinen können elektrisch leitfähige Materialien eine geringe Transmission für Licht im sichtbaren Bereich oder nahe dem sichtbaren Bereich aufweisen. Eine Ausnahme davon sind beispielsweise die sogenannten transparenten elektrisch leitfähigen Oxide ((TCOs) englisch: transparent conducting oxides). Die transparenten elektrisch leitfähigen Oxide können eine relativ hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweisen verglichen mit der relativ geringen Absorption elektromagnetischer Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts. Für diese Materialien eröffnen sich beispielsweise Anwendungsgebiete in der Optik und der Elektronik. Zum Beispiel kann ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid als eine Schicht oder innerhalb eines Schichtstapels bereitgestellt sein, beispielsweise in einem optischen, elektronischen oder optoelektronischen Gerät (Bauteil, Bauelement), wie beispielsweise in einer Dünnschicht-Leuchtdiode, einem Display (Flachbildschirm), oder in einer Solarzelle. Im Allgemeinen können die TCOs dazu genutzt werden, Strukturen elektrisch leitend zu kontaktieren, wobei die Strukturen ferner unbeeinträchtigt Licht aussenden oder Licht empfangen können.
Das Abscheiden einer TCO-Schicht auf einem Substrat kann beispielsweise erheblich von den Beschichtungsbedingungen sowie dem genutzten Beschichtungsprozess abhängen, so dass es komplex sein kann, die beabsichtigen elektrischen und/oder optischen Eigenschaften der TCO-Schicht zu realisieren. Ferner können verschiedene Abscheidungsprozesse jeweils unterschiedliche Abscheideparameter benötigen, um eine optimale oder optimierte TCO-Schicht abscheiden zu können, so dass beispielsweise nicht ohne weiteres Ergebnisse von einem Beschichtungsprozess auf einen anderen übertragen werden können.
Verschiedene Ausführungsformen basieren auf dem sogenannten Sputtern, einem Sputterprozess (auch als Kathodenzerstäubung bezeichnet). Beim Sputtern werden Atome und/oder Cluster von Atomen aus einem Festkörper (aus dem sogenannten Target oder der Kathode) aufgrund dessen Beschusses mit energiereichen Ionen (z.B. Edelgasionen, z.B. Argon-Ionen) herausgelöst und gehen damit in die Gasphase über. Das Sputterprinzip basiert auf dem Erzeugen eines Plasmas (z.B. eines Argon-Plasmas), wobei die Ionen dann entsprechend auf das Target gelenkt und/oder beschleunigt werden, so dass das Target selbst aufgrund des Impulsübertrags der auftreffenden Ionen zerstäubt wird. Mittels des Sputterns kann demzufolge ein Targetmaterial in den gasförmigen Zustand überführt werden, weshalb das Sputtern ein physikalischer Gasphasenabscheidungsprozess sein kann, bzw. zum Beschichten eines Substrats mittels des zerstäubten Targetmaterials genutzt werden kann. Das Sputtern oder der Sputterprozess (Sputterdeposition) kann in einer Vakuumkammer durchgeführt werden, wobei das zerstäubte (verdampfte oder dampfförmige Material) auf einem Substrat kondensieren kann und eine Schicht bilden kann.
Sputtern (wie auch die Sputterdeposition, die Sputterbeschichtung oder das Beschichten mittels Sputterns) kann in verschiedenen Modifikationen realisiert sein, beispielsweise dem DC-Sputtern (Gleichspannungs-Sputtern), dem MF-Sputter (Mittelfrequenz-Sputtern), dem HF-Sputtern (Hochfrequenz-Sputtern), dem Magnetronsputtern (magnetfeldunterstütztes Sputtern) und/oder dem reaktiven Sputtern (z.B. in einer Reaktivgasatmosphäre). Ferner können diese Sputterarten auch kombiniert genutzt werden, z.B. DC-Magnetronsputtern, oder reaktives DC-Magnetronsputtern.
Die Schichteigenschaften einer mittels Sputterns abgeschiedenen Schicht können von der Art und Weise bestimmt sein, wie das Plasma in der Beschichtungskammer erzeugt wird und/oder wie das Plasma in dem Beschichtungsbereich beeinflusst wird, beispielsweise mittels eines elektrischen Feldes, magnetischen Feldes und/oder elektromagnetischen Feldes.
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, mittels DC-Sputterns ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid (TCO) als Schicht auf einem Träger oder Substrat abzuscheiden, wobei die elektrischen und optischen Eigenschaften der abgeschiedenen TCO-Schicht optimal oder zumindest verbessert sein sollen. Dazu werden eine Sputterbeschichtungsvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt, wobei die Sputterbeschichtungsvorrichtung derart eingerichtet sein kann und/oder Betrieben werden kann, dass die Plasmaeigenschaften des Plasmas beim Beschichten des Substrats, beispielsweise optimal, eingestellt werden können.
Verschiedene Ausführungsformen können beispielsweise auf der Erkenntnis beruhen, dass eine Veränderung der Plasmadichte an dem Substrat und/oder dass ein angepasster Ionenbeschuss während des Wachstums von TCO-Schichten (z.B. ITO-Schichten) einen Einfluss auf den spezifischen Widerstand der abgeschiedenen Schichten haben kann und dass mittels einer Zusatzelektrode in dem Beschichtungsberiech die Plasmadichte und/oder der Ionenbeschuss angepasst (eingestellt) werden kann.
Anschaulich gesehen kann die DC-Sputtertechnologie derart angepasst sein oder werden, dass die Ionenenergie während des Sputterprozesses in einen für ein jeweiliges Material optimalen Bereich gebracht werden kann, beispielsweise optimiert auf Indium-Zinnoxid (ITO, ein Mischoxid, aus Indium(III)-oxid (In₂O₃) und Zinn(IV)-oxid (SnO₂)).
Dazu kann neben der Magnetronanordnung, welche eine Kathode (ein Target) und eine Anode zum Erzeugen des Plasmas und somit zum Zerstäuben des Targetmaterials aufweist, beim Sputtern eine zusätzliche Elektrode (z.B. eine zusätzliche Anode) in dem Beschichtungsbereich bereitgestellt sein oder werden, mittels derer die Plasmaeigenschaften des mittels der Magnetronanordnung erzeugten Plasmas verändert werden können.
