DE19540255A1

DE19540255A1 - Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats

Info

Publication number: DE19540255A1
Application number: DE19540255A
Authority: DE
Inventors: Joachim Szczyrbowski; Goetz Teschner
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1995-10-28
Filing date: 1995-10-28
Publication date: 1997-04-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be schichten eines Substrats, bestehend aus einer Wechselstromquelle, die mit zwei Magnete ein schließenden Kathoden verbunden ist, die elek trisch mit Targets zusammenwirken, die zerstäubt werden, wobei der eine Pol der Wechselstromquelle an die eine Kathode und der andere Pol an die an dere Kathode über Versorgungsleitungen angeschlos sen sind.

Es ist bereits eine Zerstäubungseinrichtung zur Herstellung dünner Schichten bekannt (DD 2 52 205), bestehend aus einem Magnetsystem und mindestens zwei darüber angeordneten Elektroden aus dem zu zerstäubenden Material, wobei diese Elektroden elektrisch so gestaltet sind, daß sie wechselweise Kathode und Anode einer Gasentladung sind. Die Elektroden sind zu diesem Zwecke an eine sinus förmige Wechselspannung von vorzugsweise 50 Hz an geschlossen.

Diese bekannte Zerstäubungseinrichtung soll beson ders für die Abscheidung dielektrischer Schichten durch reaktive Zerstäubung geeignet sein. Durch den Betrieb der Einrichtung mit etwa 50 Hz soll vermieden werden, daß es zur Flitterbildung an der Anode und im Falle von Metallbeschichtung zu elek trischen Kurzschlüssen (sogenannten Arcs) kommt.

Bei einer anderen bereits bekannten Vorrichtung zum Aufstäuben eines dünnen Films, bei der die Ge schwindigkeit des Niederbringens von Schichten un terschiedlicher Materialien regelbar ist (DE 39 12 572), um so zu extrem dünnen Schichtpa keten zu gelangen, sind mindestens zwei unter schiedliche Arten von kathodenseitig vorgesehenen Gegenelektroden angeordnet.

Weiterhin ist eine Anordnung zum Abscheiden einer Metallegierung mit Hilfe von HF-Kathodenzer stäubung bekannt (DE 35 41 621), bei der abwech selnd zwei Targets angesteuert werden, wobei die Targets die Metallkomponenten der abzuscheidenden Metallegierung jedoch mit unterschiedlichen Antei len enthalten. Die Substrate sind zu diesem Zweck auf einem Substratträger angeordnet, der von einer Antriebseinheit während des Zerstäubungsvorgangs in Rotation versetzt wird.

Durch eine vorveröffentlichte Druckschrift (DE 38 02 852) ist es außerdem bekannt, bei einer Einrichtung für die Beschichtung eines Substrats mit zwei Elektroden und wenigstens einem zu zer stäubenden Material das zu beschichtende Substrat zwischen den beiden Elektroden in einem räumlichen Abstand anzuordnen und die Wechselstrom-Halbwellen als niederfrequente Halbwellen mit im wesentlichen gleichen Amplituden zu wählen.

Weiterhin sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben (DOS 41 06 770) zum reaktiven Be schichten eines Substrats mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise mit Silizi umdioxid (SiO₂), bestehend aus einer Wechselstrom quelle, die mit in einer Beschichtungskammer ange ordneten Magnete einschließende Kathoden verbunden ist, die mit Targets zusammenwirken, wobei zwei erdfreie Ausgänge der Wechselstromquelle mit je einer ein Target tragenden Kathode verbunden sind, wobei beide Kathoden in der Beschichtungskammer nebeneinanderliegend in einem Plasmaraum vorgese hen sind und zum gegenüberliegenden Substrat je weils etwa den gleichen räumlichen Abstand aufwei sen. Der Effektivwert der Entladespannung wird da bei von einer über eine Leitung an die Kathode an geschlossenen Spannungseffektivwerterfassung ge messen und als Gleichspannung einem Regler über eine Leitung zugeführt, der über ein Regelventil den Reaktivgasfluß vom Behälter in die Verteiler leitung so steuert, daß die gemessene Spannung mit einer Sollspannung übereinstimmt.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere mit nichtleitenden Schichten von elektrisch leitfähigen Targets in reaktiver Atmosphäre bekannt (DE 42 04 999), be stehend aus einer Stromquelle, die mit in einer evakuierbaren Beschichtungskammer angeordneten, Magnete einschließenden Kathoden verbunden ist, die elektrisch mit den Targets zusammenwirken, wo bei zwei elektrisch voneinander und von der Sput terkammer getrennte Anoden angeordnet sind, die in einer Ebene zwischen den Kathoden und dem Substrat vorgesehen sind, wobei die beiden Ausgänge der Se kundärwicklung eines mit einem Mittelfrequenzgene rator verbundenen Transformators jeweils an eine Kathode über Versorgungsleitungen angeschlossen sind, wobei die erste und die zweite Versorgungs leitung über eine Zweigleitung untereinander ver bunden sind, in die ein Schwingkreis, vorzugsweise eine Spule und ein Kondensator, eingeschaltet sind, und wobei jede der beiden Versorgungsleitun gen jeweils sowohl über ein das Gleichspannungspo tential gegenüber Erde einstellendes erstes elek trisches Glied mit der Beschichtungskammer als auch über ein entsprechendes zweites elektrisches Glied mit der jeweiligen Anode und über jeweils eine Zweigleitung mit eingeschaltetem Kondensator mit der Beschichtungskammer verbunden ist und wo bei eine Drosselspule in den den Schwingkreis mit dem zweiten Sekundäranschluß verbindenen Abschnitt der ersten Versorgungsleitung eingeschaltet ist.

