DE4233512C2 - Verfahren zur Steuerung von Prozeßgasen für Beschichtungsanlagen und Beschichtungsanlage zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Prozeßgasen für Beschichtungsanlagen mit einem an einem Vakuumstrang angeschlossenen Rezipienten, der zum Zufüh­ ren eines genau dosierten Gases über eine Leitung mit einer Gasquelle verbunden ist, wobei in der Leitung ein Strömungsmesser und ein Durchflußstellglied angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Beschichtungs­ anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Mit Prozeßgasen arbeitende Beschichtungsanlagen sind all­ gemein bekannt und gebräuchlich. Sie können beispiels­ weise als Kathodenzerstäubungsanlagen ausgebildet sein. Im Falle der Kathodenzerstäubung (Sputtern) kann durch Zugabe anderer Gase, zum Beispiel Sauerstoff oder Stick­ stoff, zum Sputtergas (Dotierung) eine gezielte Reaktion des Dotiergases mit den Sputterteilchen erfolgen (reak­ tives Sputtern), wodurch sich die Schichteigenschaften der abgeschiedenen Schicht gezielt beeinflussen lassen. Wichtig für die Erzielung konstanter Schichteigenschaften ist es, daß während der Beschichtung die Gaszusammenset­ zung und der Druck konstant gehalten werden. Oftmals sind mehrere Rezipienten hintereinander angeordnet, in denen unterschiedliche Beschichtungsvorgänge ablaufen. Dabei sind die Rezipienten während der Beschichtung durch Ab­ sperrventile vakuumtechnisch getrennt, so daß in jedem Rezipienten ein separater Prozeß abläuft und keine Durch­ mischung der Reaktivgase erfolgen kann. Es kann bei­ spielsweise in einem Rezipienten mit Argon nicht reaktiv und in einem anderen Rezipienten mit Sauerstoff oder Stickstoff reaktiv gesputtert werden. Oftmals wird auf ein Substrat ein Vielfachschichtpaket aufgebracht, wozu die Substrate von einem Rezipienten in einen anderen ge­ bracht werden. Bei diesem Transport der Substrate von einem Rezipienten zum anderen werden die Ventile geöffnet und es besteht daher die Gefahr, daß Teilmengen der un­ terschiedlichen Gase in den Rezipienten von einem in den anderen Rezipienten gelangen. Dies kann dazu führen, daß der Beschichtungsprozeß in einem Rezipienten gestört wird und die Schichteigenschaften verändert werden. Das ver­ hindert man derzeit dadurch, daß man vor dem Öffnen der Ventile und dem Auswechseln der Substrate die jeweilige Gaszufuhr mittels eines Sperrventils unterbricht und den Substrataustausch erst vornimmt, wenn die Gase aus den Rezipienten abgesaugt worden sind.

Das Absperren der Gaszufuhr hat den Nachteil, daß an­ schließend vor Prozeßbeginn für die Prozeßgase eine Ein­ regelzeit von etwa 2 bis 3 Sekunden erforderlich ist, um nach einem Öffnen des Sperrventils wieder einen richtig bemessenen Gasstrom zu erreichen. Diese Zeitspanne ver­ längert den gesamten Prozeßablauf erheblich, wenn eine Beschichtungsanlage mehrere Rezipienten hintereinander aufweist und die Substrate in kurzen Zeitabständen von Rezipient zu Rezipient transportiert und dort nur kurze Zeit behandelt werden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Ver­ lustzeiten infolge eines notwendigen Einregelns eines zu­ vor abgesperrten Gasstromes möglichst gering sind. Wei­ terhin soll eine Beschichtungsanlage zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß zum Unterbrechen der Zufuhr von Prozeßgas der Prozeßgasstrom statt unterbrochen vom Rezipienten weg um­ geleitet wird.

