DE102017104858A1

DE102017104858A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten eines Substrats

Info

Publication number: DE102017104858A1
Application number: DE102017104858.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Haustein; Matthias Nestler; Michael Zeuner
Original assignee: Scia Systems GmbH
Current assignee: Scia Systems De GmbH
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Eine Vorrichtung (100) und ein Verfahren (700) zum Beschichten eines Substrats (102). Die Vorrichtung (100) weist eine Beschichtungsquelle (104) und eine Halterung (106) für das Substrat (102) auf, die für eine Rotation des mittels der Halterung (106) gehaltenen Substrats (102) relativ zu der Beschichtungsquelle (104) eingerichtet ist. Ferner weist die Vorrichtung eine Steuerung (108) auf, die eingerichtet ist, die Beschichtungsquelle (104) mit einer Pulsmodulation zu betreiben, so dass mittels der Pulsmodulation ein vorgegebenes Beschichtungsprofil auf einer Oberfläche des Substrats (102) erzeugt wird.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats.
Beschichtungsanlagen und Beschichtungsverfahren werden beispielsweise für das Herstellen von Optikbauteilen, wie beispielsweise eine Linse oder einen Spiegel, verwendet. Für manche Bauteile, wie beispielsweise dielektrische Spiegel, können mehrere Schichten auf einer Substratoberfläche aufgebracht werden, wobei sich das Material einer Schicht von einem Material einer anderen Schicht unterscheiden kann.
Je nach gewünschtem Bauteil kann ein zu beschichtendes Substrat eine komplexe Geometrie der Oberfläche aufweisen, beispielsweise eine sogenannte „Freiform-Fläche“ sein. Ferner können komplexe Schichtprofile von einer oder mehreren Schichten auf der Oberfläche gewünscht sein, d.h. für jede Schicht kann eine eigene ortsabhängige Schichtdicke auf der Substratoberfläche gewünscht sein. Entsprechend kann es ein Ziel einer Beschichtungsvorrichtung und eines Beschichtungsverfahrens sein, eine Substratoberfläche so definiert und so effizient wie möglich zu beschichten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden anschaulich eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats bereitgestellt. Hierfür wird ein Substrat mittels einer Halterung räumlich über einer Beschichtungsquelle, beispielsweise ein Magnetron, rotiert. Die Beschichtungsquelle wird mit einer Pulsmodulation betrieben, d.h. während der Rotation des Substrats wird die Beschichtungsquelle mehrfach angeschaltet und abgeschaltet.
Mit der Pulsmodulation, d.h. mit der auf diese Weise erzeugten Variation der Beschichtungsrate, kann ein gewünschtes Beschichtungsprofil auf der Substratoberfläche erzeugt werden. Mittels einer Pulsmodulation werden mehrere Einstellmöglichkeiten und Freiheitsgrade bereitgestellt. Beispielsweise kann eine (variierende) Pulsdauer, eine (variierende) Pulsfrequenz und/oder ein (variierende) Tastverhältnis eingestellt werden, so dass die Oberfläche des Substrats mit verschiedenen Schichtprofilen beschichtet werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats eine Beschichtungsquelle und eine Halterung für das Substrat auf, wobei die Halterung für eine Rotation des mittels der Halterung gehaltenen Substrats relativ zu der Beschichtungsquelle eingerichtet ist. Ferner weist die Vorrichtung eine Steuerung auf, die eingerichtet ist, die Beschichtungsquelle mit einer Pulsmodulation zu betreiben, so dass mittels der Pulsmodulation ein vorgegebenes Beschichtungsprofil auf einer Oberfläche des Substrats erzeugt wird.
Je nach herzustellendem Bauteil kann ein Substrat/eine Substratoberfläche verschiedene Geometrien aufweisen. Beispielsweise kann eine Substratoberfläche planar und/oder rotationssymmetrisch sein, beispielsweise kann das Substrat eine sphärische oder asphärische Linse sein. Ebenso kann das Substrat/die Substratoberfläche eine sogenannte „Freiform-Fläche“ sein, d.h. die Substratoberfläche kann keine typische Form aufweisen und beispielsweise, zumindest in Teilbereichen, eine asymmetrische Geometrie aufweisen. Die Geometrie der Substratoberfläche kann die lokale Beschichtungsrate auf einer Substratoberfläche beeinflussen, so dass beispielsweise an einer Position länger beschichtet werden muss, um dieselbe Schichtdicke wie an einer anderen Position zu erreichen. Zusätzlich zu der Vielzahl von Substrat/Substratoberflächen-Geometrien kann eine Vielzahl von Schichtprofilen auf einer Substratoberfläche gewünscht sein. Ferner können auch Multi-Schichtsysteme gewünscht sein, wobei die einzelnen Schichten voneinander unterschiedliche Materialien aufweisen können und/oder die einzelnen Schichten in einem Multi-Schichtsystem voneinander unterschiedliche Schichtprofile aufweisen können. Mittels einer Pulsmodulation der Beschichtungsquelle und der Rotation des Substrats während des Beschichtungsprozesses können derartige verschiedene Anforderungen erfüllt werden.
Mit einem Schichtprofil ist in diesem Zusammenhang eine (gewünschte) ortsabhängige Schichtdicke einer Schicht, beispielsweise auf der Substratoberfläche, gemeint.
Eine Beschichtungsquelle kann, je nach Form und Größe der Beschichtungsquelle und der Position relativ zu der Substratoberfläche, einen beschichteten Bereich auf der Substratoberfläche erzeugen. Im Folgenden wird der Begriff der Beschichtungsratenverteilung einer Beschichtungsquelle verwendet. Damit ist der Bereich gemeint, in welchem eine Beschichtungsquelle auf der (nicht-rotierenden) Substratoberfläche bzw. in der Ebene der Substratoberfläche eine Beschichtung erzeugen kann. Beispielsweise kann eine Beschichtungsquelle mit einem ersten Abstand zu der Substratoberfläche einen kreisförmigen Bereich beschichten, d.h. eine kreisförmige Beschichtungsratenverteilung aufweisen. In einem zweiten Abstand, beispielsweise einem größeren Abstand als der erste Abstand, kann, je nach Art und Betrieb der Beschichtungsquelle, sich beispielsweise der Radius des kreisförmigen Bereichs vergrößern oder der Bereich ellipsenförmig werden, da beispielsweise die Beschichtungsquelle das Beschichtungsmaterial in einer kegelförmigen Ausbreitung emittieren kann. Die Beschichtungsratenverteilung kann anschaulich als ein zweidimensionaler Schnitt durch die Geometrie der räumlichen Ausbreitung des Beschichtungsmaterials betrachtet werden.
Falls die Beschichtungsratenverteilung nicht die gesamte Substratoberfläche abdeckt, so kann mittels Rotation des Substrats der beschichtbare Bereich, beispielsweise auf die gesamte Substratoberfläche, erweitert werden. Die Rotation ermöglicht ein schnelles und großflächiges Beschichten einer Oberfläche. Ferner kann mittels der Rotation eine Schichtdicke einer Schicht homogenisiert oder definiert beeinflusst werden, beispielsweise in dem Unregelmäßigkeiten in der Beschichtungsrate der Beschichtungsquelle ausgeglichen werden. Da verschiedene optische Bauteile Schichtprofile mit Schichtdicken im Nanometerbereich und entsprechende Genauigkeiten benötigen, kann eine derartige Kompensation notwendig sein. Das Schichtprofil hängt entsprechend von der Rotationsgeschwindigkeit des Substrats, der Geometrie der Beschichtungsquelle und der Beschichtungsrate der Beschichtungsquelle ab.
