DE102013208771B4 - Method for influencing the layer thickness distribution on substrates and use of a device for carrying out the method - Google Patents

Method for influencing the layer thickness distribution on substrates and use of a device for carrying out the method Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Beeinflussung der Schichtdickenverteilung auf Substraten bei Sputterprozessen unter Verwendung von mindestens zwei Magnetrons, die jeweils eine Kathode, ein Target und einen Magnetsatz aufweisen, wobei die Position zumindest eines Magnetsatzes verändert wird, wodurch die Kopplung der Magnetfelder und so die Schichtdicke auf dem Substrat beeinflusst wird.

Figure DE102013208771B4_0000
A method for influencing the layer thickness distribution on substrates in sputtering processes using at least two magnetrons, each having a cathode, a target and a magnet set, wherein the position of at least one set of magnets is changed, whereby the coupling of the magnetic fields and thus affects the layer thickness on the substrate becomes.
Figure DE102013208771B4_0000

Description

Verfahren zur Beeinflussung der Schichtdickenverteilung auf Substraten und Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Method for influencing the layer thickness distribution on substrates and use of a device for carrying out the method.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Schichtdickenverteilung auf Substraten bei Sputterprozessen unter Verwendung von mindestens zwei Magnetrons.The invention relates to a method for influencing the layer thickness distribution on substrates in sputtering processes using at least two magnetrons.

Optische Präzisionsfilter sind eine Schlüsselkomponente vieler industrieller Produkte der optischen Technologien. Für industrielle Anwendungen in den Bereichen Konsumgüter, Halbleiterinspektion, Bioverfahrens- und Medizintechnik, Beleuchtung, Materialbearbeitung sowie Laseroptik werden neue, verbesserte Produktionsverfahren benötigt, die eine präzisere und zugleich kosteneffiziente Fertigung ermöglichen. Dies betrifft insbesondere Filter mit einem sehr hohen Komplexitätsgrad, also Multischichtsysteme mit Schichtzahlen oberhalb von ca. 60 bis über 1000, bei denen zunehmend extremere Anforderungen an die spektralen Eigenschaften gefordert sind.Precision optical filters are a key component of many industrial products of optical technologies. Industrial applications in the consumer, semiconductor, bioprocessing, medical, lighting, materials processing, and laser optics industries will require new, improved production techniques that will enable more accurate and cost-effective manufacturing. This applies in particular to filters with a very high degree of complexity, ie multilayer systems with layer numbers above about 60 to more than 1000, in which increasingly extreme demands on the spectral properties are required.

Das Magnetronsputtern hat zur Produktion dieser sehr komplexen Filter eine besondere Bedeutung. Hierbei erfolgt eine Zerstäubung des Materials in einem Plasma. Dabei werden Edelgasionen (i.d.R. Argon) erzeugt, die auf die Oberfläche des abzutragenden Materials beschleunigt werden und dieses zerstäuben (Sputtern).Magnetron sputtering has a special significance for the production of these very complex filters. This atomization of the material takes place in a plasma. Here, noble gas ions (i.d.R. argon) are generated, which are accelerated to the surface of the material to be removed and this sputtering (sputtering).

Ein geeignetes Magnetfeld an der Kathode dient dem Einfang von Elektronen auf Zykloidenbahnen, was zu einer erhöhten Plasmadichte am Target und damit zu einer deutlich höheren Rate bei gleichem Prozessdruck führt. In reaktiven Prozessen erfolgt der Abtrag von metallischen Targets unter Zugabe des Reaktivgases in den Prozessraum. Durch dynamische Beschichtung mit mehreren Substratträgern kann der Durchsatz sehr groß werden.A suitable magnetic field at the cathode serves to capture electrons on cycloidal trajectories, which leads to an increased plasma density at the target and thus to a much higher rate at the same process pressure. In reactive processes, the removal of metallic targets takes place with the addition of the reactive gas into the process space. Through dynamic coating with multiple substrate carriers, the throughput can be very large.

Es kann auch ein oxidisches Target verwendet werden, so dass man den Anteil des Sauerstoffs im Plasma reduzieren kann.It can also be used an oxidic target, so that one can reduce the proportion of oxygen in the plasma.

