DE2117421A1

DE2117421A1 - Anlage fur das Niederschlagen von dünnen Mehrfachschichten im Vakuum

Info

Publication number: DE2117421A1
Application number: DE19712117421
Authority: DE
Inventors: Friedrich 6450 Hanau Anderle
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1971-04-08
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1972-10-12
Also published as: BE779528A; GB1323658A; FR2132642A1; FR2132642B1

Description

Köln, den 1.4.1971 ZR3-Zap/Sk - 71506

Patent-und Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung

"Anlage für das Niederschlagen von dünnen Mehrfachschichten im Vakuum"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage für das Niederschlagen von dünnen Mehrfachschichten auf Substraten im Vakuum, bestehend aus einer Vakuumkammer und mindestens zwei darin befindlichen Quellen, von denen mindestens eine als Zerstäubungskathode ausgebildet ist.

Bei der Erzeugung von Mehrfachschichten aus verschiedenen Materialien in einer einzigen Vakuumkammer unter Verwendung mindestens einer Zerstäubungskathode tritt ein Problem auf, das auch mit dem Ausdruck "Kathodenvergiftung¹¹ umschrieben werden kann. Die Erzielung einer ausreichenden Zerstäubungsrate setzt voraus, daß sich die Kathode, insbesondere aber deren zu zerstäubende Oberfläche, in einem Zustand guter elektrischer Leitfähigkeit befindet. Die Ifethode besteht daher in aller Regel aus einem Metall oder einer Metallegierung. Häufig besitzt je-

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doch das auf dem Substrat niedergeschlagene Kathodenmaterial keine ausreichende Wxderstandsfähxgkeit gegenüber mechanischen und chemischen Beanspruchungen. Es ist daher erforderlich, eine zusätzliche resistente Deckschicht aufzubringen, wofür in bekannter Weise Fluoride und Oxyde verschiedener Elemente, vornehmlich aber Oxyde des Siliciüms und Aluminiums Verwendung finden. Auch Gläser bestimmter Zusammensetzung haben sich als vorzügliches Material für Deckschichten erwiesen. Diese Stoffe sind jedoch elektrische Nichtleiter. ZutfSrzielung einer ausreichenden Niederschlagsrate werden sie zweckmässig auf thermischem Wege verdampft und auf den Substraten niedergeschlagen. Die Verwendung von Elektronenstrahlen als Energiequelle hat sich hierfür als besonders vorteilhaft herausgestellt. Nun haben aber die genannten Oxyde, Gläser etc. die Eigenschaft, sich nicht nur auf den Substraten, sondern auch auf den Einbauten der Anlage niederzuschlagen. Dies gilt naturgemäß auch für die Zerstäubungskathode, die während der Aufbringung der Deckschicht stillgesetzt ist_c Ein Niederschlag von elektx'ischen Nichtleitern auf der Kathode würde dieses jedoch ausser Funktion setzen.

Es ist bekannt, daß sich verschiedene Quellen niederzuschlagender Materialien gegenseitig nicht beeinflussen dürfen. So wurde in der US-Patentschrift 3 503 368 zur Vermeidung einex· gegenseitigen Beeinflussung vorgeschlagen, mehrere Verdam'pferquellen in einer solchen Weise auf der Aussenseite eines prismatischen Schirmes anzuordnen, daß keime Sichtverbindung zwischen den ein-j zelnen Verdampferquellen besteht. Eine solche Maßnahme ist jedoch bei Vorhandensein einer Zerstäubungskathode in der Kammer völlig unzureichend, weil trotz der nicht vorhandenen Sichtver— bindung eine erhebliche Vex^giftraig der Kathode erfolgen kann*

In der deutschen Offenle^imgsschrift 1 615 287 wird zur Vermeidung des gleichen Problems vorgeschlagen, eine Quelle, die mit unterschiedlichem Beschiehtungsmaterial bestückt ist₃In einer solchen Weise drehbar auszubilden, daß das jeweils nicht

