DE19515088A1

DE19515088A1 - Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat

Info

Publication number: DE19515088A1
Application number: DE19515088A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schuhmacher; Erwin Winter; Andreas Sauer; Dietmar Marquardt; Joachim Dr Szczyrbowski; Goetz Teschner; Peter Skuk; Hans Kunz
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 1997-01-02
Also published as: EP0737998A3; TW402166U; EP0957507A1; KR960039050A; BR9601309A; JPH08291383A; DE19513691A1; EP0737998A2; CN1068639C; KR100230072B1; CN1140206A; US5662784A; CA2173891A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf bringen dünner Schichten auf ein Substrat mittels des Kathodenzerstäubungsverfahrens in einer Vaku umkammer, durch die das zu beschichtende Substrat hindurchbewegbar ist und mit einer zwischen einer zu zerstäubenden Kathode und einer Anode angeord neten Blende, wobei von der Wand der Vakuumkammer gehaltene Hohlprofile parallel zur Kathodenebene und im Bereich zwischen der Kathode und der An ode vorgesehen sind nach Patent (Patentanmeldung P 195 13 691.8).

Es ist eine Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat mittels des Kathoden zerstäubungsverfahrens bekannt (EP 0 205 028). Hierbei ist zwischen der zu zerstäubenden Kathode und der Anode eine mechanische Blende vorgesehen, welche den Raum zwischen der Kathode und dem zu beschichtenden Substrat unterteilt. Diese Vorrich tung ist mit mehreren separaten Kühlrohren und Gasleitungsrohren für die Versorgung mit Tempe riermedium und Prozeßgas versehen.

Um die Betriebssicherheit spürbar zu erhöhen und damit die Ausfallzeiten zu reduzieren, die Her stellung und Wartung deutlich zu vereinfachen und damit eine wesentliche Reduzierung der Herstell- und Betriebskosten zu erreichen, hat man auch vor geschlagen (DE 40 06 511 A1), sowohl das Tempe riermedium als auch das Prozeßgas in Kanälen zu führen, die von einem einstückig und als Hohlpro fil ausgeformten Bauteil gebildet sind, wobei Öff nungen für den Austritt des Gases quer zur Längs achse der Kanäle verlaufen, wobei die Anoden und Blenden unmittelbar mit dem Hohlprofil verschraubt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung so zu verbes sern, daß das Auswechseln der Blenden leicht von der Oberseite der Prozeßkammer aus ohne Zuhilfe nahme von Werkzeugen und ohne Blickkontakt erfol gen kann, wobei die Blenden mit einer eigenen Küh lung versehen und im übrigen in ihrer Stellung zur Targetoberfläche leicht justierbar sein sollen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufga be dadurch gelöst, daß jede etwa plattenförmige Blende an ihrem der Prozeßkammerwand zugewandten Abschnitt einen Schenkel aufweist, der etwa haken förmig ausgebildet ist und mit seinem freien Ende oder einer an diesem Ende angeordneten Nase oder Zunge eine an der Prozeßkammerwand befestigte Lei ste oder Hohlprofil übergreift, wobei dieser Schenkel sich in einem Winkel von etwa 45° zur Ebene des plattenförmigen Teils erstreckt und wo bei die dem Target zugewandte Stirnseite des plat tenförmigen Teils an einer Fläche der Leiste oder des Hohlprofils abgestützt ist.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Pa tentansprüchen näher beschrieben und gekennzeich net.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den an hängenden Zeichnungen schematisch näher darge stellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 den Schnitt quer durch eine Katho denstation mit an beiden seitlichen Prozeßkammerwänden aufgebrachten Hohlprofilen und mit an den Hohl profilen angehängten bzw. ange klemmten L-förmigen Anoden und mit zwei mehrschenkligen Blenden, die zusammen eine Schlitzblende bilden,

Fig. 2 die Darstellung des linken Teils der Kathodenstation nach Fig. 1 mit einer im Schnitt dargestellten Blende mit dem die Blende haltenden Hohlprofil,

Fig. 3 das Hohlprofil gemäß Fig. 2 im Schnitt und in der Einzeldarstel lung,

Fig. 4 den Schnitt durch die erste Blende gemäß Fig. 2,

Fig. 5 das für die rechte Kammerwand vor gesehene Hohlprofil mit Befesti gungsschraube, im Schnitt und in der Einzeldarstellung und

Fig. 6 den Schnitt durch die zweite Blende zur Befestigung am Hohlprofil gemäß Fig. 5.

