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Die Erfindung bezieht sich auf das Anwendungsgebiet der physikalischen Dampfabscheidung (PVD) zum Zwecke des Vakuumbeschichtens von Substraten, wobei eine Schicht auf Substraten abgeschieden wird, indem das Schichtmaterial in einer Vakuumkammer durch Erhitzen verdampft wird.
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Stand der Technik
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Es sind verschiedene Vorrichtungen zum Verdampfen eines Materials im Vakuum bekannt. Bei den meisten Anwendungen befindet sich das zu verdampfende Material in einem Gefäß und wird dort durch Zuführen von Energie in den dampfförmigen Zustand überführt, wobei sich die dann aufsteigenden Dampfpartikel auf der Oberfläche eines zu beschichtenden Substrates niederschlagen. Die Energie zum Verdampfen des Materials kann dem Material auf vielfältige Weise zugeführt werden. So sind Vorrichtungen bekannt, bei denen die Hitze zum Verdampfen des Materials beispielsweise mittels Stromdurchfluss (
DE 195 48 160 C1 ), mittels eines Elektronenstrahls (
DE 10 2006 023 463 A1 ) oder mittels einer Bogenentladung erzeugt wird.
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Beschichtungen durch Dampfabscheidung werden häufig unter Plasmabeteiligung vorgenommen, wobei ganz unterschiedliche Wirkungen des Plasmas im Vordergrund stehen können.
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So kann es zur Verbesserung der Haftfestigkeit der abgeschiedenen Schicht auf dem jeweiligen Substrat erforderlich sein, das Substrat vor oder zu Beginn der Beschichtung der Einwirkung eines im Verhältnis zum abzuscheidenden Dampf höherenergetischen Teilchenstromes auszusetzen, um eine Aktivierung der Substratoberfläche zu bewirken.
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Für das Erzielen bestimmter Struktureigenschaften wird die aufwachsende Schicht während oder nach dem Abscheiden häufig einer Plasmaeinwirkung ausgesetzt. In der Regel werden damit die Kondensationsbedingungen und die Keimbildung beeinflusst. In den meisten Fällen lassen sich somit dichtere Schichtstrukturen abscheiden.
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Bei der reaktiven Abscheidung von Verbindungsschichten führt das Aktivieren des Dampfes durch die Plasmaeinwirkung zu einer Erhöhung der Reaktivität und zu einer intensiveren chemischen Umsetzung der Reaktionspartner. In Vakuumbeschichtungsanlagen führt das zu einer Entlastung des Pumpsystems bzw. ermöglicht trotz hoher Einlassflüsse des Reaktivgases die Schichtabscheidung bei relativ niedrigen Drücken, was für das Erzielen bestimmter Schichteigenschaften notwendig sein kann.
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Es ist bekannt den Hohlkathodeneffekt zum Erzeugen eines dichten Glimmentladungsplasmas zu nutzen (Kälber, T.: Hohlkathoden-Gasflusssputtern zur Verschleißschutzbeschichtung von Kunststoffen; Braunschweig, Univ. Diss.). Dieser tritt auf, wenn sich die sogenannten negativen Glimmlichter zweier gegenüberliegender und gegenüber einer Anode auf dem gleichen Potential befindlicher Kathodenflächen berühren, wobei dieses Berühren in einer teilweisen Überlappung oder im vollständigen Zusammenfallen der negativen Glimmlichter bestehen kann, was häufig verallgemeinernd als Zusammenfallen der negativen Glimmlichter bezeichnet wird. So erreichbare Plasmadichten liegen im Bereich von etwa 1012–1013 cm–3. Die räumliche Ausdehnung des negativen Glimmlichtes hängt im Wesentlichen vom Druck und der Gasart im Bereich der Glimmentladung ab. Als optimal für die Aufrechterhaltung eines Hohlkathodenplasmas hat sich das Einhalten der Beziehung a·p = c erwiesen, wobei a der Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Flächenelementen ist, zwischen denen sich eine Hohlkathodenentladung ausbildet, p den Druck zwischen diesen Flächenelementen darstellt und c eine in geringem Maße von der Gasart abhängige Konstante ist, die typischerweise im Bereich von 10–1000 Pa·cm liegt. Häufig werden die gegenüberliegenden Kathodenflächen durch Röhren ersetzt, in denen ebenfalls die beschriebene Druck-Abstand-Beziehung gilt, wobei der Druck in den Röhren über die Einleitung verschiedener Hilfsgase stabilisiert wird. Derartige Anordnungen stellen Hohlkathoden im engeren Sinne dar.
