DE19543375A1 - Apparatus for coating substrates by magnetron sputtering - Google Patents

Apparatus for coating substrates by magnetron sputtering

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DE19543375A1 DE1995143375 DE19543375A DE19543375A1 DE 19543375 A1 DE19543375 A1 DE 19543375A1 DE 1995143375 DE1995143375 DE 1995143375 DE 19543375 A DE19543375 A DE 19543375A DE 19543375 A1 DE19543375 A1 DE 19543375A1
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Abstract

The apparatus for coating substrates (13) by magnetron sputtering in a vacuum chamber with a magnetron cathode with magnets (10), targets (9) and a dark-space screening (2) is provided with an opening (3) and a stop (14) for positioning the substrates. The targets (9) positioned between the opening (3) and the magnets (10) form part of a frame or a plate (4) oriented parallel to the magnets (10) held by a flange (1). The plate with several targets arranged in a row or on a circular arc one after another is translatable linearly or rotatable about an axis (5) relative to the stationary magnets (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be­ schichten von vorwiegend flachen Substraten, z. B. Datenträgerplatten mittels Magnetronzerstäuben, wobei die Platten in einer Vakuumprozeßkammer mit­ tels geeigneter Transportmittel im Taktbetrieb an einer Beschichtungsstation vorbei bewegt werden und mehrere Schichten in dieser Beschichtungsposi­ tion hintereinander aufgebracht werden.The invention relates to a device for loading layers of predominantly flat substrates, e.g. B. Data carrier disks using magnetron sputtering, the plates in a vacuum process chamber suitable means of transport on a regular basis be moved past a coating station and multiple layers in this coating posi tion are applied in succession.

Die für magnetische oder magnetooptische Datenträ­ gerplatten angewandten Schichtsysteme werden heute in der Regel so aufgebracht, daß mehrere Substrate auf einer Palette im Durchlaufverfahren an mehre­ ren Sputterkathoden vorbeigefahren werden oder ein Einzelsubstrat im Taktbetrieb an entsprechenden Kathoden vorbeibewegt wird. Die Reihenfolge der mit verschiedenen Targets bestückten Kathoden ent­ spricht der Schichtfolge. So erfordert das Schichtsystem Cr-CoNi-C für sog. rigid discs, d. h. galvanisch vernickelte Al-Scheiben 3 Sputterka­ thoden mit jeweils einem Cr-, einem CoNi- und ei­ nem Kohlenstoff-Target.The layer systems used for magnetic or magneto-optical data carriers are generally applied in such a way that several substrates are moved past several sputter cathodes in a continuous process on a pallet or a single substrate is moved past the corresponding cathodes in cyclic operation. The order of the cathodes equipped with different targets corresponds to the layer sequence. For example, the Cr-CoNi-C layer system for so-called rigid discs, ie galvanically nickel-plated Al disks, requires 3 sputtering methods, each with a Cr, a CoNi and a carbon target.

Die zukünftigen Anforderungen an die Speicherdich­ te erfordert immer komplexere Schichtfolgen. Dar­ über hinaus geht die Entwicklung zu immer kleine­ ren Speicherplatten. Für höchste Anforderungen scheidet die dynamische Beschichtung im Durchlauf­ verfahren wegen der wechselnden Sputterrichtungen aus. Eine Substratscheibe sieht die Kathode aus unterschiedlichen Richtungen. Die dabei unvermeid­ liche Schrägbeschichtung ist aber unerwünscht.The future requirements for storage te requires increasingly complex layer sequences. Dar in addition, the development is always small storage disks. For the highest demands separates the dynamic coating in one pass proceed due to the changing sputtering directions out. The cathode looks like a substrate disk different directions. The inevitable However, oblique coating is undesirable.

Bei der statischen Beschichtung heutiger Datenträ­ gerplatten mit 2,5′′ Durchmesser ist der Durchsatz einer Beschichtungsanlage mit entsprechenden hin­ tereinandergeschalteten Kathoden unbefriedigend.With the static coating of today's data carriers gerplatten with 2.5 '' diameter is the throughput a coating system with appropriate out the connected cathodes unsatisfactory.

Statt die Substrate an mehreren Kathoden vorbei zu­ bewegen, ist auch umgekehrt der Wechsel von Katho­ den vor dem zu beschichteten Substrat denkbar. Aus US 3,756,939 ist bekannt, einen würfelförmigen Re­ volverkopf mit je einer Kathode auf den um die Drehachse angeordneten 4 Würfelseiten in die Substratposition zu drehen. Diese Technik ist je­ doch aufwendig und bei einer Vielzahl von Schich­ ten problematisch.Instead of passing the substrates past several cathodes move is also the other way around, the change from Katho the conceivable in front of the substrate to be coated. Out US 3,756,939 is known a cube-shaped Re volver head with one cathode on each Rotation axis arranged 4 sides of the cube in the Rotate substrate position. This technique is ever yet complex and with a large number of layers problematic.