Gepulste Verfahren im Mittelfrequenzbereich (10-100 kHz) mit Doppelkathoden-Anordnungen haben eine besondere Bedeutung bei der Herstellung von isolierenden Schichten wie Al2O3 oder SiO2, wobei dann Aluminium oder Siliziumtargets verwendet werden.Pulsed methods in the middle frequency range ( 10 - 100 kHz) with double cathode arrangements are of particular importance in the production of insulating layers such as Al 2 O 3 or SiO 2 , in which case aluminum or silicon targets are used.

Bedingt durch die wachsende Nachfrage an sehr komplexen, in großen Stückzahlen herzustellenden Dünnschichtfiltern erfährt das Magnetronsputtern seit relativ kurzer Zeit einen enormen Aufschwung in der Präzisionsoptik. Für die Herstellung derartiger Schichtsysteme hat das Magnetronsputtern sowohl technologische als auch wirtschaftliche Vorteile.Due to the growing demand for very complex thin-film filters to be produced in large quantities, magnetron sputtering has been experiencing a tremendous upswing in precision optics for a relatively short time. Magnetron sputtering has both technological and economic advantages for the production of such layer systems.

In heute verfügbaren Sputteranlagen für Optik werden planare Sputterkathoden (Magnetrons) eingesetzt. Die Sputterkathoden mit den Targets werden nicht gleichmäßig abgetragen, sondern es bildet sich ein je nach Magnetfeld mehr oder weniger steiler Erosionsgraben (Sputtergraben) aus, der dazu führt, dass die Schichtdickenverteilung über die Lebensdauer des Targets driftet. Dies passiert insbesondere bei Beschichtungsanlagen, bei denen die Substrate rotatorisch bewegt und bei denen Korrekturblenden (Shaper) zur Schichtdickenkorrektur eingesetzt werden. Aber auch bei linearen Verfahren (inline Prozesse) können Shaperblenden notwendig sein. Planar sputter cathodes (magnetrons) are used in today available sputtering systems for optics. The sputtering cathodes with the targets are not removed uniformly, but instead a more or less steep erosion trench (sputtering trench) forms depending on the magnetic field, which causes the layer thickness distribution to drift over the lifetime of the target. This happens in particular in coating systems in which the substrates are moved rotationally and in which correction diaphragms (shapers) are used for layer thickness correction. But even with linear processes (inline processes), shaper apertures may be necessary.

Durch den Einsatz von Rohrmagnetrons, die keinen Sputtergraben erzeugen, kann daher eine stabile Verteilung über die Target-Lebensdauer erreicht werden. Ein wesentlicher Punkt bei der Verwendung von Rohrmagnetrons ist die nicht driftende Verteilung.By using tubular magnetrons that do not generate a sputter trench, a stable distribution over the target lifetime can therefore be achieved. An essential point in the use of tubular magnetrons is the non-drifting distribution.

Diese auch hier favorisierte Konfiguration ermöglicht die beste Präzision. Shaperblenden müssen daher auf einen mittleren Wert eingestellt werden. Eine nicht konstante Verteilung ergibt sich besonders bei größeren Substratflächen (>100mm Durchmesser). Der Form der Shaperblende kommt dabei insbesondere bei den rotatorischen Beschichtungsprozessen eine besondere Bedeutung zu. Ohne eine Korrektur würde sich für eine rotatorische Beschichtungsanlage, bei dem das Substrat mit 200 mm Durchmesser im Abstand von 60 cm zum Mittelpunkt rotiert, ein Ratenunterschied von mehr als 10% von innen nach außen. In dem folgenden Beispiel liegt die Rate innen 15% über dem mittleren Wert, außen liegt sie 15% darunter (siehe 3).This configuration, also favored here, allows the best precision. Shaper apertures must therefore be set to a medium value. A non-constant distribution results especially for larger substrate surfaces (> 100mm diameter). The shape of the shaper is particularly important in the rotary coating processes of particular importance. Without a correction, a rate difference of more than 10% from inside to outside would occur for a rotary coater where the 200 mm diameter substrate is rotated 60 cm from the center. In the example below, the rate is 15% higher than the mean value on the inside, 15% lower on the outside (see 3 ).

Um die Beschichtung zu homogenisieren, muss die Blende also innen mehr „abschneiden“ als außen. Bei kurzen Magnetrons, bei denen auch noch Inhomogenitäten zum Rand auftreten, muss die Blendenform zusätzlich korrigiert werden.In order to homogenize the coating, the panel has to "cut off" more inside than outside. In the case of short magnetrons, where there are still inhomogeneities to the edge, the iris shape must be additionally corrected.