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Nachteilig ist bei diesen Hohlkathoden, dass das hochdichte Glimmentladungsplasma nur im Inneren der gasdurchfluteten Röhren zur Verfügung steht. Außerhalb der Hohlkathode prägt sich lediglich ein Plasma mit deutlich geringerer Ladungsträgerdichte aus.
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Es ist bekannt, die erzielbare Ladungsträgerdichte auch außerhalb der Hohlkathode durch den Einsatz von Hohlkathodenbogenentladungen wesentlich zu erhöhen. Insbesondere im gepulsten Betrieb lassen sich auf diese Weise Ladungsträgerdichten von 1012 cm–3 und höher erzeugen.
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DE 195 46 827 A1 beschreibt eine Vorrichtung für das Verdampfen isolierender Materialien, bei der eine ringförmige Anode (eine sogenannte Ringanode) unmittelbar vor der Hohlkathode angeordnet ist, um das für die Plasmaaktivierung wirksame Plasma ausschließlich durch die Strahlelektronen zu erzeugen, welche die Öffnung der Ringanode durchdrungen haben. In diesem Fall scheiden sich keine störenden isolierenden Schichten auf der Ringanode ab, da sich diese im Wesentlichen außerhalb des Dampfbereiches befindet und die Ringanode durch die auftreffenden Strahlelektronen stark aufgeheizt wird. Da sich der Bereich der Plasmaaktivierung des Dampfes außerhalb des zwischen Hohlkathode und Anode aufgebauten elektrischen Feldes befindet, besteht jedoch der Nachteil, dass sich nur deutlich niedrigere Ladungsträgerdichten im Plasma erzeugen lassen, als mit Anordnungen, die den zu aktivierenden Bereich zwischen der Hohlkatode und der Anode einschließen. Darüber hinaus begrenzt die Reichweite der Strahlelektronen die geometrische Ausdehnung des Plasmas.
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In
DE 199 02 146 A1 wird vorgeschlagen, zwei aus der zuvor genannten Schrift bekannte Plasma erzeugende Einrichtungen, umfassend jeweils eine Hohlkathode mit zugehöriger Ringanode und dazwischen geschalteter Gleichspannungsquelle, gegenüberliegend anzuordnen und zwischen den zwei Hohlkathoden eine bipolar mittelfrequent gepulste Spannung zu erzeugen. Bei dieser Anordnung wird aufgrund der Gleichspannungsquelle zwischen Hohlkathode und Ringanode ständig ein Plasma zwischen der Hohlkathode und der zugehörigen Ringanode einer Plasma erzeugenden Einrichtung generiert. In den Phasen, in denen eine der beiden Plasma erzeugenden Einrichtungen aufgrund der bipolaren Spannungspulse kathodisch geschaltet ist, wird das Plasma der kathodisch geschalteten Plasma erzeugenden Einrichtung von deren Hohlkathode bis zur Ringanode der gegenüberliegenden Plasma erzeugenden Einrichtung gezogen. Auf diese Weise entsteht zwischen den beiden Ringanoden ein großvolumiges Hohlkathodenbogenentladungsplasma. Nachteilig wirkt sich bei diesem technisch anspruchsvollen Aufbau aus, dass viele Prozessparameter geregelt werden müssen, um gleichbleibende Plasmabedingungen zu erzielen.