Ferner kann ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, einem DC-Sputterprozess ein zusätzliches elektrisches Gleichspannungs-Potential zu überlagern. Ferner kann der DC-Sputterprozess auch gepulst betrieben werden und/oder das Gleichspannungs-Potential kann gepulst bereitgestellt sein oder werden. Ferner können der DC-Sputterprozess und/oder der gepulste DC-Sputterprozess als Reaktivprozess eingerichtet sein, beispielsweise mittels Sauerstoff als Reaktivgas. Es sei angemerkt, dass ein gepulstes DC-Sputtern nicht vergleichbar mit AC-Sputtern (Wechselspannungs-Kathodenzerstäubung, oder Wechselspannungs-Sputtern) ist, wie beispielsweise MF-Sputtern (Mittelfrequenz-Sputtern) oder HF-Sputtern (Hochfrequenz-Sputtern), da sich die Ionisierungsprozesse und/oder die Plasmabildungsprozesse voneinander unterscheiden und sich somit auch die auftretenden Spannungen, die Ionenenergien, die Beschichtungsrate, die statistische Ionenenergieverteilung und Ähnliches unterscheiden können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Magnetronsputtervorrichtung Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer mit einer Magnetronanordnung zum Beschichten eines Substrats innerhalb eines Beschichtungsbereichs der Vakuumkammer, wobei die Magnetronanordnung mindestens eine Kathode und mindestens eine Anode zum Bereitstellen eines Plasmas innerhalb des Beschichtungsbereichs aufweist; einen ersten Generator, der mit der mindestens einen Kathode elektrisch leitend verbunden und derart eingerichtet ist, zwischen der mindestens einen Anode und der mindestens einen Kathode eine erste elektrische Spannung bereitzustellen; mindestens ein elektrisch leitfähiges Element innerhalb des Beschichtungsbereichs der Vakuumkammer; einen zweiten Generator, der mit dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element elektrisch leitend verbunden und derart eingerichtet ist, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element eine zweite elektrische Spannung bereitzustellen, so dass mittels des zweiten Generators und des elektrisch leitfähigen Elements die Eigenschaften des in dem Beschichtungsbereich erzeugten Plasmas beeinflusst werden können.
Ferner kann der erste Generator eingerichtet sein, zwischen der mindestens einen Anode und der mindestens einen Kathode eine erste Gleichspannung und/oder eine erste gleichgerichtete Spannung bereitzustellen. Anschaulich gesehen wird das Magnetron in einem DC-Sputtermodus oder einem modifizierten DC-Sputtermodus betrieben
Dabei kann das Plasma mittels des elektrisch leitfähigen Elements beispielsweise derart verändert werden, dass die mittlere Ionenenergie der plasmabildenden Ionen in einem vorbestimmten Bereich liegt, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 2 eV bis ungefähr 200 eV, z.B. in einem Bereich von ungefähr 2 eV bis ungefähr 100 eV, z.B. in einem Bereich von ungefähr 2 eV bis ungefähr 80 eV. Ferner kann das Plasma mittels des elektrisch leitfähigen Elements derart verändert werden, dass die Beschichtungsrate in einem vorbestimmten Bereich liegt, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 30 nm/min bis ungefähr 200 nm/min. Diesbezüglich kann die hierin beschriebene Magnetronsputtervorrichtung anschaulich auf der Erkenntnis basierend eingerichtete sein, dass mittels des elektrisch leitfähigen Elements entsprechend niedrige Ionenenergien bei gleichzeitig hoher Beschichtungsrate zum Beschichten des Substrats realisiert werden können. Damit können beispielsweise die Eigenschaften einer mittels der Magnetronsputtervorrichtung abgeschiedenen TCO-Schicht (z.B. ITO-Schicht) optimal angepasst werden. Ferner ergibt sich gleichzeitig eine höhere Effizienz, als bei einer HF-Sputtertechnologie, da die Beschichtungsrate bei einer HF-Überlagerung der Plasmaanregung oder beim HF-Sputtern an sich zu gering sein kann, um entsprechend effizient TCO-Schichten aufwachsen zu lassen. Ferner können mittels der Magnetronsputtervorrichtung niedrigere mittlere Ionenenergien erzeugt werden, als beispielsweise mit einer MF-Sputtertechnologie.
Ferner kann der erste Generator eingerichtet sein, zwischen der mindestens einen Anode und der mindestens einen Kathode eine negative erste elektrische Spannung bereitzustellen und der zweite Generator kann eingerichtet sein, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element eine verglichen mit der ersten elektrischen Spannung positivere zweite elektrische Spannung bereitzustellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Generator eingerichtet sein, zwischen der mindestens einen Anode und der mindestens einen Kathode eine negative erste elektrische Spannung in einem Bereich von ungefähr –100 V bis ungefähr – 400 V bereitzustellen, z.B. in einem Bereich von ungefähr – 200 V bis ungefähr –300 V. Dabei kann die Leistungsdichtet abhängig von der Länge der Kathode in einem Bereich von ungefähr 2 kW/m bis ungefähr 20 kW/m liegen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 4 kW/m bis ungefähr 10 kW/m. Somit kann, bei geeignetem Prozessdruck (in einem Bereich von ungefähr 1 µbar bis ungefähr 20 µbar, z.B. ungefähr 2 µbar bis ungefähr 8 µbar), mittels der Magnetronanordnung eine geeignete Beschichtungsrate von bis zu 200 nm/min realisiert sein, wobei die mittlere Ionenenergie mittels des elektrisch leitfähigen Elements unabhängig von dem Betrieb der Magnetronanordnung in den entsprechenden Bereich gebracht werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Magnetronsputtervorrichtung die Kinetik des schichtbildenden Materials beeinflusst werden, indem das Plasma entsprechend angepasst wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Generator derart eingerichtet sein, zwischen der mindestens einen Anode und der mindestens einen Kathode eine gepulste erste Spannung bereitzustellen. Anschaulich gesehen kann das Magnetron in einem gepulsten DC-Sputtermodus betrieben werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Generator derart eingerichtet sein, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element eine zweite Gleichspannung oder eine zweite gleichgerichtete Spannung bereitzustellen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element eine positive Spannung bereitgestellt sein oder werden, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0 V bis ungefähr 250 V, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 V bis ungefähr 150 V. Ferner kann eine gleichgerichtete Spannung eine gleichgerichtete Wechselspannung sein. Ferner kann auf die Gleichspannung eine zweite elektrische Spannung moduliert sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das hierin beschriebene DC-Sputtern oder das Anlegen eine Gleichspannung derart verstanden werden, dass die Gleichspannung in einem bestimmten Zeitintervall angelegt ist, beispielsweise über eine Dauer von ungefähr 1 min. Der Übergang zum gepulsten DC-Sputtern kann dabei fließend sein, abhängig von der Pulsdauer und den Pulspausen.