Im Folgenden, wie auch in der Beschreibung der verschiedenen Figuren, wird beschrieben, dass ein Substrat/eine Substratoberfläche über einer Beschichtungsquelle hinwegbewegt wird. Dies ist allgemein zu verstehen. So kommt es für ein Beschichtungsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung nur auf die relative Position, die relative Translationsgeschwindigkeit, die relative Winkelgeschwindigkeit, die relative Ausrichtung und die relativen Winkel der Substratoberfläche gegenüber einer oder mehrerer Beschichtungsquellen an. Entsprechend sind die Ausführungsbeispiele allgemeiner zu verstehen.
Die Pulsmodulation (Puls-Pause-Modulation) kann derart gestaltet sein, dass die Beschichtungsquelle während der Rotation des Substrats an- und abgeschalten und/oder dass die Beschichtungsrate der Beschichtungsquelle während eines Pulses einen (definierten) Wert und während einer Pulspause null beträgt. Mittels der Pulsmodulation können mehrere Freiheitsgrade für ein gewünschtes Schichtprofil gegeben sein. Beispielsweise können Pulsfrequenz, Pulsverteilung, Tastverhältnis, Pulsdauer, Pulsamplitude, Offset und Pulsformen eingestellt werden. Die Pulsmodulation erlaubt eine genaue Steuerung einer Verweilzeit der Beschichtungsquelle (bzw. der Beschichtungsratenverteilung) relativ zu einer Position auf der Oberfläche des Substrats, d.h. für jede Position auf der Substratoberfläche kann die resultierende Schichtdicke eingestellt werden. Eine Pulsmodulation kann gegenüber einer kontinuierlichen, z.B. analogen, Leistungssteuerung mehrere Vorteile aufweisen. Es können kommerziell verfügbare Leistungsschalter verwendet werden (beispielsweise mit Schaltfrequenzen bis zu einigen 10 kHz). Schaltpunkte lassen sich leichter und langzeitstabiler als kontinuierliche Leistungskurven replizieren. Außerdem kann eine kontinuierliche Regelung über den Leistungsbereich eine Variation des Beschichtungsrateprofils zur Folge haben, während bei Pulsmodulation immer das gleiche Beschichtungsrateprofil zur Ausprägung kommt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Halterung ferner eingerichtet sein, das Substrat entlang einer Translationsrichtung über die Beschichtungsquelle hinweg zu bewegen und die Steuerung kann für das Steuern einer Translationsbewegung eingerichtet sein.
Mittels einer zusätzlichen Translationsbewegung des Substrats über die Beschichtungsquelle hinweg ist ein weiterer Freiheitsgrad für das Erzeugen von Schichtprofilen gegeben. Beispielsweise kann die Translationsbewegung in ihrer Geschwindigkeit gesteuert/geregelt werden. Mittels der Translationsbewegung kann die Beschichtungsratenverteilung der Beschichtungsquelle über die Substratoberfläche geführt werden und kann so die gesamte (beispielsweise auch mithilfe der Rotation) Substratoberfläche abdecken. Ferner kann mittels einer Translationsbewegung das Substrat beispielsweise über mehrere Beschichtungsquellen hinweg geführt werden. Die Rotation des Substrats und die Translationsbewegung des Substrats können aufeinander abgestimmt, beispielsweise zeitlich synchronisiert sein. Die Pulsmodulation kann mit der Rotationsbewegung zeitlich synchronisiert sein, mit der Translationsbewegung zeitlich synchronisiert sein und/oder mit der Rotationsbewegung und der Translationsbewegung zeitlich synchronisiert sein.
Falls beispielsweise die Beschichtungsratenverteilung einer Beschichtungsquelle zu einem Zeitpunkt einer Translationsbewegung den Rand einer Substratoberfläche und zu einem späteren Zeitpunkt die Mitte der Substratoberfläche abdeckt, so können mittels Steuerung der Geschwindigkeit der Translationsbewegung verschiedene Schichtdicken bzw. Schichtdickenverläufe für den Rand und die Mitte der Substratoberfläche eingestellt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Geschwindigkeit der Translationsbewegung mit der Rotationsgeschwindigkeit der Rotation des Substrats gekoppelt sein. Als Resultat können die Positionen die das Substrat während der Translationsbewegung einnimmt, mit der Winkelposition des Substrats gekoppelt sein.
Beispielsweise kann ein Schichtprofil dadurch eingestellt werden, dass mittels der Translationsbewegung des Substrats und entsprechend je nach dem momentanen Ort des Substrats (beispielsweise mit der Substratmitte oder der Halterung als Bezugspunkte) die Rotationsgeschwindigkeit variiert wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Translationsrichtung eine ringförmige Bahn beschreiben.
Eine ringförmige Bahn kann beispielsweise kreisförmig, elliptisch oder rechteckig sein, d.h. die Bahn kann geschlossen sein, so dass sich das Substrat nach einem Bahndurchlauf wieder in derselben Position befindet. So kann das Substrat mehrmals von derselben Beschichtungsquelle beschichtet werden und beispielsweise abkühlen, während es nicht über einer Beschichtungsquelle bewegt wird. Alternativ kann die Bahn der Translationsbewegung offen sein, beispielsweise linear.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können entlang der Translationsrichtung mehrere Beschichtungsquellen für die Beschichtung der Oberfläche des Substrats angeordnet sein, wobei optional jede Beschichtungsquelle für die Beschichtung mit einem Material eingerichtet sein kann und die Oberfläche des Substrats mit zumindest zwei voneinander verschiedenen Materialien nacheinander oder gleichzeitig beschichtet wird. Mittels mehrerer Beschichtungsquellen entlang der Translationsbewegung kann einerseits die Substratoberfläche mit verschiedenen Materialien beschichtet werden, d.h. ein Multischicht-System gebildet werden, wobei jede Schicht ein eigenes (beispielsweise von anderen Schichten unterschiedliches) Schichtprofil aufweisen kann. Andererseits kann auch mittels einer ersten Beschichtungsquelle eine erste Teilschicht einer gewünschten Schicht und mittels einer zweiten Beschichtungsquelle eine zweite Teilschicht der gewünschten Schicht auf der Oberfläche des Substrats aufgebracht werden. Beispielsweise kann das Substrat während des Transports zwischen den beiden Beschichtungsquellen abkühlen.
Gleichzeitiges Beschichten kann beispielsweise während eines sog. Co-Sputterverfahrens angewendet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können zumindest zwei Beschichtungsquellen der mehreren Beschichtungsquellen für verschiedene Beschichtungsratenverteilungen in der Ebene der Substratoberfläche eingerichtet sein.
Die Form und Größe, Betriebsparameter (z.B. eine Betriebsspannung), Abstand von der Substratoberfläche, Bauart und andere Parameter einer Beschichtungsquelle beeinflussen die Beschichtungsratenverteilung. Die Beschichtungsratenverteilung kann beispielsweise verschiedene Formen annehmen, beispielsweise eine Schicht auf der Substratoberfläche in Form eines Rechtecks oder eines Kreis erzeugen. In dem verschiedene Beschichtungsquellen verschiedene Beschichtungsratenverteilung aufweisen, sind weitere Freiheitsgrade und Realisierungsmöglichkeiten für gewünschte Schichtprofile gegeben. Beispielsweise kann mit einer ersten im Vergleich flächenmäßig großen Beschichtungsratenverteilung effizient eine große (Teil-)Fläche der Substratoberfläche beschichtet werden und mit einer zweiten im Vergleich flächenmäßig kleinen Beschichtungsratenverteilung können gezielt lokale Schichtdicken vergrößert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens weist eine oder mehrere Beschichtungsquellen eine Sputtereinrichtung, optional eine Magnetron-Sputtereinrichtung, auf.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird das Magnetron-Sputtern in Form eines Hochenergieimpuls-Magnetron-Sputterns (high-power impulse magnetron sputtering HiPIMS) durchgeführt.
