DE4314251A1

DE4314251A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen absorbierender dünner Schichten auf ein Substrat

Info

Publication number: DE4314251A1
Application number: DE19934314251
Authority: DE
Inventors: Walter Zueltzke; Karl Dr Matl
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Buehler Alzenau GmbH
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-04-30
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2013-05-01
Also published as: DE4314251C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zum Aufdampfen absorbierender dünner Schichten auf ein Substrat mit einer Reflexion entsprechend derjenigen eines unbeschichteten Substrats und mit geringer Interferenzwirkung un ter Verwendung von zwei in einer Vakuumkammer an geordneten Elektronenstrahlkanonen mit jeweils ei nem Verdampfertiegel zur Aufnahme eines Metalls bzw. eines niederbrechenden dielektrischen Materi als.

Bekannt ist eine Vorrichtung zur Herstellung von supraleitendem Werkstoff (US 3,549,416) bei der in einer Vakuumkammer zwei thermische Verdampferquel len nebeneinander angeordnet sind, wobei zur ge nauen Kontrolle der Verdampfungsraten Schwing quarzmeßköpfe diesen Verdampferquellen zugeordnet sind, die mit Hilfe eines flanschförmigen Ablenkblechs von den verdampften Werkstoffen abge schirmt sind, wobei oberhalb des Ablenkbleches das Substrat in Form eines aufwickelbaren Bandes oder Drahts vorgesehen ist und wobei auf der dem von einem u-förmigen Magneten umgriffenen Verdampfer abgekehrten Seite des Substrats ein Heizaggregat gehalten ist. Die Signale der Schwingquarzmeßköp fe werden Kontrolleinheiten zugeleitet und in die sen zusammen mit von den Signalen der Elektronen strahlkanonen verarbeitet, wobei die Kontrollein heit wiederum mit der Stromversorgung für den Ma gneten und die Elektronenstrahlkanonen zusammen wirkt.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (DAS 17 71 370) zur Herstellung von in der Durchsicht homoge nen, farbigen dünnen Schichten durch Hochvakuu maufdampfung, mit einem durchsichtigen Träger un ter Verwendung einer optisch absorbierenden und einer optisch nicht absorbierenden Komponente, wobei letztere SiO₂ und B₂O₃ enthält. Bei diesem Verfahren ist Voraussetzung, daß das Substrat den Brechwert der nicht absorbierenden Substanz (SiO₂) aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei dem die Anfangsrate der absorbierenden Substanz so bemeßbar ist, daß die Mischung beider Substanzen einen dem Substrat entsprechenden Anfangsbrechwert entspricht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Verfahrensschritt das Material aus beiden Tiegeln gleichzeitig mit einer dem Bre chungsindex des Substrats angepaßten Aufdampfungs rate verdampft und auf das Substrat niedergeschla gen wird, danach in einem zweiten Verfahrens schritt die Aufdampfrate des Metalls von der An fangsrate bis zu einer bestimmten Endrate kontinu ierlich erhöht wird, danach die Aufdampfrate des Metalls in einem dritten Verfahrensschritt bis zum Erreichen einer bestimmten Transmission konstant gehalten wird, danach die Aufdampfrate des Metalls in einem vierten Verfahrensschritt während eines bestimmten Zeitabschnitts kontinuierlich bis zur Endrate, die der Anfangsrate entspricht, ernied rigt wird, wobei die Rate des niederbrechenden dielektrischen Materials während des ganzen Be schichtungsvorgangs konstant bleibt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind in den anhängenden Patentansprüchen näher be schrieben und erläutert.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den an hängenden Zeichnungen näher dargestellt, die das Schema einer Vakuum-Aufdampfanlage zeigt.

Das Verfahren zur Herstellung dünner absorbieren der Schichten kann in einer konventionellen Auf dampfanlage mit Schwingquarzregelung der Aufdampf rate und einer photometrischen Transmissionsmes sung mit geringen Modifikationen durchgeführt wer den.

In einer konventionellen Aufdampfanlage 1 mit Pumpöffnung 2 befinden sich zwei Elektronenstrahl verdampfer 3, 4. Die eine Elektronenstrahlkanone 3 wird zum Verdampfen einer metallischen Substanz, z. B. Molybdän, verwendet. Der Elektronenstrahlka none 3 ist ein Schwingquarz-Meßsystem 6 zugeord net, welches ein Bedampfungsschutzrohr besitzt zur Verhinderung der Beschichtung durch das aus der anderen Elektronenstrahlkanone 4 verdampfte Mate rial. Die zweite Elektronenstrahlkanone 4 besitzt ebenfalls ein eigenes Schwingquarz-Meßsystem 7 mit einem Bedampfungsschutzrohr. Sie dient zum Ver dampfen eines niederbrechenden Materials, z. B. SiO₂ oder eines Aufdampfglases.