Während die bekannten Vorrichtungen sich damit be fassen, das "Arcing", d. h. die Bildung unerwünsch ter Lichtbögen zu verhindern und die Oberfläche der Targets vor der Bildung isolierender Schichten zu bewahren, soll der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht nur die Stabilität des Sputterpro zesses erhöhen, sondern auch geeignet sein, eine Sputteranlage nach dem Auspumpen möglichst rasch zu konditionieren, wozu die inneren Flächen der Kammern, Einbauten und Targets von der Wasserbe netzung zu befreien sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufga be dadurch gelöst, daß der eine Pol der Wechsel stromquelle an die eine Kathode und der andere Pol an die andere Kathode über Versorgungsleitungen angeschlossen sind, wobei jede der beiden Kathoden in einem eigenen Abteil einer Vielzahl von benach barten, zusammen eine Vakuumkammer bildenden, über einen Durchgang miteinander verbundenen Abteilen vorgesehen ist, wobei die beiden die mit der Wech selstromquelle verbundenen Kathoden aufweisenden Abteile durch ein oder mehrere Abteile, die zumin dest teilweise mit je einer Sputterkathode ausge stattet sind, voneinander abgetrennt vorgesehen sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Pa tentansprüchen näher erläutert und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der an liegenden Zeichnung, die das Schema einer Flach glasbeschichtungs-Durchlaufanlage zeigt, darge stellt.

Die Vorrichtung besteht aus einer Vakuum-Haupt kammer 3, die in eine Vielzahl von einzelnen Ab teilen 4 bis 12, 5′ bis 12′ aufgeteilt ist, wobei alle Abteile über einen zumindest abschnittsweise mit Hilfe von Rohren oder Schächten 26, 27, . . . ge bildeten Durchgang 32 untereinander in Verbindung stehen und das erste und das vorletzte der Abteile 1 bzw. 12 jeweils mit einer Kathode 30, 31 ausge stattet ist, wobei die beiden Kathoden 30, 31 über Versorgungsleitungen 13, 14 mit den Polen der Wech selstromquelle 15, beispielsweise einem Mittelfre quenz-Generator, verbunden sind. Das zweite, vier te, sechste usw. Abteil 5 bis 11 und 12′ ist je weils an eine eigene Vakuumpumpe 16, 17, 18 bzw. 39 bis 43 angeschlossen, wobei die Abteile 4 bis 12′ untereinander über Öffnungen 19, 20, . . . in den je weiligen Trennwänden 21, 22, . . . verbunden sind. Die Abteile 4, 5′ bis 10′, 12 sind an Gaszufuhr leitungen 23, 23′; 24, 24′; 25, 25′; . . . angeschlos sen, über die Prozeßgas in die einzelnen Abteile 4, 5′ bis 10′ und 12 eingelassen werden kann. Das Substrat 2 (z. B. die Flachglasscheibe) wird wäh rend des Beschichtungsvorgangs entlang dem Durch gang 32 durch die Rohre oder Schächte 26, 27, . . . transportiert und an den beiden Kathoden 30, 31 vorbei bewegt, wobei die einzelnen Abteilungen ei ne feinfühlige Einstellung der Sputterbedingungen für die beiden Kathoden 30, 31 gestatten.