Beispielsweise wird ein Pulser, d.h. ein Leistungsschalter, zur Leistungsregelung/Pulsmodulation verwendet. Durch pulsartige Entladungen mit Leistungen größer 1 MW kann beim Magnetron-Sputtern ein höherer Ionisierungsgrad des Teilchenstrahls erreicht werden, was beispielsweise zu einer Änderung der Eigenschaften einer aufgewachsenen Schicht führen kann, beispielsweise einer höheren Haftfestigkeit der aufgewachsenen Schicht. Beispielsweise kann der Pulser für eine Schaltfrequenz von bis zu 40 kHz ausgelegt sein.
Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen, beispielsweise bei Beispielen mit einer Beschichtungsquelle, welche für Ionenstrahl-Sputtern eingerichtet ist, kann, anstatt dem Anordnen mehrerer Beschichtungsquellen für ein Multi-Schichtsystem, das Sputter-Target der Beschichtungsquelle jeweils ausgetauscht werden das Aufbringen mehrerer Schichten nacheinander unter Verwendung des jeweiligen Sputter-Targets aufgebracht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen weist ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats, das Rotieren des Substrats relativ zu einer Beschichtungsquelle auf. Ferner weist das Verfahren das Betreiben der Beschichtungsquelle mit einer Pulsmodulation auf, so dass mittels der Pulsmodulation ein vorgegebenes Beschichtungsprofil auf einer Oberfläche des Substrats erzeugt wird.
Das Verfahren kann beispielsweise mit einer oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden. Aussagen für die Vorrichtung können sinngemäß/entsprechend ebenso für das Verfahren gelten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann das Substrat zusätzlich entlang einer Translationsrichtung über die Beschichtungsquelle hinweg bewegt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann die Geschwindigkeit der Translationsbewegung mit der Rotationsgeschwindigkeit der Rotation des Substrats gekoppelt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann die Translationsrichtung eine ringförmige Bahn beschreiben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens können zumindest zwei Beschichtungsquellen der mehreren Beschichtungsquellen für verschiedene Beschichtungsratenverteilungen in der Ebene der Substratoberfläche eingerichtet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann entlang der Translationsrichtung die Oberfläche des Substrats mit mehreren Beschichtungsquellen beschichtet werden, wobei optional jede Beschichtungsquelle für die Beschichtung mit einem Material eingerichtet ist und die Oberfläche des Substrats mit zumindest zwei voneinander verschiedenen nacheinander oder gleichzeitig Materialien beschichtet wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens können eine oder mehrere Beschichtungsquellen eine Sputtereinrichtung, optional eine Magnetron-Sputtereinrichtung, aufweisen.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
2A bis 2H jeweils eine beschichtete Substratoberfläche;
3A bis 3D jeweils ein beschichtetes Substrat;
4 Beispiele für mehrere Pulsmodulationen;
5 Beispieldiagramme für Pulsmodulationen;
6 eine Vorrichtung mit mehreren Beschichtungsquellen;
7 ein Verfahren zum Beschichten einer Substratoberfläche;
8 eine Vorrichtung zum Beschichten von ein oder mehreren Substratoberflächen.

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.
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.
Ein Aspekt verschiedener Ausführungsbeispiele kann darin gesehen werden, dass mittels der Pulsmodulation weitere Freiheitsgrade für die Beschichtung von Substratoberflächen mit, beispielsweise komplexen, Schichtprofilen gegeben sein können.
Ein weiterer Aspekt verschiedener Ausführungsbeispiele kann darin gesehen werden, dass eine Pulsmodulation, d.h. eine entsprechende Variation der Beschichtungsrate, der Beschichtungsquelle eine technisch einfachere Lösung für die Erhöhung der Anzahl an Freiheitsgraden ist, als beispielsweise die Variation der Rotationsgeschwindigkeit, welche aufgrund der Massenträgheit des Substrats nur eingeschränkt möglich ist.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zum Beschichten eines Substrats 102 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Die Vorrichtung 100 weist eine Halterung 106 zum Halten des Substrats 102 auf. Die Halterung 106 kann für eine Rotationsbewegung 114 des Substrats 102 eingerichtet sein. Das Substrat 102 wird in einem Abstand über einer Beschichtungsquelle 104 gehalten. In dieser Ansicht verdeckt das Substrat 102 teilweise die Beschichtungsquelle 104, die zu beschichtende Substratoberfläche ist der Beschichtungsquelle 104 zugewandt und hier nicht sichtbar. Die Beschichtungsquelle 104 wird mittels einer Steuerung 108 mittels einer Steuerungsleitung 110 gesteuert. Die Steuerung 108 kann die Beschichtungsquelle 104 derart ansteuern, dass die Beschichtungsrate der Beschichtungsquelle eine Pulsmodulation aufweist, beispielsweise mittels Steuerns der der Beschichtungsquelle 104 zugeführten elektrischen Leistung.
Die Vorrichtung 100 kann beispielsweise der Vorrichtung 800 aus 8 entsprechend bzw. Teil davon sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Halterung 106, beispielsweise (auch) die Rotationsbewegung 114 des Substrats 102, mittels einer Steuerleitung 112 von der Steuerung 108 gesteuert werden. In anderen Ausführungsbeispielen werden die Pulsmodulation der Beschichtungsquelle 104 und die Rotationsbewegung 114 der Halterung 106 von zwei verschiedenen Steuerungen gesteuert, welche beispielsweise ihrerseits von einer übergeordneten Steuerung gesteuert werden können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Halterung 106 für eine Translationsbewegung 116 des Substrats 102 eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Translationsbewegung ebenfalls mittels einer Steuerleitung, beispielsweise der Steuerleitung 112, mittels der Steuerung 108 gesteuert werden.
In der gezeigten Ansicht ist die Beschichtungsquelle 104 relativ zu dem Substrat 102 unten angeordnet, d.h. das Substrat 102 wird „kopfüber“ von der Halterung 106 gehaltert. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Beschichtungsquelle 104 relativ zu dem Substrat 102 beliebig, beispielsweise oben oder seitlich oder in einem Winkel, angeordnet sein.
Die Vorrichtung 100 kann in einer Vakuumkammer, beispielsweise in einem Ultrahochvakuum, betrieben werden. Teile der Vorrichtung 100, beispielsweise die Steuerung 108 und/oder Teile der Halterung 106 können zumindest teilweise außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Ferner kann die Vorrichtung 100 entsprechende Verbindungen zu den Teilen der Vorrichtung 100 innerhalb der Vakuumkammer und außerhalb der Vakuumkammer, beispielsweise der Steuerung 108, aufweisen. Zum Wechseln des Substrats und/oder der Beschichtungsquellen (oder Beschichtungsmaterial für die Beschichtungsquellen), kann die Vakuumkammer eine Schleuse aufweisen. Die Vorrichtung 100 kann ferner Bauteile zur Kühlung verschiedener Bauteile, wie beispielsweise eine Kühlung für die Halterung 106 und damit einhergehend eine Kühlung für das Substrat 102 und/oder eine Kühlung für die Beschichtungsquelle 104 aufweisen.
Das Substrat 102 kann beispielsweise ein Substrat für optische Bauelemente sein. Beispielsweise ein Substrat für eine Linse oder einen Spiegel. Je nach gewünschtem Bauteil können das Substrat 102 und ein entsprechendes (Multischicht-)Schichtprofil auf dem Substrat 102 in geometrischer Form und Materialzusammensetzung gestaltet sein.
Die Beschichtungsquelle 104 kann beispielsweise für DC-Sputtern, HF-Sputtern, Ionenstrahl-Sputtern, Magnetron-Sputtern und reaktives Sputtern eingerichtet sein. Alternativ (oder zusätzlich bei mehreren Beschichtungsquellen) können auch andere Beschichtungsquellen, beispielsweise für Aufdampfverfahren wie Bogen-Verdampfen genutzt werden. Allgemein ist jede Beschichtungsquelle geeignet, welche sich mittels einer Pulsmodulation steuern lässt, d.h. beispielsweise mittels Schaltens einer elektrischen Spannung. Die Beschichtungsratenverteilung der Beschichtungsquelle 104 kann beliebig gestaltet werden. Beispielsweise kann die Beschichtungsquelle 104 eine rechteckige oder runde Form mit einer entsprechenden Beschichtungsratenverteilung aufweisen, d.h. die Geometrie der Beschichtungsquelle 104 kann die Geometrie der entsprechenden Beschichtungsratenverteilung vorgeben. Zur Vereinfachung wird in 1 angenommen, dass die Form der Beschichtungsquelle 104 mit ihrer Beschichtungsratenverteilung in der Ebene der Substratoberfläche übereinstimmt. Die Beschichtungsratenverteilung der Beschichtungsquelle 104 kann an das gewünschte zu erreichende Schichtprofil auf einer Oberfläche des Substrats 102 angepasst sein.