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Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines dichten Plasmas bei einem Verdampfer im Vakuum zu schaffen, mittels der die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können. Insbesondere soll eine Vorrichtung zum plasmaunterstützten Verdampfen geschaffen werden, mittels der ein hoher Ionisierungsgrad des vom Verdampfer ausgehenden Dampfes bei gegenüber dem Stand der Technik vereinfachter Vorrichtungskonfiguration erzielbar ist.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bedampfen eines Substrates innerhalb einer Vakuumkammer umfasst mindestens ein Gefäß zur Aufnahme eines Materials, welches im Gefäß erhitzt und verdampft wird und eine jedem Gefäß zugeordnete separate Einrichtung zum Erzeugen eines Plasmas, welches den sich vom Gefäß zum Substrat hin ausbreitenden Materialdampf durchdringt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich außerdem dadurch aus, dass die Einrichtung zum Erzeugen des Plasmas genau eine Hohlkathode, mindestens eine ringförmige Anode, eine zwischen Hohlkathode und ringförmige Anode geschaltete Stromversorgungseinrichtung zum Zünden und Aufrechterhalten einer Hohlkathodenbogenentladung sowie mindestens eine erste und eine zweite ringförmige elektromagnetische Spule umfasst. Die Hohlkathode weist einen seitlichen Versatz zur Oberfläche des zu verdampfenden Materials auf und ist derart ausgerichtet, dass die Mündungsöffnung der Hohlkathode zum Materialdampf weist, der sich von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials zum zu beschichtenden Substrat hin ausbreitet. Dabei ist die ringförmige Anode vor der Mündungsöffnung der Hohlkathode angeordnet oder die Mündungsöffnung der Hohlkathode ragt in die Ringöffnung der ringförmigen Anode hinein. Die beiden ringförmigen elektromagnetischen Spulen, die während des Verdampfens gleichzeitig betrieben werden, sind an gegenüberliegenden Seiten bezüglich der Oberfläche des zu verdampfenden Materials angeordnet und formen somit ein Gesamtmagnetfeld, dessen Magnetfeldlinien den sich von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials zum Substrat hin ausbreitenden Materialdampf durchziehen. Die erste ringförmige elektromagnetische Spule ist dabei von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials aus betrachtet vor der ringförmigen Anode angeordnet. Die zweite ringförmige elektromagnetische Spule befindet sich, wie zuvor schon einmal beschrieben, auf der der ersten elektromagnetischen Spule gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des zu verdampfenden Materials. Ferner sind die Ringmittelpunkte der ersten und zweiten elektromagnetischen Spule in vertikaler Richtung von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials mit einem Maß beabstandet, das maximal ein Drittel des Maßes beträgt, mit dem das zu bedampfende Substrat von der Oberfläche des zu verdampfen Materials beabstandet ist.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit gleichgerichteten elektromagnetischen Spulen;
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2 eine schematische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung mit gleichgerichteten elektromagnetischen Spulen;
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3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit elektromagnetischen Spulen, deren Magnetfeldlinien einen entgegengesetzten Richtungssinn aufweisen;
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4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer dritten elektromagnetischen Spule;
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5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Verdampfertiegeln;
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6 eine schematische Darstellung einer Anlagenkonfiguration mit vier Verdampfertiegeln;
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7 eine schematische Darstellung einer zu 6 alternativen Anlagenkonfiguration.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 100 schematisch dargestellt. Innerhalb einer in 1 nicht dargestellten Vakuumkammer ist ein Gefäß 1 zur Aufnahme eines Materials 2 angeordnet. Das Material 2 wird im Gefäß 1 erhitzt, bis es verdampft und sich die Dampfpartikel auf einer Seite eines zu beschichtenden Substrates 3 niederschlagen. Pfeile 4 stellen dabei die Ausbreitungsrichtung der sich von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 lösenden Dampfpartikel dar. Die sich zwischen der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 und dem zu beschichtenden Substrat 3 ausbreitenden Dampfpartikel sollen mit einem Plasma beaufschlagt werden. Hierzu ist eine Plasmaquelle 5 mit einem seitlichen Versatz neben der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 angeordnet. Die Plasmaquelle 5 umfasst eine Hohlkathode 6, eine ringförmige Anode 7, eine zwischen Hohlkathode 6 und ringförmiger Anode 7 geschaltete erste Stromversorgungseinrichtung 8 zum Zünden und Aufrechterhalten einer Hohlkathodenbogenentladung sowie eine Zuleitung 9, durch welche ein Arbeitsgas in die Hohlkathode 6 hinein- und durch die Hohlkathode 6 hindurchströmt. Dabei ragt die Mündungsöffnung der Hohlkathode 6 in die Ringöffnung der ringförmigen Anode 7 hinein. Dabei ist die Hohlkathode 6 derart ausgerichtet, dass deren Mündungsöffnung in Richtung der sich ausbreitenden Dampfpartikel weist.