Um sehr gute Uniformitäten zu erreichen, muss die Blendenform außerordentlich präzise geformt sein. Bei einem Wert von besser als 99% sind das normalerweise weniger als 0,1 mm in der Formtoleranz, will man 99.9% erreichen, sind bereits Fertigungsfehler von höchstens 10 mm erlaubt. Berücksichtigt man noch Toleranzen im Einbau der Shaperblenden, sind diese Toleranzen gar nicht zu erreichen.In order to achieve very good uniformity, the aperture shape must be extremely precisely shaped. With a value of better than 99%, these are usually less than 0.1 mm in the form tolerance, if one wants to reach 99.9%, already manufacturing errors of at most 10 mm are permitted. If tolerances in the installation of the shaper diaphragms are taken into account, these tolerances can not be achieved at all.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung um eine verbesserte Homogenität der Beschichtung mittels Sputterprozessen zu erreichen.It was therefore an object of the present invention to achieve improved homogeneity of the coating by means of sputtering processes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 9 betrifft die Verwendung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. This object is achieved by the method with the features of claim 1. Claim 9 relates to the use of a device for carrying out the method. The other dependent claims show advantageous developments.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Beeinflussung der Schichtdickenverteilung auf Substraten bei Sputterprozessen bereitgestellt, bei dem mindestens zwei Magnetrons eingesetzt werden, die jeweils eine Kathode, ein Target und einen Magnetsatz aufweisen, wobei die Position zumindest eines Magnetsatzes verändert wird, wodurch die Kopplung der Magnetfelder und so die Schichtdicke auf dem Substrat beeinflusst wird.According to the invention, a method is provided for influencing the layer thickness distribution on substrates in sputtering processes in which at least two magnetrons are used, each having a cathode, a target and a magnet set, wherein the position of at least one magnet set is changed, whereby the coupling of the magnetic fields and so the layer thickness is influenced on the substrate.

Es wird damit ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die Toleranzen der Shaperblenden deutlich höher ausfallen können, um eine gleiche Uniformität zu erreichen, bzw. bei gleicher Toleranz kann eine bessere Unformität erreicht werden.It is thus provided a method in which the tolerances of the Shaper diaphragms can be significantly higher, in order to achieve the same uniformity, or at the same tolerance, a better unformity can be achieved.

Es ist bevorzugt, dass die Beschichtung rotatorisch erfolgt und als Magnetrons Rohrmagnetrons eingesetzt werden, deren Magnetsätze drehbar sind.It is preferred that the coating is rotational and are used as magnetron tube magnetrons whose magnet sets are rotatable.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Beschichtung linear (in-line) erfolgt und als Magnetrons Planarmagnetrons eingesetzt werden, deren Magnetsätze beweglich sind.A further preferred embodiment provides that the coating is linear (in-line) and used as Magnetrons Planarmagnetrons whose magnet sets are movable.

Als Sputterprozess wird vorzugsweise ein bipolarer, gepulster Prozess, ein unipolarer Prozess, ein Mittelfrequenztechnik-Prozess, ein DC-Prozess oder ein RF-Prozess durchgeführt.As a sputtering process, preferably a bipolar pulsed process, a unipolar process, a medium frequency engineering process, a DC process or an RF process is performed.

Die Substrate weisen vorzugsweise eine gekrümmte oder eine planare Oberfläche auf.The substrates preferably have a curved or a planar surface.

Vorzugsweise weist das Substrat eine linsenförmige Oberfläche auf, wobei die Beschichtung bevorzugt auf der konkaven und/oder konvexen Seite erfolgt.Preferably, the substrate has a lenticular surface, wherein the coating preferably takes place on the concave and / or convex side.

Es ist weiter bevorzugt, Korrekturblenden zur Beeinflussung der Schichtdicke einzusetzen, wobei vorzugsweise von 10 % bis 20 % der Sputterrate im äußeren Bereich der Korrekturblenden abgeschieden werden.It is further preferred to use correction apertures for influencing the layer thickness, wherein preferably from 10% to 20% of the sputtering rate are deposited in the outer region of the correction apertures.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass zusätzliche Magnetsätze auf der von den Magnetrons abgewandten Seite der Substrate angeordnet sind, insbesondere bei einer Beschichtung von linsenförmigen Substraten mit hochionisierten Plasmen (HIPIMS).A further preferred embodiment provides that additional magnet sets are arranged on the side of the substrates facing away from the magnetrons, in particular in the case of a coating of lenticular substrates with highly ionized plasmas (HIPIMS).

