DE4335224A1

DE4335224A1 - Vorrichtung für die Herstellung optischer Schichten

Info

Publication number: DE4335224A1
Application number: DE19934335224
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Faber; Peter Winter
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1993-10-15
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1995-04-20

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für die Breitbandentspiegelung von Bildschirmzusatzscheiben werden in der Regel Filtersysteme mit mehreren übereinander angeordneten Schichten verwendet. Diese Schichten bestehen in der Regel aus unterschiedlichen Materialien, wobei sich Materialen mit hohem und niedrigem Brechungsindex abwechseln. Auch zur Verrin gerung von Reflexionen auf Linsen und dergleichen werden mehrere Schichten aus unterschiedlichen Materialien übereinander angeordnet.

So ist beispielsweise eine Antireflexbeschichtung bekannt, die aus drei Schichten be steht, von denen die unterste Schicht aus SiO, die mittlere aus ZrO₂ und die oberste aus MgF₂ besteht (US-PS 3 356 523). Ein anderer reflexionsvermindernder Film be steht dagegen aus vier Schichten, von denen die unterste und erste SiO, die zweite SiO₂, die dritte CeO₂ und die vierte wieder SiO₂ ist (DE-OS 39 09 654).

Die Herstellung derartiger Schichtfolgen ist relativ aufwendig. Die hochbrechend und in der Regel metallischen Schichten werden vorzugsweise mittels eines Gleichstrom- Kathodenzerstäubungs- oder DC-Sputterverfahrens erzeugt (vgl. hierzu: Rut scher/Deutsch: Plasmatechnik, Grundlagen und Anwendungen, 1984, S. 351/352). Dagegen werden die niedrig brechenden Schichten wie SiO₂ mittels eines CVD (Chemical Vapor Deposition)-Verfahrens mit Hochfrequenzanregung abgeschieden (H. G. Severin: Sputtern, Physik in unserer Zeit, 1986, S. 71 bis 79, S. 72 R. F. Sput tern). Durch die Anwendung einer hochfrequenten Wechselspannung von z. B. 13,56 MHz ist es möglich, auch nichtleitende Target-Materialien zu zerstäuben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise Substrate nacheinan der verschiedenartigen Beschichtungsprozessen zu unterwerfen.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die zu bearbei tenden Substrate in einem einheitlichen Inline-Betrieb verschiedenen Prozessen unterworfen werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Hochfrequenz-CVD-Anlage für den Einsatz in einer kombinierten Beschichtungsanlage;

Fig. 2 eine kombinierte Anordnung einer Hochfrequenz-CVD-Anlage mit einer Gleichstrom-Sputteranlage.

In der Fig. 1 ist eine Hochfrequenz-CVD-Anlage 25 dargestellt, die ein zu beschich tendes oder zu ätzendes Substrat 1 aufweist. Diesem Substrat liegt ein Target 2 von z. B. 1450 mm × 100 mm gegenüber, das beispielsweise aus Aluminium besteht und das mit einer Kathodenwanne 3 in Verbindung steht. Der Abstand zwischen Target 2 und Substrat 1 beträgt beispielsweise 90 mm. In der Kathodenwanne 3 befinden sich nicht dargestellte Dauermagnete. Oberhalb der Kathodenwanne 3 ist eine Elektroden platte 4 vorgesehen, die mit der Kathodenwanne 3 verbunden ist und auf einer elek trischen Isolierung 5 ruht, die ihrerseits auf einem Gehäuseboden 6 lagert. Dieser Ge häuseboden ist Bestandteil eines Gehäuses 7, das in seinem oberen Bereich ein elek trisches Anpassungsnetzwerk 8 aufweist, welches über eine Leitung 9 mit einem Hochfrequenz-Generator 10 in Verbindung steht. Dieser Hochfrequenz-Generator 10 gibt vorzugsweise bei einer Leistung von z. B. 1 W/cm² eine Wechselspannung von 13,56 MHz ab.