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Zur Vorrichtung 100 gehören ferner eine erste ringförmige elektromagnetische Spule 10 und eine zweite ringförmige elektromagnetische Spule 11. Die erste ringförmige elektromagnetische Spule 10 ist von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 aus betrachtet unmittelbar vor der ringförmigen Anode 7 angeordnet. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Hohlkathode 6, Anode 7 und erste ringförmige elektromagnetische Spule 10 derart zueinander auszurichten, dass die von der Hohlkathode 6 emittierten Elektronen durch die Ringöffnungen der Anode 7 und der ersten ringförmigen elektromagnetischen Spule 10 gelangen können. Vorzugsweise sind dabei die verlängerte Achse der Hohlkathode 6 und die verlängerten Ringachsen von Anode 7 und elektromagnetischer Spule 10 identisch. Bei Vorrichtung 100 verlaufen diese Achsen parallel zur Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2.
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Die ringförmige elektromagnetische Spule 11 ist bezogen auf die erste ringförmige elektromagnetische Spule 10 auf der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 angeordnet. Auch die Ringachse der ringförmigen elektromagnetischen Spule 11 von Vorrichtung 100 verläuft parallel zur Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2. Beide ringförmige elektromagnetische Spulen 10 und 11 werden derart betrieben, dass deren separate Magnetfelder den gleichen Richtungssinn aufweisen. Auf diese Weise wird ein Gesamtmagnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien 12a die Form einer sogenannten magnetischen Flasche aufweisen. D. h., die Magnetfeldlinien treten in gebündelter Form aus einer der beiden Spulen aus, weiten sich mit zunehmender Entfernung zur Spule auf, was mit einer Abschwächung der Magnetfeldstärke einhergeht, bis sich die Gesamtmagnetfeldstärke durch den Einfluss der gegenüberliegenden Spule verstärkt und die Magnetfeldlinien 12a schließlich beim Erreichen der gegenüberliegenden Spule wieder eine gebündelte Form aufweisen.
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Bei einer derartigen Konfiguration werden die von der Hohlkathode 6 emittierten Elektronen nach dem Durchqueren der Ringöffnungen von ringförmiger Anode 7 und erster ringförmiger elektromagnetischer Spule 10 entlang der Magnetfeldlinien 12a geführt, wobei diese Drift entlang der Magnetfeldlinien eine schraubenförmige Bahn um die Magnetfeldlinien herum beschreibt, bis die Elektronen vor der ringförmigen elektromagnetischen Spule 11 in einem Bereich, in dem die Magnetfeldlinien 12a eine gebündelte Form aufweisen, was einer hohen Magnetfeldstärke entspricht, reflektiert werden. Dieser Effekt des Reflektierens von Elektronen an Magnetfeldbereichen mit hoher Magnetfeldstärke und divergierendem Magnetfeld wird auch als magnetischer Spiegel bezeichnet.
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Nach dem Reflektieren der Elektronen am magnetischen Spiegel der ringförmigen elektromagnetischen Spule 11 driften diese in entgegengesetzter Richtung entlang der Magnetfeldlinien 12a in Richtung ringförmiger elektromagnetischer Spule 10, bis diese vom magnetischen Spiegel der ringförmigen elektromagnetischen Spule 10 reflektiert werden. Auf diese Weise sind die von der Hohlkathode 6 emittierten Elektronen in einer sogenannten magnetischen Flasche gefangen und können auf ihrem Weg entlang der Magnetfeldlinien 12a eine Vielzahl von Dampfpartikeln infolge von Stößen mit diesen Partikeln ionisieren, was zum Ausbilden eines dichten Plasmas führt. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die ringförmigen elektromagnetischen Spulen 10 und 11 derart angeordnet, dass deren Abstand voneinander mindestens dreimal so groß ist wie deren Durchmesser der Ringöffnung. Bei einer derartigen Spulenkonfiguration gelangen die Effekte einer magnetischen Flasche und eines magnetischen Spiegels besonders vorteilhaft zur Wirkung. Das Ausbilden eines magnetischen Spiegels bei einer ringförmigen elektromagnetischen Spule ist umso wirksamer, je enger die Feldlinien an der Spule gebündelt werden können. Eine hohe Magnetfeldstärke und eine starke Bündelung der Feldlinien kann dadurch erreicht werden, dass der Durchmesser der Ringöffnung der Spule klein gewählt wird. Insbesondere bei der der Plasmaquelle 5 gegenüberliegenden ringförmigen elektromagnetischen Spule 11 kann daher eine Spulenkonfiguration mit sehr kleiner Ringöffnung gewählt werden. Bei der ringförmigen elektromagnetischen Spule 10 muss hingegen noch berücksichtigt werden, dass deren Durchmesser der Ringöffnung hinreichend groß sein muss, damit das aus der Hohlkathode 6 ausströmende Arbeitsgas auch noch durch die Ringöffnung der ringförmigen elektromagnetischen Spule 10 hindurchströmen kann. Daher kann der Durchmesser der Ringöffnung von Spule 10 nicht beliebig klein gewählt werden.