Ferner kann der zweite Generator derart eingerichtet sein, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element eine gepulste zweite Spannung bereitzustellen. Dabei kann das Pulsen mit einer Frequenz in einem Bereich von ungefähr 0 kHz bis ungefähr 200 kHz erfolgen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0 kHz bis ungefähr 100 kHz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0 kHz bis ungefähr 50 kHz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0 kHz bis ungefähr 10 kHz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0 kHz bis ungefähr 5 kHz, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0 kHz bis ungefähr 1 kHz.
Ferner kann die Magnetronsputtervorrichtung ein Gaszuführungssystem zum Bereitstellen eines Prozessgases innerhalb des Beschichtungsbereichs der Vakuumkammer aufweisen. Dabei kann als Prozessgas beispielsweise ein Edelgas, z.B. Argon, bereitgestellt sein oder werden zum Bilden des Plasmas innerhalb des Beschichtungsbereichs und/oder ein Reaktivgas, z.B. Sauerstoff, zum reaktiven Abscheiden des zerstäubten Targetmaterials auf dem zu beschichtenden Substrat. Dabei kann beispielsweise mittels des Sauerstoffs des Reaktivgases die abgeschiedene TCO-Schicht dotiert werden.
Ferner kann die Kathode ein Material aufweisen zum Abscheiden eines transparenten leitfähigen Oxides, beispielsweise zum Abscheiden von Indium-Zinn-Oxid (ITO). Mit anderen Worten kann die Kathode, welche zumindest teilweise als Target fungieren kann, mindestens ein Material der folgenden Materialien aufweisen: Indium, Zinn, Sauerstoff, Indiumoxid, Zinnoxid, Indiumzinnoxid. Ferner kann die Kathode mindestens ein Material der folgenden Materialien aufweisen: Aluminium, Zink, Zinn, Antimon, Indium, Sauerstoff.
Ferner kann die Kathode ein Target aufweisen, wobei das Target das zu zerstäubende Material aufweist, z.B. Indium, Zinn, Sauerstoff, Indiumoxid, Zinnoxid, Indiumzinnoxid.
Ferner kann die mindestens eine Anode außerhalb des Beschichtungsbereichs angeordnet sein, beispielsweise in Bezug auf die Kathode gegenüberliegend zum mindestens einen elektrisch leitfähigen Element. Anschaulich gesehen können somit das Brennen des Plasmas (Erzeugen mittels der Magnetronanordnung) des Plasmas und das Verändern des Plasmas (Anpassen mittels des mindestens einen elektrisch leitfähigen Elements) unabhängig voneinander eingerichtet sein, indem die Anode von dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element räumlich separiert wird.
Ferner kann die mindestens eine Anode auf Masse geschaltet sein. Dabei kann die erste elektrische Spannung zwischen der Masse und der Kathode bereitgestellt sein oder werden.
Ferner kann das mindestens eine elektrisch leitfähige Element gegenüber der Masse betrieben werden.
Ferner kann die Kathode eine Rohrkathode oder mehrere Rohrkathoden aufweisen. Mit anderen Worten kann das Magnetron ein Rohrmagnetron oder Doppelrohrmagnetron sein.
Ferner kann das mindestens eine elektrisch leitfähige Element näher an dem zu beschichtenden Substrat angeordnet sein, als an der Kathode.
Ferner kann das mindestens eine elektrisch leitfähige Element näher an der Kathode angeordnet sein, als an dem zu beschichtenden Substrat.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mindestens eine elektrisch leitfähige Element in einem Abstand von ungefähr 2 mm bis ungefähr 50 mm zu dem zu beschichtenden Substrat angeordnet sein. Ferner kann der Abstand des mindestens einen elektrisch leitfähigen Elements von dem zu beschichtenden Substrat kleiner als die Hälfte des Abstands zwischen der Kathode und dem zu beschichtenden Substrat sein, wobei der Abstand zwischen der Kathode und dem zu beschichtenden Substrat in einem Bereich von ungefähr 40 mm bis ungefähr 150 mm liegen kann. Dabei können die beschriebenen Abstände die Plasmabedingen beeinflussen, und somit auch die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben der hierin beschriebenen Magnetronsputtervorrichtung beispielsweise Folgendes aufweisen: das Bereitstellen einer ersten Gleichspannung oder einer ersten gleichgerichteten Spannung zwischen einem Magnetron und einer Anode zum Betreiben des Magnetrons, wobei mittels des Magnetrons ein Plasma innerhalb eines Beschichtungsbereichs einer Vakuumkammer erzeugt wird; das Bereitstellen einer zweiten Spannung an einem elektrisch leitfähigen Element, wobei das elektrisch leitfähige Element derart innerhalb des Beschichtungsbereichs angeordnet und eingerichtet ist, dass mittels des elektrisch leitfähigen Elements Eigenschaften des in dem Beschichtungsbereich erzeugten Plasmas (und die Eigenschaften einer mittels des Magnetrons abgeschiedenen Schicht) beeinflusst werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben der hierin beschriebenen Magnetronsputtervorrichtung beispielsweise Folgendes aufweisen: Bereitstellen einer gleichgerichteten ersten Spannung an einem Magnetron zum Betreiben des Magnetrons, wobei mittels des Magnetrons ein Plasma innerhalb eines Beschichtungsbereichs einer Vakuumkammer erzeugt wird; und Bereitstellen einer zweiten Spannung an einem elektrisch leitfähigen Element, wobei das elektrisch leitfähige Element derart innerhalb des Beschichtungsbereichs angeordnet und eingerichtet ist, dass mittels des elektrisch leitfähigen Elements Eigenschaften des in dem Beschichtungsbereich erzeugten Plasmas beeinflusst werden.
Ferner kann die erste Gleichspannung oder die erste gleichgerichteten Spannung gepulst bereitgestellt werden.
Ferner kann die zweite elektrische Spannung als eine zweite Gleichspannung oder zweite gleichgerichtete Spannung bereitgestellt werden.
Ferner kann die zweite elektrische Spannung gepulst bereitgestellt werden.
Ferner kann das Verfahren zum Betreiben der hierin beschriebenen Magnetronsputtervorrichtung das Anpassen der Plasmaeigenschaften mittels des elektrisch leitfähigen Elements aufweisen.
Ferner kann das Verfahren zum Betreiben der hierin beschriebenen Magnetronsputtervorrichtung das Beschichten eines Substrats innerhalb der Vakuumkammer aufweisen.
Ferner kann das Substrat innerhalb der Vakuumkammer mit einem transparenten leitfähigen Oxid, z.B. ITO, beschichtet werden.