Die Halterung 106 kann eingerichtet sein, sowohl das Substrat 102 zu halten als auch das Substrat 102 in Rotation zu versetzen. Beispielsweise kann das Substrat 102 um eine Rotationsachse, beispielsweise eine Rotationsachse die durch das Substrat 102 oder nicht durch das Substrat 102 verläuft, in Rotation versetzt werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Halterung 106 auch, z.B. zusätzlich, eingerichtet sein, das Substrat 102 in einer Satellitenbewegung bzw. Planetenbewegung zu bewegen. Ferner kann die Halterung 106 eingerichtet sein, den Abstand des Substrats 102 bzw. der Substratoberfläche von der Beschichtungsquelle 104 einzustellen. Weiterhin kann die Halterung 106 eingerichtet sein, die Translationsbewegung 116 des Substrats 102 über die Beschichtungsquelle 102 zu ermöglichen.
Die Halterung 106 kann entsprechend der Bewegungsmöglichkeiten ein oder mehrere Motoren, beispielsweise Schrittmotoren, für die Rotationsbewegung 114 des Substrats 102, optional für die Translationsbewegung 116 des Substrats 102 und optional für eine Abstandsänderung zwischen dem Substrat 102 und der Beschichtungsquelle 104 aufweisen. Die Halterung 106 bzw. die Motoren können zumindest teilweise von der Steuerung 108 gesteuert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Halterung 106 dazu eingerichtet sein, mehrere Substrate zu halten und beispielsweise Beschichtungsverfahren auf mehreren Substratoberflächen gleichzeitig zu fahren. Beispielsweise weist die Halterung 106 zwei oder mehrere Arme aus, die jeweils ein oder mehre Substrate halten können (und diese auch in Rotation versetzen können). Die Vorrichtung 100, insbesondere die Halterung 106 und die Steuerung 108, kann entsprechend für eine Rotation und Translation der mehreren Substrate eingerichtet sein. Je nachdem welches Substrat sich über welcher Beschichtungsquelle befindet, kann beispielsweise auch die Pulsmodulation der jeweiligen Beschichtungsquelle angepasst werden.
Die Steuerung 108 kann in Form einer einzelnen zentralen Steuerung oder in Form mehrerer Steuerungen für Unterbereiche (beispielsweise separate Steuerungen für die verschiedenen Motoren der Halterung 106 und für die Beschichtungsquelle 104) vorliegen. Die mehreren Steuerungen für Unterbereiche können ihrerseits von einer Zentralsteuerung überwacht und/oder gesteuert werden.
Die Steuerung 108 kann ein oder mehrere Prozessoren und/oder Mikrokontroller und/oder ASICs (Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) aufweisen. Die Steuerung 108 kann eingerichtet sein, mittels Software, Firmware und/oder Hardware ihre Funktion(en) zu realisieren. Die Steuerung 108 kann beispielsweise einen entsprechenden Speicher aufweisen, welcher Daten über Steuerungsdaten, Schichtprofile und andere Parameter bereitstellen kann. Mittels der Steuerung 108 kann beispielsweise ein gewünschtes (Multischicht-)Schichtprofil ausgewählt und auf einer Substratoberfläche appliziert werden.
Die Steuerung 108 kann eingerichtet sein, die Beschichtungsquelle 104 zu steuern. Dies kann insbesondere eine Pulsmodulation und das Steuern derselben der Beschichtungsquelle 104 bedeuten, d.h. beispielsweise eine Pulsmodulation der der Beschichtungsquelle 104 zugeführten elektrischen Leistung, so dass effektiv die Beschichtungsrate der Beschichtungsquelle 104 pulsmoduliert ist. Ferner kann die Steuerung 108 die zeitliche Abstimmung (Synchronisation) der Pulsmodulation der Beschichtungsquelle 104 mit der Rotationsbewegung, z.B. der Winkelgeschwindigkeit, und/oder der Translationsbewegung, z.B. der Translationsgeschwindigkeit, steuern und erhalten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Halterung 106 zusätzlich eingerichtet sein, das Substrat 102 um einen Winkel zu kippen. D.h. die Halterung 108 kann eine Einrichtung aufweisen, welche das Substrat 102 um eine (zusätzliche) Drehachse drehbar macht/dreht. Eine solche Drehbewegung kann beispielsweise von der Steuerung 108 gesteuert werden. Das Substrat 102 kann während der Rotationsbewegung (und während der optionalen Translationsbewegung) und der Beschichtung in gekippter Stellung verbleiben. Aufgrund einer Kippung des Substrats 102 kann die Beschichtungsratenverteilung der Beschichtungsquelle 104 auf der Oberfläche des Substrats 102 verändert werden. Beispielsweise kann die Beschichtungsratenverteilung auf der Substratoberfläche in nichtgekipptem Zustand kreisförmig sein und in gekipptem Zustand die Form einer ovalen/ellipsenförmigen Beschichtungsratenverteilung annehmen. D.h. die Größe und die Form der Beschichtungsratenverteilung, sowie die lokale Beschichtungsrate können für eine oder mehrere Beschichtungsquellen 104 eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann anstatt der Halterung 106 die Beschichtungsquelle 104 um eine Drehachse gedreht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Halterung 106 auch eingerichtet sein, das Substrat 102 in einer Bewegung radial nach außen/innen zu bewegen. Die Steuerung 108 kann eingerichtet sein, diese Bewegung zu steuern. Mittels einer solchen Bewegung können weitere Freiheitsgrade, beispielsweise eine veränderliche Beschichtungsratenverteilung der Beschichtungsquelle 104 auf dem Substrat 102 erreicht werden.
Allgemein kann die Anzahl der benötigen Freiheitsgrade je nach dem zu beschichtenden Substrat 102 und/oder dem oder den gewünschten Schichtprofilen, eingestellt werden. Dazu können beispielsweise die Vorrichtung 100 und das Beschichtungsverfahren 700 entsprechend eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 100 für ein oder mehrere Konfigurationen eingerichtet. So können während eines Beschichtungsverfahrens die Geschwindigkeit der Translationsbewegung konstant oder variabel und die Winkelgeschwindigkeit der Rotation konstant oder variabel sein. In jedem der vier Fälle kann eine Pulsmodulation der Beschichtungsquelle hinzugefügt werden. Variable Winkelgeschwindigkeiten, d.h. eine Steuerung eines Schichtprofils mittels Änderns der Winkelgeschwindigkeit während des Beschichtens, kann allerdings aufgrund der Massenträgheit des Substrats und der Halterung problematisch sein, beispielsweise nicht exakt steuerbar bzw. nicht derart exakt wie eine Pulsmodulation steuerbar und zeitintensiv (da das Substrat Zeit für Beschleunigung und Abbremsung benötigt) sein. Entsprechend können nur Substrate mit einer im Vergleich geringeren Massenträgheit (effizient) beschichtet werden. Je nach Anwendung/gewünschtem beschichtetem Bauteil können so die Freiheitsgrade eingestellt werden, die benötigt werden, um die entsprechenden Schichtprofile einzustellen. Komplexe Schichtprofile, d.h. variable, ortsabhängige Schichtdicken einer oder mehrerer Schichten, können mehrere Freiheitsgrade erfordern, wie beispielsweise im Rahmen der Fig.2A bis 2H gezeigt. Eine konstante/variable Winkelgeschwindigkeit und eine konstante/variable Translationsgeschwindigkeit können jeweils einzeln oder gekoppelt (beispielsweise phasengekoppelt im Fall der Rotation) mit der Pulsmodulation synchronisiert, d.h. zeitlich abgestimmt sein. Eine Synchronisierung kann mittels der Steuerung 108 erreicht/überwacht und gesteuert werden.