Erfindungsgemäß wird ebenso die Verwendung einer Sputtervorrichtung mit mindestens zwei Magnetrons, die jeweils eine Kathode, ein Target und einen Magnetsatz aufweisen, angegeben, wobei die Position zumindest eines Magnetsatzes zur Kopplung der Magnetfelder veränderbar ist und die Magnetsätze der mindestens zwei Magnetrons zueinander gedreht sind.According to the invention, the use of a sputtering apparatus having at least two magnetrons, each having a cathode, a target and a magnet set, also indicated, wherein the position of at least one magnet set for coupling the magnetic fields is variable and the magnet sets of the at least two magnetrons are rotated to each other.

Ein weiterer Gegenstand betrifft ein beschichtetes Substrat mit einer gekrümmten Oberfläche, wobei die Homogenität der Schichtdicke mindestens 98 %, bevorzugt 99 %, besonders bevorzugt 99,5 %, bezogen auf einen Substratdurchmesser von 8 bis 200 mm und gemessen mittels ellipsometrischer oder spekralphotometrischer Bestimmung.A further subject relates to a coated substrate having a curved surface, wherein the homogeneity of the layer thickness of at least 98%, preferably 99%, particularly preferably 99.5%, based on a substrate diameter of 8 to 200 mm and measured by means of ellipsometric or spekralphotometrischer determination.

Ein weiterer Gegenstand betrifft ein beschichtetes Substrat mit einer planaren Oberfläche, wobei die Homogenität der Schichtdicke mindestens 99,5 %, bevorzugt 99,9 %, bezogen auf einen Substratdurchmesser von 200 mm und gemessen mittels ellipsometrischer oder spekralphotometrischer Bestimmung.A further subject relates to a coated substrate having a planar surface, the homogeneity of the layer thickness being at least 99.5%, preferably 99.9%, based on a substrate diameter of 200 mm and measured by means of ellipsometric or spectrophotometric determination.

Diese beschichteten Substrate sind vorzugsweise mit dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet.These coated substrates are preferably coated with the method according to the invention described above.

In Experimenten hat sich gezeigt, dass bei Rohrmagnetrons, die man nebeneinander anordnet, und die man mit Mittelfrequenztechnik betreibt, eine Kopplung der inneren Racetracks erzielt wird (siehe 5). Diese Kopplung wird noch stärker, wenn man die Magnetsätze der Magnetrons zueinander dreht (siehe 6). Das bedeutet, dass die beiden inneren Racetracks der Magnetrons stärker brennen als die äußeren. Die Rate in diesem Bereich ist also deutlich höher als die Rate zum Rand. Typisch kann erreicht werden, dass die Rate 10% größer ist, sie kann aber auch um ein Mehrfaches größer sein, so dass außen nur noch 10% der Rate erreicht wird. Der Idealfall ist, wenn die Rate der äußeren Racetracks etwas größer ist als die Inhomogenität, die man ganz ohne Blende erreicht. In diesem Fall ist die Korrekturmöglichkeit am besten.Experiments have shown that in tubular magnetrons placed next to each other and operated with medium frequency technology, a coupling of the inner racetracks is achieved (see 5 ). This coupling becomes even stronger when you rotate the magnetic sets of magnetrons to each other (see 6 ). This means that the two inner racetracks of the magnetrons burn stronger than the outer ones. The rate in this range is thus significantly higher than the rate to the edge. Typically it can be achieved that the rate is 10% greater, but it can also be several times greater, so that outside only 10% of the rate is reached. The ideal case is when the rate of the external racetracks is slightly greater than the inhomogeneity that can be achieved without any aperture. In this case, the correction option is best.

Um die Sputterrate innen zu erhöhen und außen abzusenken, kann man die Magnetronrohre zueinander drehen, um die Kopplung zu erhöhen.To increase the sputtering rate inside and lower the outside, you can rotate the magnetron tubes to each other to increase the coupling.