Zwischen den beiden Elektronenstrahlverdampfern 3, 4 befindet sich ein Bedampfungsschutzblech 5. Die ses dient ebenfalls zum Verhindern der Beschich tung des Schwingquarzes durch das Material des nicht zum Schwingquarz zugehörigen Elektronen strahlverdampfers.

Für das Funktionieren einer Simultanbeschichtung ist es unerläßlich, daß z. B. das Schwingquarz-Meß system 6 nicht von dem Elektronenstrahlverdampfer 4 beeinflußt wird, da sonst Schwankungen in der Rate 4a zur Regelung am Elektronenstrahlverdampfer 3 führen wodurch es zu Schwankungen in der Rate 3a kommt.

Die Substrate 9, die sich auf dem rotierenden Substrathalter 8 befinden, werden für die Be schichtung mit Hilfe der Heizung 17 auf 300°C ge heizt.

Für die Messung der Transmission der aufwachsenden Schicht auf einem Testglas 15 während der Be schichtung wird ein Spektralfotometer 10 verwen det. Das Weißlicht einer Halogenlampe 11 wird mit einem Lichtleiter 13 zu einer Vakuumdurchführung mit Abbildungsoptik 14 geleitet und durch die Ab bildungsoptik auf das Testglas 15 abgebildet. Eine zweite Vakuumdurchführung mit einer Abbildungsop tik 16 bildet das transmittierte Licht auf einem Monochromator oder einen Linienfilter mit einem nachgeschalteten Detektor 12 ab.

Die Beschichtung wird bei einem Druck von 2- 3.10^-5 mbar durchgeführt. Die folgende Beschrei bung des Beschichtungsvorgangs bezieht sich auf das Beschichten von Substraten mit einem Bre chungsindex von 1,52.

Beim Öffnen der Verdampferblenden beginnt die Be schichtung mit einer so gewählten Aufdampfrate der metallischen Substanz und der niederbrechenden Substanz, daß die dünne Schicht einen reellen Bre chungsindex von 1,52 aufweist und einen gewissen Extinktionskoeffizienten K.

Dann wird in einer linearen Ratenrampe die Rate der metallischen Substanz innerhalb von 5 Minuten um einen Faktor 4 erhöht. Danach wird sie solange konstant gehalten, bis das Fotometer eine Trans mission von 23% anzeigt. Dies wird als Trigger punkt verwendet, um eine zweite Ratenrampe für die metallische Substanz zu starten, wobei deren Rate innerhalb von 2 Minuten auf den Startwert beim Öffnen der Blenden erniedrigt wird. Dadurch nimmt die "in situ" gemessene Transmission nochmals um 2% ab.

Die gesamte Beschichtung dauert damit 10 Minuten und man erhält eine Absorption von 75%. Beispiels weise ist das verwendete Metall Molybdän und die niederbrechende Substanz ein Aufdampfglas 8329 der Fa. Schott.

Während der gesamten Beschichtung bleibt die Rate der niederbrechenden Substanz konstant.

Im Vergleich zu bekannten Verfahren besitzt das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile:

1. Durch die Einstellung geeigneter Ratenverhält nisse der metallischen und der niederbrechenden Substanz relativ zueinander können die Bre chungsindizes der dünnen Schicht gleich dem Bre chungsindex des Substrates eingestellt werden.
2. Als Aufdampfmaterialien werden ein Metall und eine niederbrechende Substanz genommen, die im Vergleich zu einer Mischsubstanz unproblematisch sind.
3. Die Absorption kann durch eine geeignete Wahl der beiden Aufdampfraten weitgehend unabhängig von der Schichtdicke eingestellt werden. Dies führt zu einer Verkürzung der Aufdampfzeiten.
4. Da die Beschichtung aus zwei Verdampferquellen erfolgt, können diese geeignet in der Anlage po sitioniert werden, um eine optimale Schicht dickenverteilung und die gleiche Materialmi schung und damit den gleichen Brechungsindex über der Kalotte mit Hilfe einer Verteilerblende einstellen zu können. Dies erlaubt die Beschich tung größerer Substrathalterflächen als mit dem vorbekannten Verfahren.