Alternativ zu einer konstanten/variablen Translationsbewegung und einer konstanten/variablen Rotationsbewegung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Vorrichtung 100, d.h. speziell die Halterung 106 und die Steuerung 108, für eine erste konstante/variable Translationsbewegung in eine erste Translationsrichtung (beispielsweise eine kartesische x-Richtung) und eine zweite konstante/variable Translationsbewegung in eine zweite Translationsrichtung (beispielsweise eine kartesische y-Richtung), beispielsweise mit/ohne Pulsmodulation, eingerichtet sein. Eine Rotation des Substrats kann, jedoch nicht notwendigerweise, hinzukommen. Beispielsweise kann die erste Translationsbewegung konstant sein und die zweite Translationsbewegung kann variabel sein, um ein komplexes Schichtprofil zu erzeugen. Je nach gewünschtem Schichtprofil kann es beispielsweise nicht notwendig sein, dass beide Translationsbewegungen eine hohe Dynamik aufweisen und eine entsprechende technische Umsetzung aufweisen müssen.
Auswirkungen der Translationsbewegung, der Rotationsbewegung und der Pulsmodulation werden in Fig.2A bis 2H veranschaulicht.
Fig.2A bis 2H zeigen schematisch jeweils eine beschichtete Substratoberfläche 202 und veranschaulichen an einfachen Beispielen die Auswirkungen der verschiedenen Bewegungsmöglichkeiten des Substrats, beispielsweise des Substrats 102 in der Vorrichtung 100.
2A zeigt die Substratoberfläche 202, welche ausschließlich in dem kreisförmigen Bereich 204 beschichtet ist. Der kreisförmige Bereich 204 entspricht der Beschichtungsratenverteilung der Beschichtungsquelle, die für die Beschichtung genutzt wurde. In diesem Beispiel wurde die Substratoberfläche 202 nicht bewegt, um die Beschichtungsratenverteilung, auch für die folgenden Figuren, auf der Substratoberfläche 202 zu illustrieren.
2B zeigt die beschichtete Substratoberfläche 202 mit der Beschichtungsratenverteilung gemäß 2A. Im Unterschied zu 2A wurde das Substrat/die Substratoberfläche 202 relativ zu der Beschichtungsquelle während der Beschichtung rotiert (hier um einen Winkel von 90°). Die resultierende Schicht 204 bzw. dessen Form ist entsprechend der Rotation entlang einer Kreisbogenform ausgebildet.
2C zeigt die beschichtete Substratoberfläche 202 mit der Beschichtungsratenverteilung gemäß 2A. Im Unterschied zu Fig.2A führte das Substrat/die Substratoberfläche 202 relativ zu der Beschichtungsquelle eine Translationsbewegung während der Beschichtung aus (hier im Sinne der Figur in eine Translationsrichtung nach links). Die resultierende Schicht 204 bzw. dessen Form ist entsprechend der Translationsrichtung entlang einer Geraden ausgebildet.
2D zeigt die beschichtete Substratoberfläche 202 mit der Beschichtungsratenverteilung gemäß 2A. Hier wurde gemäß Fig.2B und gemäß 2C die Substratoberfläche sowohl rotiert, als auch eine Translationsbewegung durchgeführt.
2E zeigt die beschichtete Substratoberfläche 202 mit der Beschichtungsratenverteilung gemäß 2A. Hier wurde die Beschichtungsquelle mit einer Pulsmodulation betrieben. Im Sinne der Anschaulichkeit wurde die Substratoberfläche 202 rotiert, so dass sich überlappende Beschichtungsbereiche 206, 208 und 210 auf der Substratoberfläche ausgebildet wurden.
2F zeigt die beschichtete Substratoberfläche 202 mit der Beschichtungsratenverteilung gemäß 2A. Hier wurde die Beschichtungsquelle mit einer Pulsmodulation betrieben. Während einer Rotation der Substratoberfläche 202 relativ zu der Beschichtungsquelle wurde die Beschichtungsquelle mit acht (kurzen) Pulsen betrieben. Die Rotationsbewegung und die Pulsmodulation waren, wie beispielsweise auch in anderen Ausführungsbeispielen, zeitlich synchronisiert. D.h. die Beschichtungsquelle lieferte während den Pulsen, entsprechend der beschichteten Flächen 212, eine Beschichtungsrate auf der Substratoberfläche und ansonsten keine Beschichtungsrate.
Hier wurde die Pulsmodulation derart mit der Rotationsbewegung synchronisiert, dass fortlaufend bei jeweils einer weiteren Drehung um 45° des Substrats ein kurzer Puls gegeben wurde.
2G zeigt die beschichtete Substratoberfläche 202 mit der Beschichtungsratenverteilung gemäß 2A. Hier wurde die Beschichtungsquelle mit einer Pulsmodulation ähnlich zu 2F betrieben. Wie in 2B wurde die Substratoberfläche 202 relativ zu der Beschichtungsquelle rotiert, wobei die Pulsmodulation verschieden lange Pulsdauern aufwies. Beispielsweise entsprechen die Pulsdauern der Pulse für die beschichteten Flächen 214 den Pulsdauern aus Fig.2F, wobei die Pulsdauer für die beschichtete Fläche 216 zeitlich länger war.
2H zeigt die Substratoberfläche 202 mit einem beschichteten Bereich 218. Wie in den Figuren Fig.2A bis 2G wurde eine Beschichtungsquelle mit derselben Beschichtungsratenverteilung verwandt. Mittels Kombination der Beschichtungsratenverteilung der Beschichtungsquelle, der Rotationsbewegung, der Translationsbewegung und der Pulsmodulation können entsprechend beliebige Schichtprofile auf der Substratoberfläche erzeugt werden.
Fig.3A bis 3D zeigen schematisch jeweils ein beschichtetes Substrat. Beispielsweise kann ein solches beschichtetes Substrat mit der Vorrichtung 100 erzeugt werden.
3A zeigt einen Querschnitt eines Substrats 302 mit einer darauf aufgebrachten Schicht 304. In diesem Beispiel sind sowohl das Substrat 302 als auch die Schicht 304 mit planarer Oberfläche ausgebildet.
3B zeigt einen Querschnitt eines Substrats 306 mit einer darauf aufgebrachten Schicht 308 mit einer Schichtoberfläche 310. In diesem Beispiel sind das Substrat 306 und die Schicht 308 und entsprechend die Schichtoberfläche 310 konkav (und co-planar) und rotationssymmetrisch zur Mitte des Substrats 306 ausgebildet.
3C zeigt einen Querschnitt eines Substrats 314 mit einer darauf aufgebrachten Schicht mit einer Schichtoberfläche 318. In diesem Beispiel weist die Schicht eine erste Teilschicht 316, die wie die Schicht 310 aus 3B rotationsymmetrisch ausgebildet ist und, angedeutet mittels der gestrichelten Linie 320, eine zweite Teilschicht 322 auf, welche nicht rotationssymmetrisch zur einer Achse durch die Mitte des Substrats ist. In 3D ist eine schematische Draufsicht hierzu gezeigt.
3D zeigt eine schematische Draufsicht auf das mit der Schicht beschichtete Substrat 314 der 3C. In der Draufsicht ist die Substratoberfläche 318 dargestellt und der Umriss der zweiten Teilschicht 322 angedeutet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, wie mittels der Fig.3C bis 3D dargestellt, kann eine Schicht beispielsweise aus zwei oder mehr Anteilen/Teilschichten gebildet sein. In den Figuren ist eine erste Teilschicht 316 konform mit der Oberfläche des Substrats 314 und rotationssymmetrisch zur Mitte des Substrats 314 und eine Teilschicht 322 ist asymmetrisch angelegt, d.h. in diesem Beispiel nicht an eine bestimmte Symmetrie gebunden.