Wie Fig. 1 zeigt, schließen sich seitlich der rechteckigen Vakuumkammer 1 noch weitere Vakuum kammern 1′, 1′′ an, die über Schleusen (nicht nä her dargestellt) in den Prozeßkammerwänden 2, 3 in einer Linie miteinander verbunden sind.

In der Vakuumkammer 1 sind die Anoden 4, 5 paral lel zueinander und quer zur Substrattransportrich tung und zur Erstreckungsrichtung der Kammern 1, 1′ und 1′′ so angeordnet, daß die rechteckigen Hohlprofile 6, 7 sowie die Blenden 8, 9 zur Kam mermitte hin ausgerichtet sind, wobei die Kanäle für den Kühlmittelzulauf 6a, 7a und -rücklauf 6b, 7b in den Hohlprofilen angeordnet sind, in denen wiederum die Gasverteilerrohre 6f, 7f zentrisch befestigt sind. Weiterhin sind die Kanäle für Pro zeßgas 6d, 7d, . . . auf der Unterseite mit sich in bestimmten Abständen wiederholenden Öffnungen 6e, 6e′, . . .; 7e, 7e′, . . . für den Austritt des Pro zeßgases aus den Kanälen 6d, 7d in die Vakuumkam mer 1 versehen. Das Substrat 10 ist unterhalb der Anoden 4, 5 auf der sich horizontal erstreckenden Substratebene 11 und in der Bewegungsrichtung A durch die Vakuumkammer 1, 1′, 1′′, . . . hindurch be wegbar.

Die Kathode 12 mit ihrem planen Target 35 befindet sich oberhalb und zwischen den Blenden 8, 9 und erstreckt sich parallel zu den Hohlprofilen 6, 7 und somit quer zur Bewegungsrichtung A des Substrats.

Die beiden Z-förmigen Dicht-/Leitbleche 13, 14 sind so angeordnet, daß sie die zwischen den Hohl profilen 6, 7 und den Prozeßkammerwänden 2, 3 der Vakuumkammer 1 verbleibenden Spalte zusammen mit den Dichtschläuchen 30, 31 aus elastischem Werk stoff verschließen.

Die Hohlprofile 6, 7 sind über Isolierplatten 15, 15′ elektrisch isoliert und mit Hilfe der Schrau ben 16, 17 und Distanzplatten 20, 20′ mit den Pro zeßkammerwänden 2, 3 fest verbunden, wozu die Schrauben 16, 17 ihrerseits von Isolierbuchsen 18, 19 umschlossen sind. Die Anoden 4, 5 sind als L-Profile ausgeformt und liegen jeweils mit ihren kurzen Schenkeln 4a, 5a auf den oberen Flächen der Hohlprofile 6, 7 auf, wo sie mit Hilfe von in den Hohlprofilen 6, 7 verankerten Bolzen 21, 21′, . . . arretiert und mit Flügelschrauben 32, 32′, . . . festgeklemmt sind. Die Flügelschrauben 32, 32′, . . . , die durch die obere von einem Deckel 23 ver schließbare Öffnung 28 gut zugänglich sind, werden dazu von Leisten 24, 24′ gehalten, die ihrerseits - wie in Fig. 2 gut ersichtlich ist - über Ab standsbuchsen 25, 25′, . . . mit den Hohlprofilen 6 bzw. 7 verschraubt sind. Die beiden Stirnwände 29, 29′ jeder Prozeßkammer 1, 1′, 1′′, . . . sind je weils mit Hilfe von aus Blechzuschnitten geformten Blendenpaaren 26, 27 abgeschirmt, die ebenfalls auf der Oberseite der Rechteckprofile 6, 7 gehal ten sind, wobei jede Blende 26, 27 jeweils aus ei nem Bodenteil 26′, 27′, einem Stirnwandteil 26′′, 27′′, einem Seitenwandteil 26′′′, 27′′′ und einem Kragenteil 26 ^x, 27^x besteht. Die sich jeweils ober halb jedes Hohlprofils 6, 7 erstreckende Leiste 24, 24′ weist jeweils eine Vielzahl von Gewinde bohrungen für Flügelmuttern 32, 32′, . . . auf, de ren Gewindebolzen auf den abgebogenen Schenkeln 4a bzw. 5a der Anoden 4, 5 aufliegen und diese unver rückbar auf den Hohlprofilen 6, 7 halten. Die Lei sten 24, 24′ ihrerseits sind mit Hilfe einer Reihe von Schrauben 33, 33′, . . . mit Abstandshülsen 25, 25′, . . . mit den Hohlprofilen 6 bzw. 7 ver schraubt. Unterhalb jedes Hohlprofils 6, 7 ist je weils eine Blende 8 bzw. 9 angeordnet, die im we sentlichen aus einem sich parallel zur Kathode 12 - bzw. dessen Targetfläche 35 erstreckenden ersten Schenkel 8′ bzw. 9′ und einem sich von diesem aus unter einem Winkel von etwa 45° nach oben zu er streckenden hakenartigen zweiten Schenkel 8′′ bzw. 9′′ gebildet ist. Während der erste Schenkel 8′ bzw. 9′ mit seinem der Kathode 12 abgewandten Ende an einem sich parallel zum Hohlprofil 6 bzw. 7 er streckenden Hohlprofil 38 bzw. 39 anliegt, über greift jeweils das obere Ende des zweiten Schen kels 8′′ bzw. 9′′ mit einem nasenförmigen Ansatz oder Zunge 37, 37′ die Oberseite des Hohlprofils 38 bzw. 39 bzw. dessen fingerartigen lotrecht ste henden Vorsprung oder Ansatz 40 bzw. 40′, wobei das Hohlprofil 38, 39 mit der Prozeßkammerwand 2, 3 mit Hilfe von Schrauben 51, 51′, . . . fest ver bunden ist und mit Hilfe eines Dichtschlauchs 41, 42 gegenüber der Prozeßkammerwand 2 bzw. 3 abge dichtet ist.