Bezugszeichenliste

1 Vakuumkammer
2 Pumpöffnung
3 Elektronenstrahlverdampfer für die metallische Substanz
3a Dampfkeule der metallischen Substanz
4 Elektronenstrahlverdampfer für die niederbrechende Substanz
4a Dampfkeule der niederbrechenden Substanz
5 Abschirmblech
6 Schwingquarzmeßkopf mit Bedamp fungsschutzrohr für die metallische Substanz
7 Schwingquarzmeßkopf mit Bedamp fungsschutzrohr für die nieder brechende Substanz
8 Substrathalter, rotierend
8a Rotationsachse
9 Substrate
10 Spektralphotometer
11 Lichtquelle
12 Detektor mit Monochromator oder Linienfilter
13 Lichtleiter
14 Vakuumdurchführung mit Abbildungs optik für die Transmissionsmessung, Eintritt des Lichtstrahls
15 Testsubstrat für die Transmissions messung
16 Vakuumdurchführung mit Abbildungs optik für die Transmissionsmessung, Eintritt des Lichtstrahls
17 Substratheizung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung absorbierender dün ner Schichten mit einer Reflexion entspre chend derjenigen eines unbeschichteten Sub strats und mit geringer Interferenzwirkung unter Verwendung von zwei in einer Vakuumkam mer (1) angeordneten Elektronenstrahlkanonen (3, 4) mit jeweils einem Verdampfertiegel zur Aufnahme eines Metalls bzw. eines niederbre chenden dielektrischen Materials, wobei
in einem ersten Verfahrens schritt das Materi al aus beiden Tiegeln gleichzeitig mit einer dem Brechungsindex des Substrats (9, 9′, . . . ) angepaßten Aufdampfungsrate verdampft und auf das Substrat (9, 9′, . . . ) niedergeschlagen wird, danach
in einem zweiten Verfahrens schritt die Auf dampfrate des Metalls von der Anfangsrate bis zu einer bestimmten Endrate kontinuierlich erhöht wird, danach die Aufdampfrate des Me talls
in einem dritten Verfahrens schritt bis zum Erreichen einer bestimmten Transmission kon stant gehalten wird, danach die Aufdampfrate des Metalls
in einem vierten Verfahrensschritt während eines bestimmten Zeitabschnitts kontinuier lich bis zur Endrate, die der Anfangsrate entspricht, erniedrigt wird, wobei die Rate des niederbrechenden dielektrischen Materials während des ganzen Beschichtungsvorgangs kon stant bleibt.

2. Vorrichtung zur Herstellung absorbierender dünner Schichten mit einer Reflexion entspre chend derjenigen des unbeschichteten Sub strats und mit geringer Interferenzwirkung, mit zwei in einer Vakuumkammer (1) angeord neten thermischen Verdampfern (3, 4), bei spielsweise Elektronenstrahlkanonen mit zuge hörigen Tiegeln und mit einem oberhalb der Verdampfer angeordneten Substrathalter (8), dadurch gekennzeichnet, daß jeden der beiden nebeneinander angeordneten Verdampfern (3, 4) eine die Verdampfungsrate regelnde Einrich tung zugeordnet und etwa in der Ebene der beiden Verdampfertiegel eine Lichtquelle (14) vorgesehen ist, deren Lichtstrahl auf ein oberhalb der Verdampfer (3, 4) im Bereich der Substrathalterung (8) gehaltenen Testlinse (15) gerichtet ist, wobei der Lichtkegel nach seinem Durchtritt durch die Testlinse (15) mit einem Detektor (12) zusammenwirkt, der während des Aufdampfvorganges eine Transmis sionsmessung ermöglicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die die Verdampfungsrate re gelnde Einrichtung mit zwei Schwingquarzmeß körpern (6, 7) zusammenwirkt, von denen je weils einer derart neben jedem Tiegel gehal ten ist, daß sein Meßwert von der im zugeord neten Tiegel befindlichen Schmelze unmittel bar beeinflußt ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, da durch gekennzeichnet, daß der Detektor (12) zum Messen des durch die Testlinse (15) fal lenden Lichtstrahls mit einem Linienfilter ausgerüstet und Teil eines Spektralphotome ters ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (11) Teil des Spektralphotometers (10) ist und ein Lichtstrahl dieser Lichtquelle (11) über ein Lichtleitsystem, beispielsweise über ein Glasfaserkabel (13) zu einer in der Ebene der Verdampfer (3, 4) angeordneten Abbildungs optik (14) führt und die Lichtquelle (11) für die Transmissionsmessung bildet.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß den Verdampferquellen (3, 4) Blenden (5) vorgeschaltet sind, die eine Unterbre chung des Aufdampfprozesses ermöglichen.