Derartige Schichten/Schichtstrukturen, beispielsweise auch Multi-Schichtsysteme, können beispielsweise in aufeinanderfolgenden Beschichtungsprozessen aufgebracht werden. Beispielsweise können für die verschiedenen Teilschichten verschiedene Pulsmodulation und/oder Translations-/Rotationsgeschwindigkeiten genutzt werden.
4 zeigt schematisch Ausführungsbeispiele für mehrere verschiedene Pulsmodulationen. Beispielsweise kann die Pulsmodulation mit der Vorrichtung 100 erzeugt werden.
Die mehreren Pulsmodulationen sind über einer Zeitachse T und einer Achse für die Leistung P der Beschichtungsquelle aufgetragen. In diesem Beispiel ist eine konstante Rotationsbewegung eines Substrats angenommen, so dass die Zeitachse mit einer Winkelposition des Substrats relativ zu einer Beschichtungsquelle beschriftet ist. Die Leistungsachse P bezeichnet in diesem Fall die an die Beschichtungsquelle angelegte Leistung. In anderen Beispielen kann ein anderer Parameter gewählt werden (z.B. ein an der Beschichtungsquelle angelegter Strom oder Spannung). Allgemein kann diese Achse, ohne vom Sinngehalt abzuweichen, eine (effektive) Beschichtungsrate auf der Oberfläche des Substrats darstellen/sein.
Die dargestellten Pulse, Pulspausen bzw. Pulsmodulationen lassen sich beliebig verändern und kombinieren und sind nur zur Illustrierung verschiedener Möglichkeiten der Pulsmodulation in diesem Diagramm (zusammen) dargestellt.
Wie beispielsweise mit der Pulspause 402 angedeutet, kann das Tastverhältnis und somit die Zeitdauer zwischen zwei Pulsen verändert werden. Ebenso kann die Pulsdauer, wie mit dem Puls 404 angedeutet, variiert werden. Mit den Pulsen 406 ist angedeutet, dass die Pulsfrequenz variabel (gesteuert) gestaltet sein kann. Die Pulse 408 weisen ein Offset auf, d.h. auch in den Pulspausen ist eine (niedrigere) Beschichtungsrate gegeben. Alternativ kann ein solcher Offset auch dazu dienen zwar keine Beschichtungsrate der Beschichtungsquelle zu liefern, aber beispielsweise die Beschichtungsquelle auf einer Temperatur oder beispielsweise einer betriebsbedingten Spannung zu halten. Wie mit dem Puls 410 angedeutet, kann auch die Pulshöhe und damit die Beschichtungsrate pro Puls variiert werden.
5 zeigt schematisch Beispieldiagramme 502, 504 und 506 für verschiedene Pulsmodulationen. Die Diagramme 502, 504 und 506 sind, in Anlehnung an 4, über einer Zeitachse und einer Achse für die effektive Beschichtungsrate aufgetragen. Die Zeitachsen der Diagramme 502, 504 und 506 stimmen miteinander überein.
Das erste Diagramm 502 zeigt eine erste Pulsmodulation. Hervorgehoben sind die einzelnen Pulse 512, 520 und die Pulspause 510. Mit der ersten Pulsmodulation wird in einem ersten Beschichtungsverfahren eine erste Beschichtung (mit einer ersten (ortsabhängigen) Schichtdicke) auf einer ersten Substratoberfläche erzeugt.
Das zweite Diagramm 504 zeigt eine zweite Pulsmodulation, wobei die Pulse 522, 514 und 516 hervorgehoben sind. Mit der zweiten Pulsmodulation wird in einem zweiten Beschichtungsverfahren eine zweite Beschichtung auf einer zweiten Substratoberfläche erzeugt.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen, beispielsweise wie im Rahmen von Fig. 3C und 3D beschrieben, kann eine dritte Beschichtung auf einem dritten Substrat mittels einer Überlagerung von zwei Beschichtungsverfahren erreicht werden. Dies ist einerseits möglich mittels dem hintereinander Ausführen von mehreren Beschichtungsverfahren, beispielsweise dem ersten und dem zweiten Beschichtungsverfahren auf einem Substrat. Andererseits ist auch eine Überlagerung der Pulsmodulationen eines ersten und eines zweiten Beschichtungsverfahrens möglich, so dass nur ein Verfahren mit einer Pulsmodulation durchgeführt werden muss.
Das dritte Diagramm 506 zeigt eine Überlagerung der Pulsmodulationen des ersten Beschichtungsverfahrens 502 und des zweiten Beschichtungsverfahrens 504. Der Puls 514 aus dem zweiten Beschichtungsverfahren kann in die Pulspause 510 des ersten Beschichtungsverfahrens bei der Überlagerung eingefügt werden, so dass so die Pulsmodulationen des ersten und des zweiten Beschichtungsverfahrens voneinander unabhängig in ein Beschichtungsverfahren integriert vorliegen. Der Puls 520 des ersten Beschichtungsverfahrens und der Puls 522 des zweiten Beschichtungsverfahrens überlappen sich zeitlich. Wie hier dargestellt ist, ist eine Möglichkeit der Überlagerung, dass jeweils die höhere Pulshöhe bei der Überlagerung genutzt wird. Eine weitere Möglichkeit der Überlagerung ist für die Überlagerung des Pulses 512 des ersten Beschichtungsverfahrens und für den Puls 516 des zweiten Beschichtungsverfahrens dargestellt. Hier werden die Pulshöhen addiert, d.h. beispielsweise eine doppelte Beschichtungsrate in der Pulsdauer des Pulses 518 erreicht.
Allgemein können verschiedene Möglichkeiten der Überlagerung von zwei oder mehreren Beschichtungsverfahren genutzt werden, um die Anzahl von Beschichtungsverfahren zu senken, um damit Zeit, Energie und Kosten einzusparen. Beispielsweise können zwei Beschichtungsverfahren mittels eines Gewichtungsfaktors, d.h. die Beschichtungsrate eines ersten Beschichtungsverfahrens wird bei einer Addition oder auch Multiplikation stärker gewichtet, überlagert werden und/oder es kann ein Begrenzungsfaktor eingefügt werden, d.h. bei der Addition oder der Multiplikation zweier Pulsmodulationen werden die Pulshöhen auf einen Schwellenwert begrenzt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können ein Soll-(Multischicht-)Schichtprofil und/oder auch eine entsprechende Substratoberflächengeometrie komplex sein. Entsprechend kann es eine lange Zeit erfordern, alle Freiheitsgrade, beispielsweise aufgrund von Pulsmodulation, Translations- und Rotationsgeschwindigkeit, mit verschiedenen Parametern zu testen, bis das gewünschte Soll-Schichtprofil erreicht ist. Um dies zu umgehen, können, beispielsweise in Form von Betriebsparameter in einer Steuerung abgespeichert, Grundformen in der Steuerung gespeichert sein. So können beispielsweise ein Parametersatz für eine Pulsmodulation, eine Rotationsgeschwindigkeit und eine Translationsgeschwindigkeit und das resultierende Ergebnis auf einer Substratoberfläche in der Steuerung gespeichert sein. Ein Nutzer der Vorrichtung bzw. eines Verfahrens kann anhand der gespeicherten Grundformen ein Soll-Schichtprofil mittels Überlagerns und/oder mittels Ausführens von solchen Grundformen hintereinander (beispielsweise skalierbare Grundformen) erreichen. D.h. die Grundformen, als Parametersätze für ein Beschichtungsverfahren können anschaulich als „Baukasten-System“ genutzt werden, um sich ein neues Soll-Schichtprofil zu erstellen bzw. einem gewünschtem Soll-Schichtprofil nahezukommen und dies als Startpunkt für weitere Optimierungen zu nutzen.