Ferner kann das Verfahren zum Betreiben der hierin beschriebenen Magnetronsputtervorrichtung das Anpassen der Schichteigenschaften mittels des elektrisch leitfähigen Elements aufweisen.
Ferner kann die hierin beschriebene Magnetronsputtervorrichtung zum Beschichten eines Substrats mit einem transparenten leitfähigen Oxid (z.B. ITO) genutzt werden.
Anschaulich gesehen kann die hierin beschriebene Magnetronsputtervorrichtung und das entsprechende Verfahren für transparente leitfähige Oxide genutzt werden, beispielsweise für ITO, wobei die Betriebsparameter Materialabhängig sein können, vgl. 4.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Magnetronsputtervorrichtung in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A und 2B jeweils eine schematische Darstellung einer Magnetronsputtervorrichtung in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Magnetronsputtervorrichtung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Schichteigenschaften von ITO-Schichten, welche mittels der Magnetronsputtervorrichtung unter verschiedenen Bedingungen abgeschieden wurden.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. Ferner können die Figuren eine oder mehrere gepunktete Linien enthalten, welche beispielsweise Hilfslinien zur besseren Orientierung sein können und/oder beispielsweise Bereiche veranschaulichen können.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Im Allgemeinen kann ITO beispielsweise von keramischen In₂O₃:SnO₂-Targets unter DC-Anregung gesputtert werden. Mittels einer HF-Überlagerung in dem DC-Sputterprozess kann die Brennspannung und damit der Ionenbeschuss während des Wachstums der ITO-Schichten verringert werden. Dies kann beispielsweise zu geringeren spezifischen elektrischen Widerständen der ITO-Schichten führen. Dabei wird aufgrund der HF-Überlagerung die Brennspannung der ITO-Kathode signifikant reduziert, wobei die Brennspannung die maximale Energie der Teilchen bestimmen kann, die im Bereich des Targets (der ITO-Kathode) entstehen. Die HF-Überlagerung des DC-Sputterprozesses kann den gesamten Sputterprozess in der Vakuumkammer beeinflussen. Eine derartige Kombination der HF-Sputtertechnologie und DC-Sputtertechnologie kann beispielsweise sehr komplex im Aufbau und in der Anwendung sein, so dass der technische Aufwand zu groß sein kann, eine langzeitstabile, effiziente Beschichtung zu realisieren. Ferner kann die HF-Anregung des Plasmas mehrere Betriebsparameter gleichzeitig beeinflussen, so dass diese nicht unabhängig voneinander eingestellt oder gewählt werden können, beispielsweise unter anderem die Ionenenergie, die Brennspannung, die Plasmadichte und die Beschichtungsrate.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können eine Magnetronsputtervorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben der Magnetronsputtervorrichtung bereitgestellt sein oder werden, wobei beispielsweise die Plasmadichte unabhängig von der Brennspannung eingestellt werden kann. Die Brennspannung ist beispielsweise die Spannung welche zwischen der Anode und der Kathode (also dem Target) bereitgestellt wird, um das Plasma zu erzeugen und somit die Magnetronanordnung zu betreiben.
Im Gegensatz zum MF-Sputtern, mit Frequenzen in einem Bereich von ungefähr 10 kHz bis ungefähr 300 kHz, kann beim DC-Sputtern auf ein ständiges neuzünden des Plasma verzichtet werden. Das Zünden des Plasmas beim MF-Sputtern erfordert höhere Spannungen und führt kurzzeitig zu hohen Ionenenergien. Mit anderen Worten können MF-Sputterprozesse ungeeignet sein, die notwendigen geringen Ionenenergien zum Abscheiden einer optimalen TCO-Schicht oder ITO-Schicht bereitzustellen.
Im Gegensatz zum HF-Sputtern, mit Frequenzen in einem Bereich von einigen Megahertz, z.B. 13,56 MHz, können beim DC-Sputtern wesentlich größere Beschichtungsraten ermöglicht werden, und resultierend einen effizienteren Betrieb der Magnetronsputtervorrichtung. Mit anderen Worten können HF-Sputterprozesse ungeeignet sein, die notwendigen hohen Abscheideraten zum effizienten Abscheiden einer TCO-Schicht oder ITO-Schicht bereitzustellen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronsputtervorrichtung ein Magnetron aufweisen, z.B. ein Planarmagnetron, wobei aufgrund des Magnetfeldes eine vergleichsweise geringe Brennspannung verwendet werden kann. Ferner kann ein Rohrmagnetron verwendet werden, welches beispielsweise eine günstigere Magnetfeldkonfiguration aufweist und somit einen effizienteren Betrieb ermöglichen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronsputtervorrichtung mindestens eine Zusatzelektrode aufweisen (das elektrisch leitfähige Element), beispielsweise zwischen der Magnetronanordnung und dem zu beschichtenden Substrat. Mit anderen Worten kann eine Zusatzelektrode oder ein elektrisch leitfähiges Element im Beschichtungsbereich angeordnet sein, beispielsweise in der Nähe des Substrats. Ferner kann das Magnetron mittels einer kontinuierlichen, einer gepulsten, oder einer modulierten DC-Spannung betrieben werden. Dabei kann das Pulsen der Spannung mit einer Frequenz in einem Bereich von kleiner als ungefähr 2 kHz erfolgen, z.B. kleiner als ungefähr 1 kHz. Ferner kann die Zusatzelektrode mit einer gepulsten DC-Spannung positiver Polarität betrieben werden.