Falls das nicht ausreicht, kann man das Magnetfeld erfindungsgemäß inhomogen auslegen, so dass die Magnete im Inneren stärker sind als die Magnete außen. Dadurch steigt die Rate innen noch weiter an.If this is not sufficient, it is possible to design the magnetic field inhomogeneous according to the invention, so that the magnets are stronger inside than the magnets outside. As a result, the rate continues to increase inside.

Für den Fall, dass nur unipolare, DC oder RF-Prozesse eingesetzt werden, kann durch die Verwendung eines Magnetfeldes mit einem außen schwächeren Feld ein gleicher Effekt erreicht werden. Dieser Ansatz hat auch den praktischen Vorteil, dass er nicht nur für bipolar gepulste Sputterprozesse, sondern auch für unipolar, DC oder auch RF Sputterprozesse geeignet ist.In the case that only unipolar, DC or RF processes are used, the same effect can be achieved by using a magnetic field with an externally weaker field. This approach also has the practical advantage of being not only suitable for bipolar pulsed sputtering processes, but also for unipolar, DC or RF sputtering processes.

Die Schichtdickenkorrektur erfolgt im äußeren Bereich, d.h. dort, wo nur die äußeren Racetracks zur Rate beitragen.The layer thickness correction takes place in the outer area, i. where only the outer racetracks contribute to the rate.

Insgesamt bietet sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch der Vorteil, dass Beschichtungen, die sich auf der Blende ablagern, nicht so stark ins Gewicht fallen. Es wird also zunächst weniger Rate abgeblockt, so dass die mittlere Rate höher ist. Auch wird damit der Reinigungszyklus verlängert. Schließlich vermeidet man auch das Problem, dass durch Ablagerungen auf den Blenden sich die Form derselben verändert, was zur Änderung der Verteilung der Schichtdicke führt.Overall, the process according to the invention also offers the advantage that coatings which deposit on the diaphragm do not fall so heavily in importance. So it is initially blocked less rate, so that the average rate is higher. It also extends the cleaning cycle. Finally, one avoids the problem that due to deposits on the aperture, the shape of the same changes, which leads to a change in the distribution of the layer thickness.

In verschiedenen Fällen hat man es mit „verkippten“ Verteilungen zu tun. Hierbei ergibt sich oft ein linearer Zusammenhang der Schichtdicke von der Position auf dem Substrat. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass sich die Verkippung einstellen oder nachjustieren lässt, indem man die Magnetsätze zueinander bzw. voneinander wegdreht. Dies ist in 7 dargestellt.In different cases, one has to do with "tilted" distributions. This often results in a linear relationship of the layer thickness of the position on the substrate. According to the invention, it has been found that the tilting can be adjusted or readjusted by turning the magnet sets away from one another or away from one another. This is in 7 shown.

Hierbei sind die Magnetsätze senkrecht gestellt (0°), sowie um 5° und um 10° zueinander gedreht worden. Erkennbar ist, dass die Verteilung um das Zentrum gekippt werden kann, während die Form der Verteilung selber gleich bleibt.Here, the magnet sets are set vertically (0 °), and rotated by 5 ° and 10 ° to each other. It can be seen that the distribution around the center can be tilted while the form of the distribution itself remains the same.

Denkbar ist hierbei natürlich auch, dass die Verdrehung der Magnete nicht nur zur Homogenisierung eingesetzt wird, sondern im Gegenteil zum gezielten Einstellen einer Inhomogenität. Dies ist beispielsweise für Gradientenschichten der Fall, wie sie z.B. in Spektrometern zum Einsatz kommen. Hierbei muss über einen bestimmten Bereich des Filters eine Verschiebung der spektralen Charakteristik (z.B. der spektralen Lage einer Kante eines Filters) erfolgen. Durch Verdrehen der Magnetsätze kann dieser Gradient eingestellt werden.Of course, it is also conceivable that the rotation of the magnets is used not only for homogenization, but on the contrary to the targeted setting of a non-homogeneity. This is the case, for example, for gradient layers, such as e.g. used in spectrometers. In this case, a shift of the spectral characteristic (for example the spectral position of an edge of a filter) must take place over a certain range of the filter. By turning the magnet sets this gradient can be adjusted.