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Während bei verschiedenen bekannten Vorrichtungen angestrebt wird, ein Plasma in der Nähe eines zu beschichtenden Substrates zu etablieren, besteht ein weiteres Merkmal einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darin, das mit ihr erzeugte Plasma in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 auszubilden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Vielzahl der sich von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 ablösenden Dampfpartikel zu ionisieren und die Plasmadichte weiter zu erhöhen. Bei Vorrichtung 100 ist daher, wie bei allen nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch, die Verbindungslinie zwischen den Ringmittelpunkten der ersten und zweiten elektromagnetischen Spulen 10, 11 von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 mit einem Maß beabstandet, das maximal ein Drittel des Maßes beträgt, mit dem das zu bedampfende Substrat 3 von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 beabstandet ist.
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Eine weitere Möglichkeit, das Ausbilden eines Plasmas unmittelbar über der Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 zu verstärken, besteht darin, das zu verdampfende Material 2 mit einem anodischen Spannungspotenzial zu beaufschlagen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist daher eine in 1 nicht dargestellte zweite Stromversorgungseinrichtung zwischen den Pluspol der ersten Stromversorgungseinrichtung 8 und dem Gefäß 1 geschaltet. Eine solche Ausführungsform ist jedoch nur umsetzbar, wenn das Gefäß 1 und das zu verdampfende Material 2 elektrisch leitfähig sind. Eine solche zweite Stromversorgungseinrichtung ist auch bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen einsetzbar.
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In 2 ist eine alternative erfindungsgemäße Vorrichtung 200 schematisch dargestellt, welche alle Baugruppen von Vorrichtung 100 aus 1 umfasst. Auch werden die beiden ringförmigen elektromagnetischen Spulen 10 und 11 bei Vorrichtung 200 derart betrieben, dass deren separate Magnetfelder den gleichen Richtungssinn aufweisen. Abweichend von Vorrichtung 100 weisen lediglich die Achsen der Hohlkathode 6, der ringförmigen Anode 7 und der beiden ringförmigen elektromagnetischen Spulen 10 und 11 bei Vorrichtung 200 einen Winkel größer Null zur Oberfläche des zu verdampfenden Materials 2 auf. Auf diese Weise wird ein Gesamtmagnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien 12b im Wesentlichen mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials eine gewölbte Form ausbilden, was gleichbedeutend damit ist, dass die Magnetfeldstärke des Gesamtmagnetfeldes mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des zu verdampfenden Materials abnimmt. Auf diese Weise wird ein Entweichen ionisierter Dampfpartikel aus dem Magnetfeld in Richtung der Pfeile 4 und somit in gewünschter Ausbreitungsrichtung des Materialdampfes zum Beschichten des Substrates 3 unterstützt. Außerdem wird mit dieser geneigten Anordnung erreicht, dass weniger Dampfpartikel durch die Spule 10 hindurch bis in das Innere der Plasmaquelle 5 gelangen können, da erfahrungsgemäß umso weniger Dampfpartikel in solche Richtungen gestreut werden, je stärker diese Richtungen von der durch die Pfeile 4 angedeuteten Vorzugsausbreitungsrichtungen des Dampfes abweichen.