Durch eine solche Gasumlenkung kann man erreichen, daß der genau eingeregelte, in den Rezipienten führende Gas­ strom nicht abgesperrt werden muß, wenn er nicht mehr in den Rezipienten gelangen soll. Er wird vielmehr in un­ veränderter Größe vom Rezipienten weg gefördert. Deshalb kann zu Beginn eines Beschichtungsvorganges ein bereits exakt eingeregelter Gasstrom in den Rezipienten geleitet werden. Dank der Erfindung reduzieren sich somit die Ne­ benzeiten, was insbesondere bei Kurztaktanlagen von großer Bedeutung ist.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer Beschichtungsanlage zur Durchführung des Verfahrens, wel­ che einen an einem Vakuumpumpstrang angeschlossenen Rezi­ pienten hat, der zum Zuführen eines genau dosierten Gases über eine Leitung mit einer Gasquelle verbunden ist, wo­ bei in der Leitung ein Strömungsmesser und ein Durchfluß­ stellglied und zum vorübergehenden Unterbrechen des Gas­ flusses ein Sperrventil angeordnet ist, wird er­ findungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter dem Durchfluß­ stellglied in die Leitung eine nicht in den Rezipienten führende, bei einem Absperren des in den Rezipienten füh­ renden Gasstromes offene, ansonsten jedoch versperrte Gasumlenkleitung mündet.

Mit einer solchen Gasumlenkleitung läßt sich das erfin­ dungsgemäße Verfahren mit sehr geringem Aufwand durchfüh­ ren.

Besonders einfach ist die Beschichtungsanlage hinsicht­ lich der Gaszufuhr und der Gasumleitung zu steuern, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in der Gasumlenkleitung und der in den Rezipienten führenden Leitung in Strömungsrichtung hinter der Mündung der Gas­ umlenkleitung jeweils ein elektromagnetisches Sperrventil angeordnet sind. Da elektromagnetische Sperrventile üb­ licherweise rascher öffnen als schließen, kann man beide Sperrventile gleichzeitig ansteuern, so daß durch das ra­ schere Öffnen des Sperrventils in der Gasumlenkleitung sichergestellt ist, daß es auch zu keiner kurzfristigen Unterbrechung des Gasstromes kommt.

Ein einziges Ventil genügt zum Steuern des Gasstromes, wenn die Gasumlenkleitung über ein 3/2-Wegeventil mit der in den Rezipienten führenden Leitung verbunden ist.

Selbst ein sehr kurzfristiges Absperren des Gasstromes kann vermieden werden, wenn das 3/2-Wegeventil ein Schließglied hat, durch welches ein Querschnitt zur Gasumlenkleitung im gleichen Maße geöffnet, wie ein Quer­ schnitt zum Rezipienten hin verschlossen wird.

Für die Erfindung ist es unwesentlich, wohin die Gasum­ lenkleitung führt, sofern sie nur nicht das Gas in den Rezipienten leitet. Um eine Veränderung des Gasstromes auszuschließen, sollte sie jedoch derart mit Unterdruck verbunden sein, daß in ihr der Durchfluß dem vorangegan­ genen Durchfluß im Rezipienten entspricht. Das kann man auf besonders einfache Weise dadurch erreichen, daß die Gasumlenkleitung zum Einlaß einer Vorvakuumpumpe des Va­ kuumpumpstranges des Rezipienten führt.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind drei da­ von in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in Fig. 1 einen Vakuum- und Gasversorgungsplan einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein 3/2-Wegeventil der Beschichtungsanlage,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungs­ form eines 3/2-Wegeventils.