Aus der DE-OS 42 11 798 ist bekannt, mehrere Substratscheiben vor eine Kathodengruppe zu fah­ ren, wobei jedes Substrat einer Kathode zugeordnet ist. Diese Lösung bringt zwar eine Erhöhung des Durchsatzes, erfordert aber eine Vielzahl von Ka­ thoden und Stromversorgungen.From DE-OS 42 11 798 several are known Substrate discs in front of a group of cathodes ren, each substrate associated with a cathode is. This solution brings an increase in Throughput, but requires a variety of Ka methods and power supplies.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ei­ nen Weg aufzuzeigen, wie eine Vielzahl von Einzel­ schichten in wirtschaftlicher Weise auf ein ruhen­ des Substrat, vorzugsweise eine Datenträgerscheibe aufgebracht werden kann ohne eine Vielzahl von Ka­ thoden bewegen oder die Substrate hintereinander vor mehrere Kathoden positionieren zu müssen.The object of the present invention is now to to show a way like a multitude of individuals layers in an economical way to rest of the substrate, preferably a disk can be applied without a variety of Ka methods or move the substrates one after the other in front of several cathodes.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfin­ dung dadurch gelöst, daß die Magnetronkathode mit rasch wechselbaren Targets ausgerüstet ist. Eine Vielzahl von Targets ist in Kontakt mit einer ge­ kühlten scheibenförmigen Halteplatte, wobei die Targets ringförmig um die Drehachse angeordnet sind. Die Drehachse liegt parallel zur zentralen Magnetronachse, so daß die Targets bei Drehung der Halteplatte zwischen dem Magnetsatz und der Be­ schichtungsblende positioniert werden.This task is carried out according to the present invention tion solved in that the magnetron cathode with quickly exchangeable targets. A Variety of targets is in contact with a ge cooled disc-shaped holding plate, the Targets arranged in a ring around the axis of rotation are. The axis of rotation is parallel to the central one Magnetron axis, so that the targets when the Holding plate between the magnet set and the loading layering aperture can be positioned.

Diese Konzeption hat den Vorteil, daß trotz einer Vielzahl von Schichten nur 1 Beschichtungsstation mit 1 Hochspannungszuführung und 1 Magnetsatz er­ forderlich ist, wobei der Targetwechsel durch ra­ sches Takten der Halteplatte innerhalb von z. B. 0,5 s, also im Vergleich zu üblichen Beschich­ tungszeiten in extrem kurzen Zeiten erfolgt.This concept has the advantage that despite one Variety of layers only 1 coating station with 1 high voltage supply and 1 magnet set is required, the target change by ra sches clocking the holding plate within z. B. 0.5 s, compared to conventional coating times in extremely short times.

In Fig. 1 und Fig. 2 sind beispielhaft eine Aus­ führungsform der Erfindung dargestellt. Sie läßt sich natürlich auf beliebige Substrat formen und Anwendungen ausdehnen.In Fig. 1 and Fig. 2, an exemplary embodiment of the invention are shown. It can of course be shaped on any substrate and can be used in applications.

Fig. 1 Querschnitt einer erfindungsgemäßen Tar­ getwechseleinrichtung, aufgebaut auf ei­ nem Vakuumkammerflansch. Fig. 1 cross section of a target exchange device according to the invention, built on egg nem vacuum chamber flange.

Fig. 2 Die Targetwechseleinrichtung in Drauf­ sicht mit beispielsweise 4 Targets. Fig. 2 The target changing device in plan view with, for example, 4 targets.