Wie in 1 in einer schematischen Ansicht einer Magnetronsputtervorrichtung 100 veranschaulicht ist, kann diese beispielsweise Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer 102 mit einer Magnetronanordnung 104 zum Beschichten eines Substrats 108 innerhalb eines Beschichtungsbereichs 106 der Vakuumkammer 102, wobei die Magnetronanordnung 104 mindestens eine Kathode 104a (ein Kathode oder mehrere Kathoden, z.B. zwei oder mehr als zwei Kathoden) und mindestens eine Anode 104b (ein Anode oder mehrere Anoden, z.B. zwei oder mehr als zwei Anoden) zum Bereitstellen eines Plasmas innerhalb des Beschichtungsbereichs 106 aufweisen kann. Ferner kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 einen ersten Generator 110 aufweisen, welcher mit der mindestens einen Kathode 104a elektrisch leitend verbunden ist und derart eingerichtet ist, zwischen der mindestens einen Anode 104b und der mindestens einen Kathode 104a eine erste elektrische Spannung bereitzustellen. Ferner kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 mindestens ein elektrisch leitfähiges Element 112 (ein elektrisch leitfähiges Element oder mehrere elektrisch leitfähige Elemente) innerhalb des Beschichtungsbereichs 106 der Vakuumkammer 102 aufweisen. Ferner kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 einen zweiten Generator 114 aufweisen, welcher mit dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element 112 elektrisch leitend verbunden ist und derart eingerichtet ist, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element 112 eine zweite elektrische Spannung bereitzustellen, so dass mittels des zweiten Generators 114 und des elektrisch leitfähigen Elements 112 die Eigenschaften des in dem Beschichtungsbereich 106 erzeugten Plasmas beeinflusst werden können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in der Vakuumprozesskammer 102 ein Vakuum im Bereich des Feinvakuums, des Hochvakuums oder des Ultrahochvakuums bereitgestellt sein oder werden. Dabei kann das Vakuum mittels einer Vakuumpumpenanordnung bereitgestellt werden (nicht dargestellt), wobei die Vakuumpumpenanordnung beispielsweise mindestens eine Vorvakuumpumpe (Rootspumpe, Drehschieberpumpe) und eine Hochvakuumpumpe (Turbomolekularpumpe) aufweisen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Prozessdruck innerhalb der Vakuumprozesskammer 102 dynamisch bereitgestellt werden, wobei während des Prozesses sowohl mindestens ein Gas in die Vakuumprozesskammer 102 eingeleitet wird, als auch Gas aus der Vakuumprozesskammer 102 mittels der Vakuumpumpenanordnung abgepumpt wird. Dabei kann sich ein Gleichgewicht einstellen, wodurch der Prozessdruck festgelegt sein kann oder werden kann. Der Gasfluss durch die Vakuumprozesskammer 102 hindurch und/oder der Prozessdruck kann dabei mittels Ventilen und/oder Sensoren geregelt und/oder gesteuert werden.
Als Gas in der Vakuumkammer kann beispielsweise ein Inertgas genutzt werden, z.B. Argon, welches aufgrund der elektronischen Anregung (Ionisierung) mittels der Magnetronanordnung in ein Plasma (z.B. Argon-Plasma) überführt werden kann, so dass mittels des Plasmas das Targetmaterial (die Kathode) zerstäubt werden kann. Dabei kann das Gas mittels eines Gaszuführungssystems in den Beschichtungsbereich der Vakuumkammer eingebracht werden (vgl. 2B).
Ferner kann ein Reaktivgas, z.B. Sauerstoff, mittels des Gaszuführungssystems in den Beschichtungsbereich der Vakuumkammer eingebracht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Inertgas und das Reaktivgas getrennt voneinander oder in einer gemeinsamen Gasführung in die Vakuumkammer 102 eingebracht werden.
Ferner kann die Vakuumkammer 102 mindestens einen Zugangsbereich aufweisen, z.B. mit mindestens einem Ventil oder mindestens einer Schleuse, so dass ein zu beschichtendes Substrat 108 in die Vakuumkammer 102 hinein und/oder aus der Vakuumkammer 102 heraus transportiert werden kann. Entsprechend kann die Vakuumkammer 102 beispielsweise einen Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich aufweisen, welche an gegenüberliegenden Kammerwänden der Vakuumkammer 102 angeordnet sein können, so dass ein zu beschichtendes Substrat 108 durch die Vakuumkammer 102 hindurch transportiert werden kann. Wie in 1 veranschaulicht ist, kann das zu beschichtende Substrat 108 in dem Bereich 108 geführt und/oder transportiert sein oder werden, wobei der Bereich 108 auch das Substrat selbst veranschaulichen kann, wenn sich dieses beispielsweise in der Vakuumkammer 102 befindet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 als eine In-Line-Beschichtungsanlage eingerichtet sein, mittels der ein Substrat oder mehrerer Substrate (z.B. ein sogenanntes Endlossubtrat aus eine Folge von aneinander liegenden Substraten) kontinuierlich beim Transportieren durch die Vakuumkammer 102 hindurch beschichtet werden können. Dabei kann die Vakuumkammer 102 beispielsweise ein Bestandteil, ein Kompartment, der einer In-Line-Beschichtungsanlage sein.
Ferner kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 als eine Batch-Beschichtungsanlage eingerichtet sein, mittels der ein Substrat oder mehrerer Substrate schubweise in der Vakuumkammer 102 beschichtet werden können, wobei die Substrate jeweils zunächst in die Vakuumkammer 102 eingebracht werden, dann beschichtet werden, und anschließend die beschichteten Substrate aus der Vakuumkammer 102 heraus gebracht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer 102 eine Transportvorrichtung ausweisen, zum Transportieren eines Substrats 108 oder mehrerer Substrate 108 durch die Vakuumkammer 102 hindurch, oder in die Vakuumkammer 102 hinein und aus der Vakuumkammer 102 heraus (vgl. 2B).
Die Transportvorrichtung kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass das zu beschichtende Substrat 108 mittels mehrerer Transportrollen geradlinig durch den Beschichtungsbereich 106 hindurch transportiert wird. Ferner kann die Transportvorrichtung eine Rolle oder eine Trommel aufweisen, zum Führen eines Bandsubstrats durch die Vakuumkammer 102 hindurch.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 unabhängig von dem jeweiligen Transportsystem eingerichtet sein, wobei das elektrisch leitfähige Element 112 in einem Bereich zwischen dem in der Vakuumkammer 102 geführten Substrat 108 und der Magnetronanordnung 104 (z.B. der Kathode 104a) angeordnet sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Beschichtungsbereich 106 als der Bereich angesehen werden, in welchem sich das zerstäubte Targetmaterial ausbreitet, beispielsweise in Richtung des zu beschichtenden Substrats 108. Der Beschichtungsbereich 106 kann entlang einer Richtung durch die Magnetronanordnung 104 (die Kathode 104b) begrenzt sein und in die entgegengesetzte Richtung durch den Substratbereich 108 oder das zu beschichtende Substrat 108.