In der Fig. 1 sind von einer Beschichtungsanlage zwei Rezipienten 1, 2 dargestellt, welche an einem Vakuumpump­ strang 3 angeschlossen sind. Dieser Vakuumpumpstrang 3 hat für jeden Rezipienten eine Hochvakuumpumpe 4, 5, denen gemeinsam zwei hintereinander geschaltete Vorvaku­ umpumpen 6, 7 vorgeschaltet sind. Nicht gezeigte Sub­ strate werden in einer beispielsweise als Drehteller aus­ gebildeten Vakuumkammer 33 von Rezipient 2 zu Rezipient 1 und weiteren, nicht gezeigten Rezipienten bewegt. Dazu werden Ventile 34, 35 der Rezipienten 1, 2 geöffnet und das Substrat wird durch die Vakuumkammer 33 transpor­ tiert. Da während dieses Transportes die Ventile 34, 35 geöffnet sind, ist ein Gasaustausch zwischen den Rezipi­ enten 1 und 2 prinzipiell möglich.

Im unteren Teil der Fig. 1 sind übereinander eine Gas­ quelle 8 für Argon, eine Gasquelle 9 für Sauerstoff und eine Gasquelle 10 für Stickstoff dargestellt. Von der Gasquelle 8 führt eine Leitung 11 und eine von dieser ab­ zweigenden Leitung 12 zum Rezipienten 1. In die Leitung 12 sind ein Strömungsmesser 13, ein Durchflußstellglied 14 und in Strömungsrichtung hinter dem Strömungsmesser 13 ein Sperrventil 15 geschaltet.

Von der Gasquelle 9 kann auf genau gleiche Weise Sauer­ stoff über eine Leitung 16 und eine Leitung 17 in den Rezipienten 1 gelangen, sofern ein in der Leitung 17 ge­ schaltetes Sperrventil 18 sich in Offenstellung befindet. Zur genauen Einstellung dieses Gasstromes ist wiederum ein Durchflußstellglied 19 vorgesehen.

Wichtig für die Erfindung ist eine Gasumlenkleitung 21, welche zwischen dem Sperrventil 18 und dem Strömungsmes­ ser 20 in die Leitung 17 mündet und über eine Leitung 22 zum Einlaß der Vorvakuumpumpe 7 führt. In der Gasumlenk­ leitung 21 ist ein Sperrventil 23 geschaltet.

Der Rezipient 2 und weitere, nicht gezeigte Rezipienten sind auf genau die gleiche Weise mit den Gasquellen 8, 9 und 10 verbunden wie der Rezipient 1.

Beim reaktiven Sputtern strömt Sauerstoff von der Gas­ quelle 9 über die Leitungen 16, 17 zum Rezipienten, wobei das Sperrventil 18 geöffnet und das Sperrventil 23 in der Gasumlenkleitung 21 geschlossen sind. Soll die Sauerstoffzufuhr unterbrochen werden, dann steuert man gleichzeitig die Sperrventile 18 und 23 an. Das Sperrven­ til 23 öffnet dadurch, während das Sperrventil 18 schließt. Das hat zur Folge, das anschließend ein unver­ änderter Gasstrom von Sauerstoff statt zum Rezipienten 1 zur Vorvakuumpumpe 7 strömt. Schaltet man die Sperrven­ tile 18, 23 wieder um, dann gelangt dieser Gasstrom mit einem exakten Durchflußwert in den Rezipienten 1, ohne daß eine Einregelzeit erforderlich wird.

Die Fig. 2 zeigt ein 3/2-Wegeventil 24, welches anstelle des Sperrventils 18 mit Anschlüssen 25, 26 in die Leitung 17 geschaltet werden kann. Ein dritter Anschluß 27 des 3/2-Wegeventils 24 ist dann mit der Gasumlenkleitung 21 zu verbinden. Das 3/2-Wegeventil 24 hat ein drehbar in ihm angeordnetes Sperrglied 28, welches in der darge­ stellten Position über einen Kanal 29 die Anschlüsse 25, 26 miteinander verbindet. Dreht man das Sperrglied 28 im Uhrzeigersinn um 90°, dann verbindet der Kanal 29 über einen Abzweigkanal 30 den Anschluß 25 mit dem Anschluß 27. Der ankommende Sauerstoff gelangt dann über die Gasumlenkleitung 21 statt zum Rezipienten 1 zur Vorvaku­ umpumpe 7.