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benötigte Quellenmaterial in den Innenraum eines Schirmes geschwenkt werden kann. Infolge der hierfür erforderlichen Beweglichkeit der Quellen kann die Abschirmung nicht sehr zuverlässig ausgebildet werden. Im übrigen ergeben sich insbesondere bei großflächigen Zerstäubungskathoden Probleme hinsichtlich der Versorgung mit der erforderlichen Hochspannung, so daß die bewegliche Ausbildung der Kathoden schon aus diesem Grunde höchst unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Lösungen anhaftenden Nachteile zu vermeiden und eine Lösung anzugeben, bei der die Zerstäubungskathode ortsfest und zusammen mit weiteren Quellen für das Niederschlagen von Schichten aus anderem Material in der gleichen Vakuumkammer untergebracht werden kann, ohne daß die Gefahr einer Vergiftung der Zerstäub bungskathode besteht.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Abdeckvorrichtung, welche hermetisch abdichtend vor die Zerstäubungskathode bringbar ist. Die Abdeckvorrichtung kann dabei unterschiedliche Gestalt haben. Es ist zum Beispiel denkbar, sie als Platte auszubilden, die mittels eines besonderen Bewegungsmechanismus vor die Zerstäubungskathode gebracht und dort mittels eines abdichtenden Randes auf die Kathode abgesenkt wird. Eine besonders raumsparende und einfache Lösung ist jedoch dann gegeben, wenn die Abdeckvorrichtung als Rollo ausgebildet ist. Ein Rollo setzt einen verhältnismässig einfachen Antrieb voraus und beansprucht wegen der Möglichkeit des Aufwickeins auf einer Trommel auch dann praktisch keinen zusätzlichen Raum, wenn es von der Zerstäubungskathode zurückgezogen ist. Auch ergibt sich bei einem Rollo eine einfache Abdichtungsraöglichkeit durch Führungsschienen, die auf beiden Seiten der Zerstäubungskathode parallel zur Bewegungsrichtung des Rollos für dessen

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Geradführung angeordnet sind. Das Rollo ist in den Führungsschienen, die beispielsweise ein Ü-fÖrmiges Profil haben können in unmittelbarer Nähe der Zerstäubungskathode und parallel zu ihr bewegbar angeordnet, so daß die vom Verfahren her X'orge-. schriebene Distanz zwischen der Kathode und dem Substrat nicht ungünstig verändert zu werden braucht. Durch die Umfassung der Seitenkanten des Rollos durch die Führungsschienen wird eine ausreichende Dichtigkeit gegen eine Vergiftung der Kathode erreicht. Das Rollo kann aus einer Folie bestehen, die zweck-, massig mit einem wärmereflektierenden bzw» wärmeschützcmden. Überzug versehen wird, da sich sowohl die Kathode als auch die Substrate während der Beschichtung aufheizen. Schließlich sind auch von den Quellen für das Niederschlagen der übrigen »Schichten thermische Einflüsse auf das Rollo zn erwarten. Der wärmereflektierende Überzug kann beispielsweise aus Aluminium bestehen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage sei nachfolgend an Hand einer Figur näher beschi-ieben, welche eine Anlage zum Beschichten von großflächigen, aus Fensterglas bestehenden Substraten zeigt. Auf den Glasscheiben wird zunächst ein Haftvermittler aus einer Chrom-Nickel-Legiorung und nachfolgend eine Goldschicht durch Kathodenzerstäubung niedergeschlagen. Als resistente Deckschicht wird im Anschluß daran durch thermische Verdampfung mittels Elektronenstrahlen Glas auf der Fensterscheibe niedergeschlagen. Derartige Scheiben dienen beispielsweise bei Gebäuden und Kraftfahrzeugen als Infrarotfilter, welche das sichtbare Licht in hohem Maße durchlasset), die unerwünschte Wärmestrahlung jedoch reflektieren.