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Eine weitere alternative erfindungsgemäße Vorrichtung 300 ist in 3 schematisch dargestellt. Vorrichtung 300 umfasst ebenfalls alle von Vorrichtung 100 aus 1 bekannten Baugruppen, die auch genauso wie bei Vorrichtung 100 angeordnet sind. Abweichend von Vorrichtung 100 werden die ringförmigen elektromagnetischen Spulen 10 und 11 bei Vorrichtung 300 derart betrieben, dass deren separate Magnetfelder einen entgegengesetzten Richtungssinn aufweisen. Auf diese Weise entsteht ein Gesamtmagnetfeld mit Magnetfeldlinien 12c, das auch als Cusp-Feld bezeichnet wird. Bei einem solchen Gesamtmagnetfeld wird neben den beiden magnetischen Spiegeln an den ringförmigen elektromagnetischen Spulen 10 und 11 ein weiterer magnetischer Spiegel ausgebildet, und zwar in einem radialen Bereich um die Ringachse der Spulen, in dem sich die Magnetfeldlinien der separaten Magnetfelder der ringförmigen elektromagnetischen Spulen 10 und 11 asymptotisch annähern. Der dadurch gebildete zusätzliche magnetische Spiegel gemäß Vorrichtung 300 ist hilfreich, die von der Hohlkathode 6 emittierten Elektronen in der magnetischen Falle im Bereich zwischen den Spulen zu konzentrieren und somit den Ionisierungsgrad des Dampfes weiter zu erhöhen.
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Ein ähnlicher Verlauf der Magnetfeldlinien wie bei Vorrichtung 300 aus 3 ist mit einer in 4 schematisch dargestellten Vorrichtung 400 erzielbar. Vorrichtung 400 umfasst bezüglich Aufbau und Wirkungsweise alle von Vorrichtung 100 aus 1 bekannten Baugruppen. Zusätzlich weist Vorrichtung 400 eine dritte elektromagnetische Spule 17 auf, die zwischen dem zu verdampfenden Material 2 und dem zu beschichtenden Substrat 3 angeordnet ist. Mittels der elektromagnetischen Spule 17 ist es möglich ein Gesamtmagnetfeld zu erzeugen, bei dem die oberen Magnetfeldlinien 12d aufgebrochen werden, so dass sich diese nicht mehr zwischen den beiden ringförmigen elektromagnetischen Spulen 10 und 11 erstrecken, sondern nunmehr in Richtung zu beschichtendes Substrat 3 verlaufen. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass der dritte magnetische Spiegel nicht mehr radialsymmetrisch ausgebildet ist wie bei Vorrichtung 300, wodurch auch Elektronen in das Gefäß 1 und das Material 2 hinein abgeleitet werden, sondern dass bei Vorrichtung 400 lediglich die oberen Magnetfeldlinien 12d aufgebrochen werden. Ein ähnlicher Effekt ist erzielbar, wenn die dritte elektromagnetische Spule 17 nicht zwischen dem zu verdampfenden Material 2 und dem zu beschichtenden Substrat 3, sondern alternativ hinter dem Substrat 3 und somit auf der nicht zu beschichtenden Seite des Substrats 3 angeordnet ist.
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In 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 500 schematisch als Draufsicht dargestellt, bei der zwei Gefäße 1 innerhalb einer nicht dargestellten Vakuumkammer angeordnet sind. Beide Gefäße 1 enthalten Material, das mittels eines von einem Elektronenstrahlerzeuger 13 bereitgestellten Elektronenstrahls erhitzt und verdampft wird. Alternativ zum Elektronenstrahl 14 kann das Material 2 in einem Gefäß 1 bei jeder erfindungsgemäßen Vorrichtung auch mit jedem anderen bekannten Verfahren, wie beispielsweise mittels Stromdurchfluss, zum Verdampfen gebracht werden. Jedem Gefäß 1 ist bei Vorrichtung 500 eine separate Plasmaquelle 5 zugeordnet, wobei jede Plasmaquelle 5 alle Baugruppen wie zu Plasmaquelle 5 gemäß 1 beschrieben umfasst, auch wenn diese in 4 nicht alle dargestellt sind. Erfindungsgemäß ist vor jeder Plasmaquelle 5 eine erste ringförmige elektromagnetische Spule 10 angeordnet, der auf der gegenüberliegenden Seite des zugehörigen Gefäßes 1 eine zweite ringförmige elektromagnetische Spule 11 zugeordnet ist. Da Vorrichtung 500 spiegelsymmetrisch aufgebaut ist, wurden bei Vorrichtung 500 beide den jeweiligen ersten ringförmigen elektromagnetischen Spulen 10 zugeordnete zweite elektromagnetische Spulen 11 zu einer einzigen elektromagnetischen Spule 11 zusammengefasst. Alternativ ist es aber auch bei einer Vorrichtung 500 möglich, jeder ringförmigen elektromagnetischen Spule 10 eine separate ringförmige elektromagnetische Spule 11 zuzuordnen.