Die Kathoden 30, 31, die beide zusammen von einem Wechselstromgenerator 15 gespeist werden, sind in den Abteilen 4, 12 angeordnet, die jeweils über Öffnungen 19, 20, 44 mit den benachbarten Abteilen 5, 11 und 12′ verbunden sind, über die die Katho den-Abteile 4, 12 evakuiert werden. Die Gas-Einlässe 23, 23′ bzw. 25, 25′ versorgen die Ka thoden 30, 31 mit Prozeßgas, z. B. Argon.

Die in den Abteilen 5′, 6′ bis 10′ angeordneten Kathoden 33 bis 38 sind mit in der Zeichnung nicht näher dargestellten Stromquellen verbunden und können sowohl mit Gleichstrom, als auch mit Wech selstrom, beispielsweise mit Mittelfrequenz, be triebene Sputterkathoden sein.

Im dargestellten Falle handelt es sich um das Schema einer Flachglas-Beschichtungsanlage, bei der die Glasscheibe 2 von links kommend in Pfeil richtung A alle Stationen durchläuft bzw. alle Ab teile passiert und am rechten Ende des Durchgangs 32 in Pfeilrichtung A wieder austritt. Die Katho den 33 bis 38 dienen in diesem Falle ausschließ lich der Glasbeschichtung, während die mit Wech selstrom versorgten Kathoden 30 und 31 für die Konditionierung der Durchlaufanlage Sorge tragen und während des eigentlichen Beschichtungsvorgangs ausgeschaltete bleiben.

Glasbeschichtungsanlagen benötigen im allgemeinen etwa 8 bis 10 Stunden zur Konditionierung. Diese Zeit geht daher der Produktion verloren. Stan dard-Glimmeinrichtungen zur Verstärkung der Desorption haben sich nicht durchsetzen können, da sie in dem Raum, in dem während des Betriebes eine starke Verschmutzung eintritt, zusätzliche Elek troden benötigen. Diese erzeugen dann Flitter und andere Abplatzungen.

Vorteil der vorgeschlagenen Anordnung ist es, daß in den Räumen, in denen die Desorption verstärkt werden soll, keine zusätzlichen Einbauten erfor derlich sind. Hinzu kommt, daß das Plasma haupt sächlich im Bereich zwischen der Transporteinrich tung und dem Anlagenboden brennt, so daß auch die Bereiche erfaßt werden, die sich den normalen Rei nigungszyklen entziehen.

Durch das intensive Magnetronplasma wird eine starke Desorption an allen inneren Oberflächen der Beschichtungsanlage bewirkt. Das Magnetronplasma hat eine um den Faktor 10 größere Ladungsträger dichte gegenüber den bekannten DC-Glimmreinigungs plasmen. Die für DC typische Einschnürung des Plasmas tritt bei der Mittelfrequenz nicht auf. Das Plasma erfüllt die ganze Kammer 3. In dieser Anordnung eine DC-Magnetronentladung zu zünden, ist technisch ohne weitere Hilfsmittel nicht mög lich. Die Mittelfrequenzentladung zündet demgegen über problemlos.

Bei der DC-Entladung treten weitere Probleme da durch auf, daß die Kathode eine Anode benötigt, so daß entweder eine zusätzliche Elektrode eingebaut werden muß, oder daß die Gettersputterstrecke nur einseitig in der Anlage angeordnet ist.

Die Zeichnung zeigt den typischen Aufbau einer Glasbeschichtungsanlage mit mehreren Kathoden, die jeweils in einem gesonderten Abteil angeordnet sind. Zu jeder Kathode gehört ein Gaseinlaß- und -verteilungssystem. Die Kathodenabteile werden durch die jeweils benachbarten Pumpabteile 5 bis 11, 12′ evakuiert. Die Zeichnung zeigt eine Vari ante, bei der die erste und die Letzte Kathode 30, 31 der Anlage für die Plasmaerzeugung an den Mittelfrequenzgenerator 15 angeschlossen sind. Da zu sind sie von den zugehörigen DC-Stromver sorgungen (nicht dargestellt) getrennt. Wird nun die Mittelfrequenzspannung an die Kathoden 30, 31 angelegt, so bildet sich ein Plasmaband durch die gesamte Anlage. Mit den Gaseinlässen der Kathoden, die sich zwischen den beiden mit Mittelfrequenz gespeisten Kathoden befinden, kann die Plasmain tensität in den Kammern variiert werden. Zum Kon ditionieren besputtern die Kathoden 30, 31 das Bo denteil des Kammer 3; es ist jedoch durchaus sinn voll, Substrate unterhalb der beiden Kathoden 30, 31 anzuordnen, die später entfernt werden, um eine unnötige Beschichtung dieses Bodenteils zu verhindern. Als Target für die Kathoden 30, 31 emp fiehlt sich ein Titan-Target.