In der Figur ist mit 1 eine Vakuumkammer bezeichnet, an welche eine Einschleuskammer 2 und eine Ausschleuskammer 3 angeschlossen sind. Die Schleusenventile für solche Schleusenkammern sind Stand der Technik und daher nicht iw Detail dargestellt. In dcv

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Vakuumkammer 1 befinden sich mehrere rechteckige Kathoden 4 aus einer Chrom-Nickel-Legierung, einem Material, welches hervorragende haftvermittelnde Eigenschaften aufweist. Es schließt sich ferner eine Reihe von Zerstäubungskathoden 5 aus Gold an, welches als dünne niedergeschlagene Schicht die eigentliche Filterwirkung besitzt. Die Kathoden weisen eine Länge auf, die mindestens der Breite des zu beschichtenden Substrats entspricht Die Breite der Kathoden macht hingegen nur einen Bruchteil der Länge des Substrats aus. Die Beschichtung erfolgt daher während einer gleichförmigen Bewegung des Substrats 6 parallel zur Oberfläche der in einer Reihe angeordneten Kathoden 4 und 5. In der Figur ist das Substrat 6 zu Beginn des Bewegungsablaufs, dargestellt.

Den Kathoden 4 und 5 nachgeschaltet ist eine Reihe von Elektronenstrahlverdampfern 7, welche aus Elektronenkanonen 8 und dem zu verdampfenden Material 9 bestehen. Das verdampfende Material ist beispielsweise eine Glasscheibe, deren Oberfläche durch die Relativbewegung eines Elektronenstrahls 10 spiralförmig abgedampft werden kann. Denkt man sich das Substrat 6 in

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bewegt, so gelangt es nach Verlassen der Zerstäubungskathoden 4 und 5 in den Einflußbereich der von dem zu verdampfenden Material 9 ausgehenden Dampfstrahlen. Der Dampf kondensiert auf dem Substrat, hat jedoch in gewissem Maße auch die Tendenz j in den Zwischenraum zwischen Substrat 6 und den Kathoden 4 und 5 einzudringen.

Bevor jedoch die Elektronenstrahlverdampfer 7 in Betrieb genommen werden, werden die Zerstäubungskathoden 4 und 5 hermetisch abgedichtet. Zu diesem Zweck befindet sich unterhalb der reihenförmig angeordneten Kathoden ein auf eine Walze 12 aufgewickeltes Rollo 13, welches über beidseitig angeordnete Seile 14 und 15 in vertikaler Richtung bewegbar angeordnet ist. Die Seile 14 und 15 werden über Umlenkrollen 16 und 17 geführt und

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auf einer Seiltrommel 18 aufgewickelt, die über eine Welle von einem nicht dargestellten Antrieb in Drehung versetzbar ist. Zwischen dem Antrieb für die Seiltrommel 18 und einem ebenfalls nicht dargestellten Stromerzeuger für die Elektronenstrahlverdampf er 7 kann auf einfache Weise eine Verriegelung herbeigeführt werden, durch die. verhindert wird, daß die Elektronenstrahlverdampfer 7 bei abgesenktem Rollo 13 in Betrieb genommen werden und umgekehrt. Die seitliche Führung und Abdichtung des Rollos 13 wird durch Führungsschienen 20 und 21 bewirkt.

5 Patentansprüche 1 Figur

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Anlage für das Niederschlagen von dünnen Mehrfaehsehiehten auf Substraten im Vakuum, bestehend aus einer Vakuumkammer und mindestens zwei dai-in befindlichen Quellen, von denen mindestens eine als Zerstäubungskathode ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine Abdeckvorrichtung (13), welche hermetisch abdichtend vor die Zerstäubungskathode (4/5) bringbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckvorrichtung (13) als Rollo ausgebildet ist.
3. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet _f daß das Rollo aus einer Folie besteht.
4. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie mit einem wärmereflektierenden Überzug versehen ist.
5. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten der Zerstäubungskathode (4/5) parallel zur Bewegungsrichtung des Rollos Führungsschienen (20/21) für die Geradführung und Abdichtung des Rollos angeordnet sind.

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L e e r s e i t e