Die vorliegende Erfindung hat nicht nur für die Beschichtung von ebenen Substraten Vorteile. Überraschend wurde festgestellt, dass offenbar durch die Emissionscharakteristik der Rohrmagnetrons (siehe 8) auch gekrümmte Oberflächen (Linsen) besonders homogen beschichtet werden können.The present invention has advantages not only for the coating of planar substrates. Surprisingly, it was found that apparently by the emission characteristics of tubular magnetrons (see 8th ) curved surfaces (lenses) can be coated very homogeneous.

Die Beschichtung kann sowohl von der konkaven als auch von der konvexen Seite erfolgen.The coating can take place from both the concave and the convex side.

Durch den Einsatz von Magnetfeldern auf den Linsen kann die Verteilung weiter beeinflusst werden. Durch das Magnetfeld werden Ionen in Ihrer Bewegungsrichtiung durch die Lorentzkraft beeinflusst, so dass auch eine modifizierte Verteilung ensteht. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn stark gekrümmte, oder kleinere Substrate eingesetzt werden.By using magnetic fields on the lenses, the distribution can be further influenced. Due to the magnetic field, ions in their direction of motion are influenced by the Lorentz force, so that a modified distribution is created. This is of particular advantage when strongly curved, or smaller substrates are used.

Anhand der nachfolgenden Figuren und des Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläuter werden, ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.

  • 1 zeigt ein erfindungsgemäß eingesetztes Doppel-Rohrmagnetron.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäß eingesetztes Doppel-Planarmagnetron.
  • 3 zeigt anhand eines Diagramms die Schichtdickenverteilung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • 4 zeigt anhand einer schematischen Darstellung erfindungsgemäß eingesetzte Doppelmagnetrons ohne Kippung (4a) und gegenseitiger Kippung zueinander (4b),
  • 5 zeigt anhand eines Diagramms den Einfluss verschiedener Verkippungswinkel der Magnetsätze der Rohrmagnetrons auf die Homogenität der Beschichtung der Substrate.
  • Figur 6zeigt anhand eines Diagramms die Transmissionen in Abhängigkeit von der Wellenlänge für eine gekrümmte Linse mit einem Krümmungsradius von 80 mm, wobei der Filter an verschiedenen Stellen zwischen dem Zentrum und dem Rand der Linse vermessen wurde.
With reference to the following figures and the example of the subject invention is to be explained in more detail without wishing to limit this to the specific embodiments shown here.
  • 1 shows a double-tube magnetron used according to the invention.
  • 2 shows a double planar magnetron used according to the invention.
  • 3 shows a diagram of the layer thickness distribution according to the inventive method.
  • 4 shows a schematic representation according to the invention used Doppelmagnetrons without tilting ( 4a) and mutual tilting to each other ( 4b) .
  • 5 shows by means of a diagram the influence of different tilt angles of the magnet sets of the tubular magnetrons on the homogeneity of the coating of the substrates.
  • Figure 6 shows diagrammatically the transmissions as a function of wavelength for a curved lens having a radius of curvature of 80 mm, the filter being measured at various locations between the center and the edge of the lens.

Beispielexample

Bei dem Ausführungsbeispiel wurde eine Linse mit einem Krümmungsradius von 80 mm beschichtet. Durch Einstellung des Winkels der beiden Sputterrohre wurde die Schichtdickenverteilung optimiert. Die Beschichtung erfolgte in einer Drehtelleranlage, wobei ein sogenannter „MetaMode“ verwendet wurde: Hierbei erfolgt die Beschichtung metallisch, während in einer separaten Kammer mit einer Plasmaquelle nachoxidiert wurde. Bei schneller Rotation des Tellers werden jeweils nur wenige Atomlagen abgeschieden und man erhält eine transparente Schicht.In the embodiment, a lens having a radius of curvature of 80 mm was coated. By adjusting the angle of the two sputter tubes, the layer thickness distribution was optimized. The coating was carried out in a turntable system, wherein a so-called "MetaMode" was used: Here, the coating is metallic, while was oxidized in a separate chamber with a plasma source. With rapid rotation of the plate only a few atomic layers are deposited and you get a transparent layer.