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Die Vorrichtung 500 umfasst ferner einen sich durch die ringförmige elektromagnetische Spule 11 erstreckenden Eisenkern 15 und einen Eisenkern 16, der die Rückseiten der beiden Plasmaquellen 5 miteinander verbindet. Beide Eisenkerne 15 und 16 dienen zum gezielten Führen von Magnetfeldlinien und verhindern somit, dass sich Magnetfelder in unerwünschten Bereichen innerhalb der Vakuumkammer ausbilden, in denen sie einen störenden Einfluss auf den Abscheideprozess ausüben können, indem beispielsweise der Elektronenstrahl 14 unbeabsichtigt durch das Magnetfeld abgelenkt wird.
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Gegenüber bekannten Vorrichtungen zum plasmaaktivierten Verdampfen weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beispiel den Vorteil auf, dass pro Verdampfungsgefäß lediglich eine einzige Plasmaquelle benötigt wird und dass dennoch ein hoher Ionisierungsgrad des verdampften Materials erzielt werden kann.
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Obwohl bei den Ausführungsbeispielen in den 1 bis 3 das Verdampfen von unten nach oben schematisch dargestellt ist, sei ausdrücklich erwähnt, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Ganzes auch einen beliebigen Winkel zur Horizontalen aufweisen kann, wodurch mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise ein Verdampfen zu einer Seite hin oder auch ein Überkopfverdampfen möglich ist. Außerdem sei ebenfalls an dieser Stelle angemerkt, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung auch für das reaktive Verdampfen eines Materials geeignet ist, indem mindestens ein Reaktivgas in die Vakuumkammer eingelassen wird.
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In 6 ist eine Anlagenkonfiguration schematisch als Draufsicht dargestellt, welche 4 identische erfindungsgemäße Bedampfungsvorrichtungen aufweist. Dabei umfasst jede Bedampfungsvorrichtung ein Gefäß 1 mit zu verdampfendem Material; eine Plasmaquelle 5 sowie eine erste und zweite elektromagnetische Spule 10 bzw. 11. Eine solche Anlagenkonfiguration kann beispielsweise verwendet werden, um ein über die Bedampfungsvorrichtungen in Pfeilrichtung bewegtes bandförmiges oder plattenförmiges Substrat zu beschichten. Da mit einer Bedampfungsvorrichtung nur eine begrenzte Breite eines Substrates beschichtet werden kann, braucht in Abhängigkeit von der Gesamtbreite des zu beschichtenden Substrats lediglich eine erforderliche Anzahl erfindungsgemäßer Vorrichtungen aneinandergereiht zu werden, um somit auch großflächige Substrate mit nahezu beliebiger Breite beschichten zu können.
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Eine für das Beschichten großflächiger Substrate geeignete alternative Anlagenkonfiguration ist in 7 schematisch als Draufsicht dargestellt. Gegenüber der aus 6 bekannten Anlagenkonfiguration sind bei dieser Ausführungsform lediglich die vier einzelnen Gefäße 1 aus 6 zu einem einzigen Gefäß 1b zusammengefasst worden. Auch bei der Anlagenkonfiguration gemäß 7 umfasst diese nur beispielhaft vier Beschichtungsvorrichtungen. In Abhängigkeit von der Breite eines zu beschichtenden Substrats kann eine Anlagenkonfiguration gemäß der 6 und 7 aber auch eine beliebige andere Anzahl Beschichtungsvorrichtungen umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19548160 C1 [0002]
- DE 102006023463 A1 [0002]
- DE 19546827 A1 [0010]
- DE 19902146 A1 [0011]