Das elektrisch leitfähige Element 112 kann beispielsweise eine Zusatzelektrode sein, welche in der Vakuumkammer 102 in dem Beschichtungsbereich 106 angeordnet sein kann. Ferner kann ein in der Vakuumkammer 102 befindliches Bauteil das elektrisch leitfähige Element 112 bereitstellen oder als elektrisch leitfähiges Element 112 genutzt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elektrisch leitfähige Element 112 eine Sputterblende (Blende) innerhalb des Beschichtungsbereichs 106 sein, bzw. eine Sputterblende der Magnetronsputtervorrichtung 100 kann als elektrisch leitfähiges Element 112 genutzt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Generator 110 eine Gleichspannungsquelle aufweisen zum Bereitstellen einer Brennspannung der Kathode in einem Bereich von –300 V bis –100 V, wobei diese Gleichspannung mittels einer elektrisch leitenden Verbindung an die Kathode 104a angelegt werden kann. Diese mittels des ersten Generators 110 erzeugte erste elektrische Spannung kann beispielsweise zwischen der Kathode 104a und der Anode 104b angelegt sein oder werden. Die erste Gleichspannung kann gepulst werden, beispielsweise mittels vordefinierten Einschaltens und Abschaltens des ersten Generators 110 (oder der Gleichspannungsquelle). Ferner kann die Gleichspannung gepulst werden, indem der erste Generator 110 in vordefinierter Weise an die Kathode 104a bzw. Anode 104b gekoppelt und von der Kathode 104a bzw. Anode 104b entkoppelt wird. Dieser Pulsbetrieb des ersten Generators 110 kann bis zu einer Frequenz von mehreren Kilohertz erfolgen, z.B. mit einer Frequenz in einem Bereich von 0 kHz bis 200 kHz. Dabei kann die erste elektrische Spannung stets nicht positiv sein.
Ferner kann die erste elektrische Spannung mittels des ersten Generators 110 auch als gleichgerichtete Wechselspannung bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann die Magnetronanordnung 104 mittels einer modulierten nicht positiven Spannung betrieben werden. Anschaulich gesehen kann der DC-Betrieb der Magnetronanordnung 104 modifiziert werden, wobei jedoch die Plasmaanregungsmechanismen nicht wesentlich von einer DC-Anregung abweichen sollen, da ansonsten die gewünschten Schichteigenschaften für die abgeschiedene TCO-Schicht oder ITO-Schicht nicht realisiert werden können, z.B. die hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Transparenz (vgl. 4).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Pulsen der ersten elektrischen Spannung mittels des ersten Generators 110 mit symmetrischer An-Zeit (in der die Gleichspannung bereitgestellt wird) und Aus-Zeit (in der die Gleichspannung nicht anliegt) erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Pulsen der ersten elektrischen Spannung mittels des ersten Generators 110 mit asymmetrischer An-Zeit und Aus-Zeit erfolgen, z.B. kann die An-Zeit größer als die Aus-Zeit sein oder die Aus-Zeit größer als die An-Zeit.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Generator 114 eine Gleichspannungsquelle aufweisen zum Bereitstellen einer Gleichspannung in einem Bereich von ungefähr –20 V bis ungefähr 300 V, z.B. in einem Bereich von ungefähr –10 V bis ungefähr 250 V, z.B. in einem Bereich von ungefähr –20 V bis ungefähr 200 V, z.B. in einem Bereich von ungefähr 50 V bis ungefähr 300 V, wobei diese Gleichspannung mittels einer elektrisch leitenden Verbindung an das elektrisch leitfähige Element 112 angelegt werden kann. Diese mittels des zweiten Generators 114 erzeugte zweite elektrische Spannung kann beispielsweise zwischen dem elektrisch leitfähigen Element 112 und der Masse 114a angelegt sein oder werden. Die erste Gleichspannung kann gepulst werden, beispielsweise mittels vordefinierten Einschaltens und Abschaltens des zweiten Generators 114 (oder der Gleichspannungsquelle). Ferner kann die Gleichspannung gepulst werden, indem der zweite Generator 114 in vordefinierter Weise an das elektrisch leitfähige Element 112 gekoppelt und von dem elektrisch leitfähigen Element 112 entkoppelt wird. Dieser Pulsbetrieb des zweiten Generators 114 kann bis zu einer Frequenz von mehreren Kilohertz erfolgen, z.B. mit einer Frequenz in einem Bereich von 0 kHz bis 200 kHz. Dabei kann die erste elektrische Spannung stets im Wesentlichen positiv sein.
Ferner können kurzzeitig (z.B. in einem Bereich von einigen Zehntelsekunden bis zu einigen Sekunden) mit einer geringen Wiederholrate (z.B. in einem Bereich von Minuten) geringe negative Spannungen (z.B. in einem Bereich von 0 V bis ungefähr –20 V) auf das elektrisch leitfähige Element 112 gelegt werden, beispielsweise um das elektrisch leitfähige Element 112 freizusputtern oder zu reinigen; und/oder um eine statische elektrische Aufladung zu vermeiden bzw. das sogenannte Arcing (Lichtbogenentladungen) zu vermeiden.
Ferner kann die zweite elektrische Spannung mittels des zweiten Generators 110 auch im Wesentlichen als gleichgerichtete Wechselspannung bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann das elektrisch leitfähige Element 112 mittels einer modulierten nicht negativen Spannung betrieben werden. Anschaulich gesehen kann der DC-Betrieb des zweiten Generators 114 modifiziert werden, wobei jedoch im Wesentlichen eine positive zweite elektrische Spannung an dem elektrisch leitfähigen Element 112 bereitgestellt wird, da ansonsten die gewünschten Schichteigenschaften für die abgeschiedene TCO-Schicht oder ITO-Schicht nicht realisiert werden können, z.B. die hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Transparenz (vgl. 4).
Es versteht sich, dass dabei der Betrieb der Magnetronanordnung 104 und der Generatoren 110 und 114 entsprechend dann erfolgen kann, wenn ein zu beschichtendes Substrat 108 in dem Beschichtungsbereich 106 beschichtet wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Pulsen der zweiten elektrischen Spannung mittels des zweiten Generators 114 mit symmetrischer An-Zeit (in der die Gleichspannung bereitgestellt wird) und Aus-Zeit (in der die Gleichspannung nicht anliegt) erfolgen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Pulsen der zweiten elektrischen Spannung mittels des zweiten Generators 114 mit asymmetrischer An-Zeit und Aus-Zeit erfolgen, z.B. kann die An-Zeit größer als die Aus-Zeit sein oder die Aus-Zeit größer als die An-Zeit.
Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und/oder Konfigurationen der Magnetronsputtervorrichtung 100 beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1 beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in der 1 beschriebene Magnetronsputtervorrichtung 100 übertragen werden oder mit der in der 1 beschriebenen Magnetronsputtervorrichtung 100 kombiniert werden.