Abgeschieden wurde ein dielektrischer Filter aus den Materialien SiO2 und Ta2O5 auf einer Glaslinse. Aus der Lage der Kanten bei 480 und bei 600 nm lässt sich einfach die Uniformität bestimmen. Es zeigt sich bei dieser Linse, dass über den gesamten Radius der Linse eine Abweichung von weniger als 2% erreicht wurde (=Homogenität von 98%). Bei einer flacheren Linse (Krümmungsradius 115 mm), betrug die Abweichung sogar nur 1% (=Homogenität von 99%).A dielectric filter was deposited from the materials SiO 2 and Ta 2 O 5 on a glass lens. The position of the edges at 480 and at 600 nm makes it easy to determine the uniformity. It can be seen with this lens that over the entire radius of the lens a deviation of less than 2% was achieved (= homogeneity of 98%). For a flatter lens (radius of curvature 115 mm), the deviation was even only 1% (= homogeneity of 99%).

In dem oben stehenden Beispiel wurde durch eine Plasmasimulation die Schichtdickenverteilung auf einer Kugel berechnet. In 9 ist links die Magnetronquelle zu sehen (hier planar), rechts im Bild ist die Form der Kugel zu erkennen. Durch einen Magneten, dessen Pole im Bild oben und unten sind, wird die Beschichtung beeinflusst. In der Simulation wird erkennbar, dass besonders niederenergetische Ionen durch das Magnetfeld beeinflusst werden, während hochenergetische Ionen wenig beeinflusst werden.In the example above, the layer thickness distribution on a sphere was calculated by a plasma simulation. In 9 the magnetron source can be seen on the left (here planar), on the right in the picture the shape of the sphere can be seen. A magnet whose poles are in the picture above and below, the coating is affected. In the simulation, it can be seen that particularly low-energy ions are influenced by the magnetic field, while high-energy ions are little influenced.

Besonders günstig ist dieses Verfahren, wenn hochionisierte Plasmen (HIPIMS, „High Power Impulse Magnetron Sputtering“)eingesetzt werden, bei dem die Schicht bildenden Teilchen zum großen Teil aus Ionen bestehen, so dass beim Anlegen eines Magnetfeldes ein größerer Einfluss ausgeübt wird. Auch hier kann der MetaMode von Vorteil sein, indem eine metallische HIPIMS Entladung gezündet wird, die sich besonders gut kontrollieren lässt und mit der eine sehr dünne Metallschicht aufgetragen wird. Im nächsten Schritt erfolgt die Oxidation in einem Sauerstoffplasma räumlich separiert von der HIPIMS Beschichtung.This method is particularly favorable when using highly ionized plasmas (HIPIMS, "high power impulse magnetron sputtering") in which the layer-forming particles largely consist of ions, so that a greater influence is exerted when a magnetic field is applied. Here, too, the MetaMode can be beneficial in igniting a metallic HIPIMS discharge that is particularly easy to control and with which a very thin layer of metal is applied. In the next step, the oxidation takes place in an oxygen plasma spatially separated from the HIPIMS coating.

Claims (9)