6 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Vorrichtung 600 mit mehreren Beschichtungsquellen 608, 610, 612 und 614. Die Vorrichtung 600 kann der Vorrichtung 100 mit mehreren Beschichtungsquellen entsprechen.
Wie bei der Vorrichtung 100 wird hier ein Substrat 602 mittels einer Halterung 604 über mehrere Beschichtungsquellen 608, 610, 612 und 614 hinweg geführt. Die Translationsbewegung ist hier ringförmig mit dem gestrichelten Kreis 606 angedeutet. Für jede der Beschichtungsquellen 608, 610, 612 und 614 kann eine eigene Pulsmodulation oder auch eine Pulsmodulation für mehrere Beschichtungsquellen 608, 610, 612 und 614 gemeinsam genutzt werden. Die Beschichtungsquellen 608, 610, 612 und 614 können jeweils für die Beschichtung des Substrats 602 mit einem Material vorgesehen sein, wobei sich das Material der jeweiligen Beschichtungsquellen 608, 610, 612 und 614 voneinander unterscheiden kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Translationsbewegung eine Geschwindigkeit zwischen 1 mm/s und 200 mm/s betragen, die maximale Beschleunigung kann beispielsweise von 1 mm/s² bis 200 mm/s², beispielsweise 30 mm/s², betragen. Die Positioniergenauigkeit kann beispielsweise bis zu 0,1 mm in Bewegungsrichtung betragen. Für die Rotationsbewegung kann die Gesamtmasse der Halterung und des Substrats beispielsweise bis zu 1000 kg betragen. Die Rotationsfrequenz kann zwischen 0 und 10 Hz, beispielsweise 3 Hz mit beispielsweise einer Genauigkeit von 0,1 Hz eingestellt werden. Die Winkelbeschleunigung (z.B. auf die Rotationsfrequenz) kann beispielsweise zwischen 0,01 Hz² und 0,1 Hz², beispielsweise 0,013 Hz², betragen.
Die Translationsbewegung entlang der Bahn 606 ermöglicht, dass das Substrat 602 mit mehreren Schichten, beispielsweise mittels mehreren Umdrehungen in der Bahn 606, beschichtet werden kann. Beispielsweise können über 100 Schichten, beispielsweise jeweils bestehend aus verschiedenen Materialien und beispielsweise jeweils mit einer anderen ortsabhängigen Schichtdicke, erzeugt werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können verschiedene, sich beispielsweise in Größe und Form der Beschichtungsratenverteilung, sich unterscheidende Beschichtungsquellen in einer Anordnung kombiniert werden. Beispielsweise kann die Anordnung auch für verschiedene Beschichtungsverfahren ausgelegt sein, wobei für ein Beschichtungsfahren eine jeweils andere Konfiguration von Beschichtungsquellen aktiv sein kann als für ein anderes Beschichtungsverfahren.
Zur beispielhaften Illustration sind mehrere verschiedene Beschichtungsquellen dargestellt und die geometrische Form der jeweiligen Beschichtungsquelle entspricht hier zur Vereinfachung ihrer Beschichtungsratenverteilung in der Ebene des Substrats 602. Die Beschichtungsquellen mit dem Bezugszeichen 608 sind gleichmäßig und mit derselben jeweiligen Form der Beschichtungsratenverteilung entlang der Bahn 606 eingerichtet. Die Beschichtungsquelle 610 ist im Vergleich zu den Beschichtungsquellen 610 radial nach außen versetzt und weist so gegenüber den Beschichtungsquellen 608 eine andere Beschichtungsratenverteilung auf der Substratoberfläche des Substrats 602 auf. Die beiden Beschichtungsquellen 612 sind derart angeordnet, dass sie das Substrat 602 gleichzeitig beschichten können, wobei in verschiedenen Beispielen die beiden Beschichtungsquellen 612 auch voneinander verschiedene Beschichtungsratenverteilungen aufweisen können. Die Beschichtungsquelle 614 weist gegenüber den Beschichtungsquellen 608 eine andere Form der Beschichtungsratenverteilung auf.
Bei den verschiedenen Beispielen sind die Beschichtungsratenverteilungen der verschiedenen Beschichtungsquellen auf der Substratoberfläche unterschiedlich und somit werden bei der Translationsbewegung unterschiedliche Bereiche und unterschiedlich große Bereiche des Substrats beschichtet. Somit kann für jede Beschichtungsquelle/Kombination von Beschichtungsquellen ein anderes Schichtprofil erzeugt werden. Anschaulich beschrieben, können mit den verschiedenen Beschichtungsratenverteilungen, wie mit verschiedenartigen Pinseln bei dem Malen eines Gemäldes, die „Strichführung“ und die „Auflösung“ und damit auch die Geschwindigkeit eines Verfahrens gewählt werden. Beispielsweise kann mit einer gegenüber dem Flächeninhalt der Substratoberfläche vergleichsweise großen Beschichtungsratenverteilung eine große Fläche der Substratoberfläche gleichzeitig, homogen und effizient, d.h. beispielsweise mit einer Zeitersparnis, beschichtet werden. Mit einer gegenüber dem Flächeninhalt der Substratoberfläche vergleichsweise kleinen Beschichtungsratenverteilung können vergleichsweise kleine Merkmale, beispielsweise räumlich begrenzte lokale Schichtdickenvariation, aufgebracht werden.
Die Translationsbewegung kann je nach gewünschtem Schichtprofil frei gewählt werden. So kann das Substrat 602 entlang der Bahn 606 mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit bewegt werden, beispielsweise kann die Translationsgeschwindigkeit des Substrats 602 zwischen zwei Beschichtungsquellen höher oder niedriger sein als die Translationsgeschwindigkeit des Substrats 602 während es sich zumindest teilweise oberhalb einer Beschichtungsquelle aufhält. Verschiedene Beschichtungsquellen können auch austauschbar sein bzw. das Beschichtungsmaterial kann ausgetauscht werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann alternativ die Halterung 106 auf einer oder mehreren Linearachsen bewegbar sein. Beispielsweise kann das Substrat 602 so entlang einer „X“ und einer „Y“ - Achse über einem oder mehreren, beispielsweise hintereinander folgend, Beschichtungsquellen 104 positioniert werden. Entsprechend kann ein Verfahren das Positionieren über mehreren Beschichtungsquellen 604 aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen können in einer Vorrichtung eine oder mehrere Beschichtungsquellen eingerichtet sein, aktive Schichten aufzubringen, d.h. beispielsweise Schichten die für die optische Funktion eines optischen Bauelements notwendig sind, und ein oder mehrere andere Beschichtungsquellen können eingerichtet sein, beispielsweise Adhäsionsschichten und/oder Schutzschichten aufzubringen.
7 zeigt schematisch ein Verfahren 700 zum Beschichten einer Substratoberfläche.
Das Verfahren 700 kann, in 702, das Rotieren des Substrats relativ zu einer Beschichtungsquelle aufweisen. Ferner kann das Verfahren, in 704, das Betreiben der Beschichtungsquelle mit einer Pulsmodulation aufweisen, so dass mittels der Pulsmodulation ein vorgegebenes Beschichtungsprofil auf einer Oberfläche des Substrats erzeugt wird.
Das Verfahren 700 kann beispielsweise mit der Vorrichtung 100 oder der Vorrichtung 600 durchgeführt werden. Beispiele, Zusätze und Alternativen die für die Vorrichtung 100 und die Vorrichtung 600 oben beschrieben worden sind, können (sinngemäß) auch für ein Verfahren 700 anwendbar sein.
8 zeigt schematisch eine Vorrichtung 800 zum Beschichten von ein oder mehreren Substratoberflächen 820.
Die Vorrichtung 100 kann Teil der Vorrichtung 800 sein und/oder das Verfahren 700 kann mittels der Vorrichtung 800 durchgeführt werden.