Wie die Fig. 3 und 5 zeigen, sind die Hohlpro file 38, 39 mit Winkelstücken oder Abstandsstücken 49, 50 versehen, die eine genaue Ausrichtung der Blenden 8 bzw. 9 gestatten, da sie leicht gegen solche, die geringfügig dünnwandiger oder dickwan diger sind, ausgetauscht werden können. Die Hohl profile 38, 39 sind von Kühlmittel durchströmt, wobei die Kontaktfläche zwischen dem Schenkel 8′′ bzw. 9′′ und der Außenfläche des jeweiligen Hohl profils 38 bzw. 39 jeweils so großzügig bemessen ist, daß zwischen beiden Teilen ein guter Wärme übergang gewährleistet ist. Auch die Madenschrau ben 52, 52′ erleichtern eine Justage der Blenden 8, 9.

Bei bekannten Vorrichtungen des beschriebenen Typs werden die Blenden während des Sputtervorgangs vergleichsweise schnell mit einer isolierenden Schicht überzogen, was deren Standzeit wesentlich einschränkt. Die beschichteten Blenden müssen dann regelmäßig aus der Prozeßkammer ausgebaut und z. B. durch Sandstrahlen von der isolierenden Schicht befreit werden, was eine wesentliche Zeitverzöge rung im Produktionsprozeß bedeutet. Die erfin dungsgemäßen Blenden 8, 9 können aus Stahl herge stellt sein, was ihre Standzeit erhöht. Sie lassen sich besonders leicht durch die Öffnung 28 aus der Kammer 1, 1′, . . . entfernen, was zu einer Verkür zung der Wartungszeit der Anlage führt.

Bezugszeichenliste

1, 1′, 1′′ Vakuumkammer
2 Prozeßkammerwand
3 Prozeßkammerwand
4, 4a Anode
5, 5a Anode
6 Hohlprofil
6a Kanal für Kühlmittelzulauf
6b Kanal für Kühlmittelrücklauf
6c Verbindungskanal für Kühlmittel
6d Kanal für Prozeßgas
6e, 6e′, . . . Öffnung
6f Gasverteilerrohr
6g Reduzierstück
6h Reduzierstück
6i Dichtring
6k Öffnung
6l Dichtring 7 Hohlprofil
7a Kanal für Kühlmittelzulauf
7b Kanal für Kühlmittelrücklauf
7c Verbindungskanal für Kühlmittel
7d Kanal für Prozeßgas
7e, 7e′, . . . Öffnung
7f Gasverteiler
7k Öffnung
8, 8′, 8′′ Blende
9, 9′, 9′′ Blende
10 Substrat
11 Substratebene
12 Kathode
13 Dicht-/Leitblech
14 Dicht-/Leitblech
15, 15′ Isolierplatte
16 Schraube
17 Schraube
18 Isolierbuchse
19 Isolierbuchse
20, 20′ Distanzplatte
21, 21′ Bolzen
22, 22′ Flügelschraube
23 Deckel
24, 24′ Leiste
25, 25′ Abstandsbuchsen
26, 26′, . . . 26^x Blende
27, 27′, . . . 27^x Blende
28 Öffnung
29 Stirnwand
30 Dichtschlauch
31 Dichtschlauch
32, 32′, . . . Flügelschraube
33, 33′, . . . Schraube
35 Target
36, 36′ . . . Sacklochbohrung
37, 37′ Nase, Zunge
38 Hohlprofil
39 Hohlprofil
40, 40′ Ansatz, Nase, Vorsprung
41 Dichtschlauch
42 Dichtschlauch
45 Längsbohrung
46 Längsbohrung
47 Seitenfläche
48 Seitenfläche
49 Abstandsstück
50 Abstandsstück
51, 51′, . . . Schraube
52, 52′, . . . Madenschraube