Das in Fig. 3 gezeigte 3/2-Wegeventil 24 kann anstelle des Ventils nach Fig. 2 verwendet werden. Seine drei An­ schlüsse 25, 26, 27 sind genau wie zuvor zu schalten. Statt eines drehbaren Sperrgliedes 28 ist jedoch eine Klappe 31 als Sperrglied angeordnet, welche um ein Gelenk 32 zu schwenken vermag und je nach Stellung die Verbin­ dung vom Anschluß 25 zum Anschluß 27 oder vom Anschluß 25 zum Anschluß 26 versperrt. In den Zwischenstellungen sind beide Anschlüsse 26, 27 mit dem Anschluß 25 verbunden. Deshalb nimmt der Gasstrom beim Schalten im Anschluß 26 in dem Maße ab, wie er im Anschluß 27 zunimmt. Er ist so­ mit insgesamt immer gleich.

Bezugszeichenliste

1

Rezipient

2

Rezipient

3

Vakuumpumpstrang

4

Hochvakuumpumpe

5

Hochvakuumpumpe

6

Vorvakuumpumpe

7

Vorvakuumpumpe

8

Gasquelle

9

Gasquelle

10

Gasquelle

11

Leitung

12

Leitung

13

Strömungsmesser

14

Durchflußstellglied

15

Sperrventil

16

Leitung

17

Leitung

18

Sperrventil

19

Durchflußstellglied

20

Strömungsmesser

21

Gasumlenkleitung

22

Leitung

23

Sperrventil

24

3/2-Wegeventil

25

Anschluß

26

Anschluß

27

Anschluß

28

Sperrglied

29

Kanal

30

Abzweigkanal

31

Klappe

32

Gelenk

33

Vakuumkammer

34

Ventil

35

Ventil

Claims (6)

1. Verfahren zur Steuerung von Prozeßgasen für Beschich­ tungsanlagen mit einem an einem Vakuumstrang angeschlos­ senen Rezipienten, der zum Zuführen eines genau dosierten Gases über eine Leitung mit einer Gasquelle verbunden ist, wobei in der Leitung ein Strömungsmesser und ein Durchflußstellglied angeordnet ist, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Unterbrechen der Zufuhr von Prozeßgas der Prozeßgasstrom statt unterbrochen vom Rezipienten weg um­ geleitet wird.

2. Beschichtungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem an einem Vakuumpumpstrang an­ geschlossenen Rezipienten, der zum Zuführen eines genau dosierten Gases über eine Leitung mit einer Gasquelle verbunden ist, wobei in der Leitung ein Strömungsmesser und ein Durchflußstellglied und zum vorübergehenden Un­ terbrechen des Gasflusses ein Sperrventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Durchflußstell­ glied (19) in die Leitung (17) eine nicht in den Rezipi­ enten (1, 2) führende, bei einem Absperren des in den Re­ zipienten (1, 2) führenden Gasstromes offene, ansonsten jedoch versperrte Gasumlenkleitung (21) mündet.

3. Beschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Gasumlenkleitung (21) und der in den Rezipienten (1, 2) führenden Leitung (17) in Strömungs­ richtung hinter der Mündung der Gasumlenkleitung (21) je­ weils ein elektromagnetisches Sperrventil (18, 23) ange­ ordnet sind.

4. Beschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gasumlenkleitung (21) über ein 3/2-We­ geventil mit der in den Rezipienten (1, 2) führenden Lei­ tung (17) verbunden ist.

5. Beschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das 3/2-Wegeventil ein Schließglied hat, durch welches ein Querschnitt zur Gasumlenkleitung (21) im gleichen Maße geöffnet, wie ein Querschnitt zum Rezi­ pienten (1, 2) hin verschlossen wird.

6. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasum­ lenkleitung (21) zum Einlaß einer Vorvakuumpumpe (7) des Vakuumpumpstranges (3) des Rezipienten (1) führt.