Auf einer kreisscheibenförmigen Platte 4, deren Drehachse 5 mittels Kugellager 7 und Vakuumdich­ tung 6 in einem Halteflansch 1 drehbar gelagert ist, sind mehrere Targets 9, 9′, 9′′ in vorzugswei­ se kreisscheibenförmiger Form angebracht. Die Fi­ xierung erfolgt je nach Material in herkömmlicher Weise durch Aufbonden oder mechanische Befesti­ gung. Je nach Anwendung ist das Target in Kühlkon­ takt mit der gekühlten Platte oder auch thermisch isoliert, was im Falle oxidischer oder gesinterter Materialien erwünscht sein kann. In jedem Fall kann die Platte 4 mittels Drehung um eine zur Hauptachse des Magnetrons parallel versetzte Achse durch einen Schrittmotor 8 mit Getriebe so getak­ tet werden, daß das jeweilige Target 9, 9′, 9′′ zwischen der Beschichtungsöffnung 3 und dem rück­ seitigen Magnetsystem 11 mit Permanentmagneten 10, 10′, 10′′ gedreht wird. Konzentrisch zu der Be­ schichtungsöffnung 3 ist auf der Dunkelraumab­ schirmung 2 die Blende 14 aufgesetzt. Sie defi­ niert die Beschichtungsfläche eines Substrates 13, vorzugsweise einer Datenträgerplatte, die zum Be­ schichten vor der Blende 14 positioniert wird. Ma­ gnetsatz, Target und Beschichtungsöffnung 3 bilden so ein konventionelles Magnetron mit der Möglich­ keit eines raschen unkomplizierten Targetwechsels. Um den Sputtereffekt nur an dem Target vor der Be­ schichtungsöffnung 3 zu haben, müssen die anderen unbenutzten, aber an Hochspannung liegenden Tar­ gets durch eine Dunkelraumabschirmung umgeben sein, was bei Fig. 1 durch die Abdeckplatte 2 rea­ lisiert ist. Diese Abdeckplatte umgibt die Platte 4 mit den Targets 9, 9′, 9′′ im Abstand des Dunkel­ raums, der so bemessen ist, daß zwischen den ge­ genüberstehenden Elektroden, nämlich der auf nega­ tiver Hochspannung liegenden Platte 4 und der um­ schließenden, geerdeten Dunkelraumabschirmung 2 keine Entladung brennt. Nur in der Beschichtungs­ position bildet sich unterstützt durch das Magnet­ feld das gewünschte Sputterplasma aus, was zu ei­ ner Beschichtung des vor der Blende 14 positio­ nierten Substrates 13 führt.On a circular disk-shaped plate 4 , the axis of rotation 5 by means of ball bearings 7 and vacuum seal device 6 is rotatably mounted in a holding flange 1 , several targets 9 , 9 ', 9 ''are attached in vorzugswei se circular disk-shaped form. Depending on the material, fi xing takes place in a conventional manner by means of bonding or mechanical fastening. Depending on the application, the target is in cooling contact with the cooled plate or thermally insulated, which may be desirable in the case of oxidic or sintered materials. In any case, the plate 4 by means of rotation about an axis parallel to the main axis of the magnetron offset by a stepper motor 8 with gear so that the respective target 9 , 9 ', 9 ''between the coating opening 3 and the back magnet system 11 with permanent magnets 10 , 10 ', 10 ''is rotated. Concentric to the loading opening 3 , the shield 14 is placed on the dark room shield 2 . It defines the coating surface of a substrate 13 , preferably a data carrier plate, which is positioned for coating in front of the aperture 14 . Magnet set, target and coating opening 3 thus form a conventional magnetron with the possibility of a quick and uncomplicated target change. In order to have the sputtering effect only on the target in front of the coating opening 3 , the other unused but high-voltage targets must be surrounded by a dark room shield, which is realized in FIG. 1 by the cover plate 2 . This cover plate surrounds the plate 4 with the targets 9 , 9 ', 9 ''at a distance from the dark room, which is dimensioned such that between the opposite electrodes ge, namely the lying on negative high voltage plate 4 and the closing, grounded Dark room shield 2 no discharge burns. Only in the coating position does the desired sputter plasma form, supported by the magnetic field, which leads to a coating of the substrate 13 positioned in front of the aperture 14 .

Das Prinzip einer solchen Beschichtungsvorrichtung ist nicht nur auf kreisscheibenförmige Targets be­ schränkt. Beliebige Formen sind denkbar. Auch im Falle von nur Einzelschichten, aber der Anforde­ rung nach extrem langen Standzeiten des Targets ist die Ausbildung des Targets als Kreisring denk­ bar, der permanent langsam an der Beschichtungs­ öffnung 3 vorbeibewegt wird. In diesem Fall würde man von einem Endlos-Target sprechen.The principle of such a coating device is not only limited to circular disk-shaped targets. Any shape is conceivable. Even in the case of only individual layers, but the requirement after extremely long idle times of the target, the formation of the target as a circular ring is conceivable, which is slowly and slowly moved past the coating opening 3 . In this case one would speak of an endless target.