Claims

1. Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat (10) mittels des Kathoden zerstäubungsverfahrens in einer Vakuumkammer (1), durch die das zu beschichtende Substrat (10) hindurchbewegbar ist und mit einer zwi schen einer zu zerstäubenden Kathode (12) und einer Anode (4, 5) angeordneten Blende (8, 9), wobei die Substratebene (11) unterhalb der Anode (4, 5) verläuft und wobei von der Wand der Vakuumkammer (1) gehaltene, Kanäle (6a, 6b, 6d, 6f bzw. 7a, 7b, 7f, 7d) aufweisende Hohlprofile (6, 7) parallel zur Kathodenebene und im Bereich zwischen der Kathode (12) und der Anode (4, 5) vorgesehen sind, die von ei nem Kühlmittel und von Prozeßgas durchströmt sind, wobei die Hohlprofile (6, 7) sich quer zu den Kanälen erstreckende Öffnungen (6e, 6e′, . . .; 7e, 7e′, . . .) für den Austritt von Prozeßgas in die Vakuumkammer (1) aufweisen nach Patent (Patentanmeldung P 195 13 691.8), dadurch gekennzeichnet, daß jede etwa plat tenförmige Blende (8, 9) an ihrem der Prozeß kammerwand (2, 3) zugewandten Abschnitt einen Schenkel (8′′ bzw. 9′′) aufweist, der etwa ha kenförmig ausgebildet ist und mit seinem freien Ende oder einer an diesem Ende ange ordneten Nase oder Zunge (37 bzw. 37′) eine an der Prozeßkammerwand befestigte Leiste, Vorsprung oder Hohlprofil (38 bzw. 39) über greift, wobei dieser Schenkel (8′′ bzw. 9′′) sich in einem Winkel von etwa 45° zur Ebene des plattenförmigen Teils (8′ bzw. 9′) er streckt und wobei die dem Target (35) abge wandte Stirnseite des plattenförmigen Teils (8′ bzw. 9′) an einer Fläche der Leiste oder des Hohlprofils (38 bzw. 39) abgestützt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Hohlprofil (38 bzw. 39) mit von Kühlmittel durchströmten Längsbohrungen (45 bzw. 46) versehen ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß der sich schräg zum plattenförmigen Teil (8′ bzw. 9′) erstrecken de Schenkel (8′′ bzw. 9′′) an seinem freien, der Kammerwand (2 bzw. 3) zugewandten Ende, mit gabelförmigen Zungen (37 bzw. 37′) verse hen ist, die mit dem Schenkel (8′′ bzw. 9′′) verschraubt oder einstückig ausgebildet sind und deren freie Enden sich lotrecht und par allel zur Fläche der Kammerwand (2 bzw. 3) erstrecken und auf einer der Seitenflächen (47 bzw. 48) des Hohlprofils (38 bzw. 39) an liegen und dabei Madenschrauben (52, 52′, . . .) teilweise umschließen, die in die Vor sprünge (40, 40′, . . .) der Hohlprofile (38 bzw. 39) eingeschraubt sind.

4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprü chen, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohl profil (38 bzw. 39) für die Halterung der Blende (8 bzw. 9) an seiner der Blende zuge wandten Seitenfläche mit Abstandsstücken (49 bzw. 50) versehen sind, die durch den Aus tausch gegen solche mit anderen Abmessungen eine Ausrichtung der Blende (8 bzw. 9) zur Targetebene (35) gestatten.