Bezugszeichenliste

2 Substrat, Glasscheibe
3 Vakuum-Hauptkammer
4, 4′ Abteilung
5, 5′ Abteilung
6, 6′ Abteilung
7, 7′ Abteilung
8, 8′ Abteilung
9, 9′ Abteilung
10, 10′ Abteilung
11, 11′ Abteilung
12, 12′ Abteilung
13 Versorgungsleitung
14 Versorgungsleitung
15 Wechselstromquelle
16 Vakuumpumpe
17 Vakuumpumpe
18 Vakuumpumpe
19 Öffnung
20 Öffnung
21 Trennwand
22 Trennwand
23, 23′ Gaszufuhrleitung
24, 24′ Gaszufuhrleitung
25, 25′ Gaszufuhrleitung
26 Rohrschacht
27 Rohrschacht
28 Trennwand
29 Trennwand
30 Kathode
31 Kathode
32 Durchgang
33 Kathode
34 Kathode
35 Kathode
36 Kathode
37 Kathode
38 Kathode
39 Vakuumpumpe
40 Vakuumpumpe
41 Vakuumpumpe
42 Vakuumpumpe
43 Vakuumpumpe
44 Öffnung

Claims

1. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats (2), bestehend aus einer Wechselstromquelle (15), die mit zwei Magnete einschließende Ka thoden (30, 31) verbunden ist, die elektrisch mit den Targets zusammenwirken, wobei der ei ne Pol der Wechselstromquelle (15) an die ei ne Kathode (30) und der andere Pol an die an dere Kathode (31) über Versorgungsleitungen (13, 14) angeschlossen ist, wobei jede der beiden Kathoden (30, 31) in einem eigenen Ab teil (4, 12) einer Vielzahl von benachbart an geordneten, zusammen eine Vakuumkammer (3) bildenden, über einen Durchgang (32) mitein ander verbundenen Abteilen (4 bis 12′) vorge sehen ist, wobei die beiden die mit der Wech selstromquelle (15) verbundenen Kathoden (30, 31) aufweisenden Abteile (4, 12) durch ein oder mehrere Abteile (5 bis 11 und 5′ bis 10′), die zumindest teilweise mit je einer Sputterkathode (33 bis 38) ausgestattet sind, voneinander abgetrennt, angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste und das letzte Abteil (4 bzw. 12) von in einer Reihe nebeneinander liegenden Abteilen (4 bis 12′) jeweils mit einer Kathode (30 bzw. 31) ausgestattet sind, wobei in beide Abteile (4, 12) zusätzlich Gas leitungen (23, 23′ bzw. 25, 25′) einmünden, über die ein Prozeßgas in diese Abteile (4, 12) einleitbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchgang (32) für den Transport der Substrate (2) durch die Katho denstationen (4 und 12), deren Kathoden mit der Wechselstromquelle (15) verbunden sind, partiell über in einer Flucht angeordnete Rohre oder Schächte (26, 27 usw.) erfolgt, die durch einzelne, die Abteile voneinander ab trennende Wände (21, 28 bzw. 22, 29 usw.) dich tend hindurchgeführt sind, wobei die Abteile (5 bzw. 12′) durch die die Rohre oder Schäch te (26, 27, . . .) hindurchragen, über Durchbrü che oder Öffnungen (19, 20 usw.) in den Trenn wänden (21, 22 usw.) mit den Abteilen (4, 12) für die Kathoden (30, 31) korrespondieren.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß neben den Abteilen (4, 12) für die beiden an den Generator (15) angeschlossenen Kathoden (30, 31) weitere Ab teile (5′ bis 10′) vorgesehen sind, in denen Sputterkathoden (33 bis 38) angeordnet sind, die mit einer zweiten Stromquelle verbunden sind, wobei diese Kathoden (33 bis 38) auf weisenden Abteile (5′ bis 10′) zum Durchgang (32) für das Substrat (2) hin offen sind und das Substrat (2) beim Transport durch den Durchgang (32) in den Wirkungsbereich aller dieser Kathoden (33 bis 38) gelangt.