Wie beispielsweise in 2A schematisch dargestellt ist, kann die Anode 104b der Magnetronanordnung 104 auf die elektrische Masse 110b gelegt sein oder werden, beispielsweise geerdet sein oder werden. Ferner kann die Masse 110b eine sogenannte virtuelle Masse sein, also ein beliebiges Referenzpotential. Ferner kann mittels des ersten Generators 110 die erste elektrische Spannung an der Kathode 104a gegenüber der elektrischen Masse (oder dem Referenzpotential) bereitgestellt werden, beispielsweise kann der erste Generator 110 geerdet sein. Ferner können die Anode 104b und der erste Generator 110 auf der gleichen Masse liegen, bzw. auf dem gleichen Referenzpotential.
In diesem Fall, wie in 2A dargestellt ist, kann beispielsweise auch die Vakuumkammer 102 auf Masse oder Referenzpotential gelegt sein oder geerdet sein, so dass beispielsweise die Vakuumkammer 102 einen Teil der Anode 104b bilden kann. Dies kann beispielsweise die Ausbreitung des Plasmas in dem Beschichtungsbereich 106 verändern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Generator 110 mit einer größeren Leistung betrieben werden, als der zweite Generator 114. Dabei ist der Ladungsträgerstrom zwischen der Kathode 104a und der Anode 104b größer (z.B. mehr als doppelt so groß) als zwischen dem elektrisch leitfähigen Element 112 und der Kathode 104a.
Dabei kann beispielsweise das Brennen des Plasmas in dem Beschichtungsbereich 106 mittels der Magnetronanordnung 104 realisiert sein, wobei die Plasmaeigenschaften in Substratnähe mittels des elektrisch leitfähige Elements 112 beeinflusst bzw. verändert werden, so dass entsprechend die Schichteigenschaften einer abgeschiedenen ITO-Schicht angepasst oder eingestellt werden können.
Wie vorangehend beschrieben veranschaulicht 2B eine Magnetronsputtervorrichtung 100 aufweisend ein Rohrmagnetron 104 mit einer Rohrkathode 104a und eine Anode 104b. Dabei kann die Anode beispielsweise auf der Seite der Rohrkathode 104a angeordnet sein, welche vom Beschichtungsbereich 106 weg gerichtet ist. Anschaulich gesehen kann die Rohrkathode 104a zwischen der Anode 104b und dem elektrisch leitfähigen Element 112 angeordnet sein. Damit können die Schichteigenschaften einer in dem Beschichtungsbereich 106 abgeschiedenen Schicht hauptsächlich mittels des elektrisch leitfähigen Elements 112 angepasst und/oder verändert werden.
Ferner kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 ein Substrattransportsystem 224 aufweisen, wie vorangehend beschreiben. Ferner kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 eine Pumpenanordnung 222 aufweisen, wie vorangehend beschrieben. Ferner kann die Magnetronsputtervorrichtung 100 ein Gaszuführungssystem 220 aufweisen, wie vorangehend beschrieben.
In 3 ist schematisch in einem Ablaufdiagramm ein Verfahren 300 zum Betreiben einer Magnetronsputtervorrichtung 100 dargestellt, wobei das Verfahren 300 aufweist: in 310, das Bereitstellen einer ersten Gleichspannung oder einer ersten gleichgerichteten Spannung an einem Magnetron (zwischen einer Kathode 104a und einer Anode 104b) zum Betreiben des Magnetrons, wobei mittels des Magnetrons ein Plasma innerhalb eines Beschichtungsbereichs 106 einer Vakuumkammer 102 erzeugt wird; und, in 320, das Bereitstellen einer zweiten Spannung an einem elektrisch leitfähigen Element 112, wobei das elektrisch leitfähige Element 112 derart innerhalb des Beschichtungsbereichs 106 angeordnet und eingerichtet ist, dass mittels des elektrisch leitfähigen Elements 112 Eigenschaften des in dem Beschichtungsbereich erzeugten Plasmas beeinflusst werden.
Ferner kann das Verfahren 300 aufweisen: in 320, das Bereitstellen einer zweiten Spannung an einem elektrisch leitfähigen Element 112, wobei das elektrisch leitfähige Element 112 derart innerhalb des Beschichtungsbereichs 106 angeordnet und eingerichtet ist, dass mittels des elektrisch leitfähigen Elements 112 Eigenschaften (z.B. die elektrischen und/oder optischen Eigenschaften) einer in dem Beschichtungsbereich 106 abgeschiedenen ITO-Schicht beeinflusst werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Gleichspannung oder die erste gleichgerichteten Spannung gepulst bereitgestellt sein, beispielsweise mittels des ersten Generators 110. Ferner kann die zweite elektrische Spannung als eine zweite Gleichspannung oder zweite gleichgerichtete Spannung bereitgestellt sein, beispielsweise mittels des zweiten Generators 114.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie vorangehend beschrieben, können die Plasmaeigenschaften eines mittels der Magnetronanordnung 104 in dem Beschichtungsbereich 106 erzeugten Plasmas mittels des elektrisch leitfähigen Elements beeinflusst, verändert und/oder eingestellt werden. Dabei kann es, z.B. für ITO, eine direkte Korrelation der Plasmaeigenschaften in Substratnähe und der mittels der Magnetronsputtervorrichtung 100 abgeschiedenen Schicht geben. Daher können beispielsweise Schichteigenschaften einer mittels der Magnetronsputtervorrichtung 100 abgeschiedenen Schicht (z.B. ITO-Schicht) mittels des elektrisch leitfähigen Elements beeinflusst, verändert und/oder eingestellt werden.
Ferner kann eine Magnetronsputtervorrichtung 100 zum Beschichten eines Substrats 108 (z.B. eines Glassubstrats, eines Halbleitersubstrats, einer Metallfolie, oder einer Polymerfolie) mit einem transparenten leitfähigen Oxid (z.B. ITO) verwendet werden.
Wie in 4 dargestellt ist, kann mittels einer an der Zusatzelektrode (an dem elektrisch leitfähigen Element 112) angelegten Spannung der Flächenwiderstand 401 (mit dem Symbol des Quadrats) und der spezifische elektrische Widerstand 403 (mit dem Symbol der Raute) von ITO-Schichten beeinflusst werden, bei zusätzlicher Abhängigkeit vom Sauerstofffluss 402. Dabei kann eine substratnah angebrachte Blende als Zusatzelektrode genutzt werden. In der Grafik 404 ist gezeigt, dass mittels Anlegens einer Spannung von 0 V in der Messreihe 404a, von 100 V in der Messreihe 404b, bis 150 V in der Messreihe 404c der spezifische elektrische Widerstand 1103 des abgeschiedenen ITO von 800 µOhmcm auf 550 µOhmcm gesenkt werden kann. Basierend auf dieser Erkenntnis kann beispielsweise die Magnetronsputtervorrichtung 100 derart eingerichtet sein und betrieben werden, dass die elektrische Leitfähigkeit einer abgeschiedenen ITO-Schicht optimal sein kann. Es versteht sich, dass die Transparenz der ITO-Schichten in einem ausreichend hohen Bereich bleit (z.B. größer als ungefähr 80%, z.B. größer als ungefähr 90%, z.B. größer als ungefähr 95%), so dass diese optimierten ITO-Schichten für optische und/oder optoelektronische Bauelemente genutzt werden können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschriebe Magnetronsputtervorrichtung und das entsprechende Verfahren zum Betreiben der Magnetronsputtervorrichtung Anwendung in der Abscheidung von transparenten leitfähigen Oxiden, wie z.B. ITO, mittels Kathodenzerstäubung finden.