Verfahrenstechnisch bleibt es offen, ob die Sput­ terleistung beim Targetwechsel ein- und ausge­ schaltet wird, oder ob das Zurückfahren der Lei­ stung auf einen Bruchteil des Maximalwertes vor zu­ ziehen ist, so daß zwar genügend Ladungsträger für ein zuverlässiges Zünden des Plasmas vorhanden sind, eine Beschichtung oder ein Zerstäuben aber nicht stattfindet.Technically, it remains open whether the sput performance on and off when changing targets is switched, or whether the return of the Lei to a fraction of the maximum value is pull, so that enough charge carriers for reliable ignition of the plasma is present but a coating or atomization not taking place.

BezugszeichenlisteReference list

1 Flansch
2 Dunkelraumabschirmung
3 Beschichtungsöffnung
4 Platte
5 Drehachse
6 Vakuumdichtung
7 Kugellager
8 Schrittmotorantrieb
9 Target
10, 10′, 10′′ Permanentmagnete
11 Kurzschlußjoch
12 Flanschdichtung
13 Substrat
14 Beschichtungsblende 1 flange
2 dark room shielding
3 coating opening
4 plate
5 axis of rotation
6 vacuum seal
7 ball bearings
8 stepper motor drive
9 target
10 , 10 ' , 10'' permanent magnets
11 short-circuit yoke
12 flange seal
13 substrate
14 coating panel

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten mittels Magnetron Zerstäuben in einer Vakuum­ prozeßkammer mittels einer Magnetron-Kathode mit Magnetsatz (10, . . . ), Target (9) und Dun­ kelraumabschirmung (2), die mit einer Be­ schichtungsöffnung (3) und einer Blende (14) versehen ist und Substraten, die zum Be­ schichten vor der Blende (14) positioniert werden, wobei das zwischen der Beschichtungs­ öffnung (3) und dem Magnetsatz (10, . . . ) po­ sitionierbare Target (9, . . . ) Teil eines Rah­ mens oder einer Platte (4) ist, die sich par­ allel der vom Flansch (1) gehaltenen Magnete (10, 10′, 10′′) erstreckt, wobei der Rahmen oder die Platte (4) mit einer Vielzahl von auf ihrer den Substraten zugekehrten Seiten­ flächen entweder in einer Reihe hintereinan­ derliegend oder auf einem Kreisbogen verteilt angeordneten Targets (9, 9′, 9′′) versehen ist und wobei der Rahmen oder die Platte (4) ge­ genüber den ortsfest gehaltenen Magneten (10, 10′, 10′′) in einer Richtung verschiebbar oder aber um eine Drehachse (5) verschwenkbar ist, die sich parallel und im Abstand zur Hauptachse der Kathode erstreckt.1. Device for coating substrates by means of magnetron sputtering in a vacuum process chamber by means of a magnetron cathode with a magnet set ( 10 ,...), Target ( 9 ) and Dun kelraumabschirmung ( 2 ), with a loading opening ( 3 ) and one Aperture ( 14 ) is provided and substrates which are positioned for coating in front of the aperture ( 14 ), wherein the positionable target ( 9 ,...) Between the coating opening ( 3 ) and the magnet set ( 10 ,...) ) Is part of a frame or a plate ( 4 ) which extends par allel of the magnets ( 10 , 10 ', 10 '') held by the flange ( 1 ), the frame or plate ( 4 ) having a plurality of on their sides facing the substrates surfaces either in a row one behind the other or distributed on a circular arc arranged targets ( 9 , 9 ', 9 '') is provided and the frame or plate ( 4 ) ge compared to the stationary magnet ( 10 10 'Or 10') displaceable in a direction about an axis of rotation (5) pivotally extending parallel and at a distance to the main axis of the cathode. 2. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platte 4 kühl- oder heizbar ist. 2. Device according to claim 2, characterized records that the plate 4 coolable or heatable is.   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zu wechselnden Targets ei­ nem Magazin entnommen werden und nach dem Be­ schichtungsprozeß wieder einem Magazin zuge­ führt werden.3. Device according to claim 1, characterized records that the targets to be changed ei removed from a magazine and after loading layering process again a magazine leads. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Wechseln des Targets der Magnetsatz kurzfristig weggeschwenkt oder entfernt wird.4. The device according to claim 1, characterized records that to change the target of Magnet set briefly swung away or Will get removed. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fläche des zu wechselnden Targets im Vergleich zur sputternden Fläche des Magnetrons endlos ist.5. The device according to claim 1, characterized records that the area of the to be changed Targets compared to the sputtering area of the magnetron is endless.
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DE19743799C1 (en) * 1997-10-02 1999-01-28 Ardenne Anlagentech Gmbh Apparatus for introducing rod shaped target material into electron beam evaporation installations

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