Die Vorrichtung 800 weist eine Vakuumkammer 802 auf. Die Vakuumkammer 802 kann in verschiedenen Beispielen (auch) mit einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise mit Stickstoff oder mit einem Edelgas wie Argon, versehen sein. Die Vakuumkammer 802 kann dazu eingerichtet sein, einerseits einen im Vergleich zum Atmosphärendruck niedrigeren Druck für ein Beschichtungsverfahren zu gewährleisten, beispielsweise können eine oder mehrere Beschichtungsquellen 822 einen entsprechend niedrigen Druck benötigen. Andererseits kann die Vakuumkammer 802 (auch) dazu eingerichtet sein, ein oder mehrere Substrate 820 und resultierende Beschichtungen vor Verunreinigungen, z.B. Staubpartikel, zu schützen.
Außerhalb der Vakuumkammer 802 kann eine Steuerung 804 angeordnet sein. In anderen Beispielen kann die Steuerung 804 auch teilweise oder ganz in der Vakuumkamm 802 integriert sein.
Die Steuerung 804 kann mit einer Vakuumerzeugungseinrichtung 806, welche beispielsweise eine oder mehrere Pumpen aufweisen kann, verbunden sein. Die Steuerung 804 kann eingerichtet sein, die Vakuumerzeugungseinrichtung 806 zu steuern.
Die Steuerung 804 kann mit einer Kühlvorrichtung 808 verbunden sein. Die Steuerung 804 kann eingerichtet sein, die Kühlvorrichtung 808 zu steuern. Die Kühlvorrichtung 808 kann beispielsweise mit einer oder mehreren Beschichtungsquellen 822 und/oder einer Halterung 810 und/oder mit ein oder mehreren Substraten 818 verbunden sein bzw. eingerichtet sein diese jeweils zumindest teilweise zu kühlen.
Die Steuerung 804 kann mit der Halterung 810 verbunden sein. Die Steuerung 804 kann eingerichtet sein, die Halterung 810 ganz oder teilweise zu steuern.
Die Halterung 810 kann eine Drehvorrichtung 812 aufweisen. Mittels der Drehvorrichtung 812, welche beispielsweise einen Motor aufweisen kann, können mittels einer Achse 814 die an der Halterung 810 befestigten ein oder mehreren Substrate 820 gedreht werden. Diese Drehbewegung entspricht einer Translationsbewegung der Substrate 818 und kann beispielsweise der in 6 in der Draufsicht gezeigten Drehbewegung entsprechen.
Die Halterung 810 weist ferner eine oder mehrere Substratdrehvorrichtungen 816 auf, welche beispielsweise einen Motor aufweisen können. Die eine oder mehreren Substratdrehvorrichtungen 816 können eingerichtet sein, beispielsweise gesteuert mittels der Steuerung 804, die ein oder mehreren Substrate 818 rotieren zu lassen. Jedes Substrat 818 kann für eine eigene Substratdrehvorrichtungen 816 vorgesehen sein. Alternativ kann eine Substratdrehvorrichtungen 816 eingerichtet sein, mehrere Substrate 820 rotieren zu lassen. Die eine oder mehreren Substratdrehvorrichtungen 816 können mittels der Steuerung 804 individuell oder gemeinsam, beispielsweise hinsichtlich der Rotationsgeschwindigkeit, gesteuert werden.
An der Halterung 810 können die ein oder mehreren Substrate 818 gehaltert/befestigt sein. In diesem Beispiel sind die ein oder mehreren Substrate 818 derart gehaltert, dass die Substratoberflächen 820 in dem Sinne der Figur nach unten, d.h. jeweils in Richtung der einen oder mehreren Beschichtungsquellen 822 zeigen. Wie hier schematisch dargestellt, kann die Halterung 810 mehrere „Arme“ aufweisen, d.h. die Halterung 810 kann eingerichtet sein, mehr als ein Substrat 818 gleichzeitig für einen Beschichtungsverfahren zu haltern.
Die eine oder mehreren Beschichtungsquellen 822 können mittels der Steuerung 804, beispielsweise mittels einer Pulsmodulation, gesteuert werden. Die eine oder mehreren Beschichtungsquellen 822 können Beschichtungsmaterial 824 auf die eine oder mehreren Substratoberflächen 820 aufbringen, wobei sich entsprechend Beschichtungsratenverteilungen auf den ein oder mehreren Substratoberflächen 820 ergeben.

Claims

Vorrichtung (100) zum Beschichten eines Substrats (102), die Vorrichtung (100) aufweisend: • eine Beschichtungsquelle (104); • eine Halterung (106) für das Substrat (102) die für eine Rotation des mittels der Halterung (106) gehaltenen Substrats (102) relativ zu der Beschichtungsquelle (104) eingerichtet ist; und • eine Steuerung (108) die eingerichtet ist, die Beschichtungsquelle (104) mit einer Pulsmodulation zu betreiben, so dass mittels der Pulsmodulation ein vorgegebenes Beschichtungsprofil auf einer Oberfläche des Substrats erzeugt wird.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Halterung (106) ferner eingerichtet ist, das Substrat (102) entlang einer Translationsrichtung (116) über die Beschichtungsquelle (104) hinweg zu bewegen und die Steuerung (108) für das Steuern einer Translationsbewegung eingerichtet ist.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, wobei die Geschwindigkeit der Translationsbewegung mit der Rotationsgeschwindigkeit der Rotation des Substrats (102) gekoppelt ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Translationsrichtung eine ringförmige Bahn beschreibt.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei entlang der Translationsrichtung mehrere Beschichtungsquellen (104) für die Beschichtung der Oberfläche des Substrats (102) angeordnet sind, wobei optional jede Beschichtungsquelle (104) für die Beschichtung mit einem Material eingerichtet ist und die Oberfläche des Substrats (102) mit zumindest zwei voneinander verschiedenen Materialien nacheinander oder gleichzeitig beschichtet wird.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, wobei zumindest zwei Beschichtungsquellen (104) der mehreren Beschichtungsquellen (104) für verschiedene Beschichtungsratenverteilungen in der Ebene der Substratoberfläche eingerichtet sind.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine oder mehrere Beschichtungsquellen (104) eine Sputtereinrichtung, optional eine Magnetron-Sputtereinrichtung, aufweisen.
Verfahren (700) zum Beschichten eines Substrats (102), das Verfahren (700) aufweisend: • Rotieren des Substrats (102) relativ zu einer Beschichtungsquelle (104); und • Betreiben der Beschichtungsquelle (104) mit einer Pulsmodulation, so dass mittels der Pulsmodulation ein vorgegebenes Beschichtungsprofil auf einer Oberfläche des Substrats (102) erzeugt wird.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 8, wobei das Substrat (102) zusätzlich entlang einer Translationsrichtung über die Beschichtungsquelle (104) hinweg bewegt wird.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 9, wobei die Geschwindigkeit der Translationsbewegung mit der Rotationsgeschwindigkeit der Rotation des Substrats (104) gekoppelt ist.
Verfahren (700) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Translationsrichtung eine ringförmige Bahn beschreibt.
Verfahren (700) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei entlang der Translationsrichtung die Oberfläche des Substrats (102) mit mehreren Beschichtungsquellen (104) beschichtet wird, wobei optional jede Beschichtungsquelle (104) für die Beschichtung mit einem Material eingerichtet ist und die Oberfläche des Substrats (102) mit zumindest zwei voneinander verschiedenen nacheinander oder gleichzeitig Materialien beschichtet wird.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 12, wobei zumindest zwei Beschichtungsquellen (104) der mehreren Beschichtungsquellen (104) für verschiedene Beschichtungsratenverteilungen in der Ebene der Substratoberfläche eingerichtet sind.
Verfahren (700) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei eine oder mehrere Beschichtungsquellen (104) eine Sputtereinrichtung, optional eine Magnetron-Sputtereinrichtung, aufweisen.