Ferner können transparente leitfähige Oxide wie dotiertes Zinkoxid, z.B. mit Aluminium dotiertes Zinkoxid (AZO) oder dotiertes Zinnoxid, z.B. mit Antimon dotiertes Zinnoxid, mittels der Magnetronsputtervorrichtung 100 abgeschieden werden.
Mittels der Vorrichtung und des Verfahrens kann beispielsweise der Teilchenbeschuss während des Schichtwachstums einer TCO-Schicht gezielt beeinflusst und/oder eingestellt werden. Dies kann in einem geringeren spezifischen elektrischen Widerstand der TCO-Schicht resultieren, bei gleichbleibender optischer Transparenz. Ein Einsatzgebiet kann das Abscheiden von ITO für elektronische Geräte oder Bauteile sein, z.B. für Touchpanels. Ein weiteres Einsatzgebiet kann die ITO-Abscheidung zum Herstellen von HIT-(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)-Solarzellen sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine gleichgerichtete elektrische Spannung als eine elektrische Spannung verstanden werden, welche eine konstante Polarität aufweist, oder zumindest über einen bestimmten Zeitraum keinen Polaritätswechsel aufweist, z.B. über mehrere Minuten. Ferner kann eine gleichgerichtete elektrische Spannung eine Gleichspannung sein, mit konstanter Polarität und konstantem Spannungswert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine gleichgerichtete elektrische Spannung eine gleichgerichtete Wechselspannung sein. Ferner kann die Signalform der elektrischen Spannung modifiziert sein oder werden.

Claims

Magnetronsputtervorrichtung (100) aufweisend, • eine Vakuumkammer (102) mit einer Magnetronanordnung (104) zum Beschichten eines Substrats (108) innerhalb eines Beschichtungsbereichs (106) der Vakuumkammer (102), wobei die Magnetronanordnung (104) mindestens eine Kathode (104a) und mindestens eine Anode (104b) zum Bereitstellen eines Plasmas innerhalb des Beschichtungsbereichs (106) aufweist; • einen ersten Generator (110), der mit der mindestens einen Kathode (104a) elektrisch leitend verbunden und derart eingerichtet ist, zwischen der mindestens einen Anode (104b) und der mindestens einen Kathode (104a) eine erste elektrische Spannung bereitzustellen; • mindestens ein elektrisch leitfähiges Element (112) innerhalb des Beschichtungsbereichs (106) der Vakuumkammer (102); • einen zweiten Generator (114), der mit dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element (112) elektrisch leitend verbunden und derart eingerichtet ist, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element (112) eine zweite elektrische Spannung bereitzustellen, so dass mittels des zweiten Generators (114) und des elektrisch leitfähigen Elements (112) die Eigenschaften des in dem Beschichtungsbereich (106) erzeugten Plasmas beeinflusst werden können.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Generator (110) eingerichtet ist, zwischen der mindestens einen Anode und der mindestens einen Kathode eine erste Gleichspannung und/oder eine erste gleichgerichtete Spannung bereitzustellen.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Generator (110) eingerichtet ist, zwischen der mindestens einen Anode und der mindestens einen Kathode eine negative erste elektrische Spannung bereitzustellen und wobei der zweite Generator (114) eingerichtet ist, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element eine verglichen mit der ersten elektrischen Spannung positivere zweite elektrische Spannung bereitzustellen.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Generator (110) derart eingerichtet ist, zwischen der mindestens einen Anode und der mindestens einen Kathode eine gepulste erste Spannung bereitzustellen.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Generator (114) derart eingerichtet ist, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element (112) eine zweite Gleichspannung oder eine zweite gleichgerichtete Spannung bereitzustellen.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Generator (114) derart eingerichtet ist, an dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Element (112) eine gepulste zweite Spannung bereitzustellen.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: ein Gaszuführungssystem (220) zum Bereitstellen eines Prozessgases innerhalb des Beschichtungsbereichs (106) der Vakuumkammer.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kathode (104a) ein Material aufweist zum Abscheiden eines transparenten leitfähigen Oxides.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine Anode (104b) außerhalb des Beschichtungsbereichs (106) angeordnet ist.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die mindestens eine Anode (104b) auf Masse geschalten ist.
Magnetronsputtervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kathode (104a) eine Rohrkathode oder mehrere Rohrkathoden aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Magnetronsputtervorrichtung (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweisend: • Bereitstellen einer gleichgerichteten ersten elektrischen Spannung an einem Magnetron zum Betreiben des Magnetrons, wobei mittels des Magnetrons ein Plasma innerhalb eines Beschichtungsbereichs (106) einer Vakuumkammer (102) erzeugt wird; • Bereitstellen einer zweiten elektrischen Spannung an einem elektrisch leitfähigen Element, wobei das elektrisch leitfähige Element (112) derart innerhalb des Beschichtungsbereichs (106) angeordnet und eingerichtet ist, dass mittels des elektrisch leitfähigen Elements (112) Eigenschaften des in dem Beschichtungsbereich erzeugten Plasmas beeinflusst werden.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die erste Gleichspannung oder die erste gleichgerichteten Spannung gepulst bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die zweite elektrische Spannung als eine zweite Gleichspannung oder zweite gleichgerichtete Spannung bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die zweite elektrische Spannung gepulst bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner aufweisend: Anpassen der Plasmaeigenschaften mittels des elektrisch leitfähigen Elements (112).
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, ferner aufweisend: Beschichten eines Substrats (108) innerhalb der Vakuumkammer (102).
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Substrat (108) innerhalb der Vakuumkammer (102) mit einem transparenten leitfähigen Oxid beschichtet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, ferner aufweisend: Anpassen der Schichteigenschaften mittels des elektrisch leitfähigen Elements (112).
Verwenden einer Magnetronsputtervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Beschichten eines Substrats (108) mit einem transparenten leitfähigen Oxid.