Verfahren zur Beeinflussung der Schichtdickenverteilung auf Substraten bei Sputterprozessen unter Verwendung von mindestens zwei Magnetrons, die jeweils eine Kathode, ein Target und einen Magnetsatz aufweisen, wobei die Position zumindest eines Magnetsatzes verändert wird, wodurch die Kopplung der Magnetfelder und so die Schichtdicke auf dem Substrat beeinflusst wird.A method for influencing the layer thickness distribution on substrates in sputtering processes using at least two magnetrons, each having a cathode, a target and a magnet set, wherein the position of at least one set of magnets is changed, whereby the coupling of the magnetic fields and thus affects the layer thickness on the substrate becomes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung rotatorisch erfolgt und als Magnetrons Rohrmagnetrons eingesetzt werden, deren Magnetsätze drehbar sind.Method according to Claim 1 , characterized in that the coating is rotational and are used as Magnetrons Rohrmagnetrons whose magnet sets are rotatable. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung linear erfolgt und als Magnetrons Planarmagnetrons eingesetzt werden, deren Magnetsätze beweglich sind.Method according to Claim 1 , characterized in that the coating is linear and are used as Magnetrons Planarmagnetrons whose magnet sets are movable. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sputterprozess ein bipolarer, gepulster Prozess, ein unipolarer Prozess, ein Mittelfrequenztechnik-Prozess, ein DC-Prozess oder ein RF-Prozess durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a bipolar, pulsed process, a unipolar process, a medium frequency technology process, a DC process or an RF process is performed as the sputtering process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine gekrümmte oder planare Oberfläche aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate has a curved or planar surface. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine linsenförmige Oberfläche aufweist, wobei die Beschichtung auf der konkaven und/oder konvexen Seite erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate has a lenticular surface, wherein the coating takes place on the concave and / or convex side. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Korrekturblenden zur Beeinflussung der Schichtdicke eingesetzt werden, wobei vorzugsweise von 10 % bis 20 % der Sputterrate im äußeren Bereich der Korrekturblenden abgeschieden werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that correction apertures are used for influencing the layer thickness, wherein preferably from 10% to 20% of the sputtering rate are deposited in the outer region of the correction apertures. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Magnetsätze auf der von den Magnetrons abgewandten Seite der Substrate angeordnet sind, insbesondere bei einer Beschichtung von linsenförmigen Substraten mit hochionisierten Plasmen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that additional magnet sets are arranged on the side facing away from the magnetron side of the substrates, in particular in a coating of lenticular substrates with highly ionized plasmas. Verwendung einer Sputtervorrichtung mit mindestens zwei Magnetrons, die jeweils eine Kathode, ein Target und einen Magnetsatz aufweisen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Position zumindest eines Magnetsatzes zur Kopplung der Magnetfelder veränderbar ist und die Magnetsätze der mindestens zwei Magnetrons zueinander gedreht sind.Use of a sputtering device with at least two magnetrons, each having a cathode, a target and a magnet set, for carrying out the method according to one of Claims 1 to 8th , wherein the position of at least one magnet set for coupling the magnetic fields is variable and the magnet sets of the at least two magnetrons are rotated to each other.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180312964A1 (en) * 2015-06-16 2018-11-01 Schneider Gmbh & Co. Kg Device, method and use for the coating of lenses
DE102016125273A1 (en) 2016-12-14 2018-06-14 Schneider Gmbh & Co. Kg System, method and carrier for coating spectacle lenses
DE102018213534A1 (en) * 2018-08-10 2020-02-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device and method for producing layers with improved uniformity in coating systems with horizontally rotating substrate guidance

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19506515C1 (en) * 1995-02-24 1996-03-07 Fraunhofer Ges Forschung Reactive coating process using a magnetron vaporisation source
US6066242A (en) * 1998-06-10 2000-05-23 David A. Glocker Conical sputtering target
EP1101836A1 (en) * 1999-11-22 2001-05-23 Satis Vacuum Industries Vertriebs - AG Vacuum coating apparatus for depositing coatings on optical substrates
US20060096857A1 (en) * 2004-11-08 2006-05-11 Ilya Lavitsky Physical vapor deposition chamber having a rotatable substrate pedestal
US7062348B1 (en) * 2000-07-13 2006-06-13 The Extreme Ultaviolet Lithography Llc Dynamic mask for producing uniform or graded-thickness thin films
DE102009053609A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Device for magnetron sputtering, comprises a target of a coating material, whose electric or magnetic properties reach first values from a threshold temperature lying over room temperature, a ablation surface, and a magnet assembly
DE102011018363A1 (en) * 2011-04-20 2012-10-25 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Hochleistungszerstäubungsquelle

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19506515C1 (en) * 1995-02-24 1996-03-07 Fraunhofer Ges Forschung Reactive coating process using a magnetron vaporisation source
US6066242A (en) * 1998-06-10 2000-05-23 David A. Glocker Conical sputtering target
EP1101836A1 (en) * 1999-11-22 2001-05-23 Satis Vacuum Industries Vertriebs - AG Vacuum coating apparatus for depositing coatings on optical substrates
US7062348B1 (en) * 2000-07-13 2006-06-13 The Extreme Ultaviolet Lithography Llc Dynamic mask for producing uniform or graded-thickness thin films
US20060096857A1 (en) * 2004-11-08 2006-05-11 Ilya Lavitsky Physical vapor deposition chamber having a rotatable substrate pedestal
DE102009053609A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh Device for magnetron sputtering, comprises a target of a coating material, whose electric or magnetic properties reach first values from a threshold temperature lying over room temperature, a ablation surface, and a magnet assembly
DE102011018363A1 (en) * 2011-04-20 2012-10-25 Oerlikon Trading Ag, Trübbach Hochleistungszerstäubungsquelle

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