An das Gehäuse 7 sind Stege 11, 12 angeflanscht, die jeweils mit einer Turbomoleku larpumpe 13, 14 versehen sind, welche z. B. 1000 Liter Gas pro Sekunde absaugen können. Die Stege 11, 12 ruhen ihrerseits auf einer äußeren Kammer 15, welche das Gehäuse 7 umschließt. Die Seitenwand 20 der Kammer 15 weist eine Öffnung auf, über welche die Kammer 15 mit einer weiteren Kammer in Verbindung steht.

Zwischen Target 2 und Substrat 1 bzw. seitlich vom Substrat 1 sind Gaseinlässe 16, 17 vorgesehen. Der Gasdruck, der im Raum 18 herrscht, beträgt normalerweise 0,1 bis 1,0 mbar. Als Prozeßgase, die von den Gaseinlässen 16, 17 gesteuert werden, die nen z. B. He/SiH₄, N₂, N₂O, O₂, NH₃; CF₄, C₂H₂. Durch den Einsatz der Turbo molekularpumpen 13, 14 kann der Gasdruck im Raum 18 reduziert werden. Mit der Hochfrequenz-Magnetron-PECVD-Anlage (PECVD = Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) gemäß Fig. 1, bei welcher chemische Reaktionen in der Gasphase stattfinden, werden vorzugsweise niedrigbrechende Schichten wie SiO₂, SiO_xN_y, SiO_xF_y etc. auf dem Substrat 1 aufgebracht. Die mit dieser Anlage aufgebrachten Schichten besitzen außer ihren optischen Eigenschaften auch sehr gute Eigenschaften hinsichtlich ihrer mechanischen und chemischen Beständigkeit. Im Gegensatz zum Sputterprozeß beschichten sich bei dem Hochfrequenz-PECVD-Prozeß gemäß Fig. 1 nicht die Wände der Kammer, um danach abzublättern und sich auf das Substrat 1 zu legen. Außerdem ist die Beschichtungsrate des PECVD-Prozesses relativ hoch.

Hochbrechende metallische Schichten sind mit der Anordnung gemäß Fig. 1 nur schwer herzustellen. Für die Herstellung dieser Schichten eignet sich das DC- Magnetron-Sputtern besser.

In der Fig. 2 ist eine Anlage 30 gezeigt, welche eine Hochfrequenz-PECVD- und DC-Magnetron-Sputter-Anlage miteinander kombiniert.

Die Hochfrequenz-PECVD-Anlage 25 ist in der Mitte der Fig. 2 dargestellt und ent spricht im wesentlichen der in der Fig. 1 gezeigten Anordnung. Rechts und links von dieser Anlage 25 befinden sich DC-Magnetron-Sputter-Anlagen 26, 27. An diese An lagen 26, 27 können sich weitere Hochfrequenz-PECVD-Anlagen anschließen etc.

Die Sputter-Anlagen 26, 27 weisen eine Gleichstromquelle 31, 32 auf, die mit jeweils einer Kathode 33, 34 verbunden ist. Jede dieser Kathoden 33, 34 ist auf der Untersei te mit einem Target 35, 36 versehen. Durch die anliegende Gleichspannung bildet sich zwischen den Targets 35, 36 und den gegenüberliegenden Substraten 37, 38 eine Glimmentladung aus, die in Verbindung mit den in den Elektroden 39, 40 befind lichen Magneten einen Sputter-Prozeß bewirkt.

Die Kombination der verschiedenen Beschichtungsanlagen ist nicht ohne weiteres möglich, da beide bei ganz verschiedenen Gasdrücken arbeiten. Der in der Anlage 25 ablaufende HF-CVD-Prozeß arbeitet normalerweise in einem Druckbereich von 0,1 bis 1,0 mbar und übersteigt damit den Sputterdruck um ein Vielfaches.

Im CVD-Betrieb bei einem Druck von 0,1 bis 1 mbar können schmutzige Prozesse entstehen, z. B. durch Volumenpolymerisation sowie durch Staub, der sich an Kammerwänden, Kathodenumgebung, Blenden usw. ablagert, was zu erhöhtem Reinigungsaufwand führt und nach gewisser Zeit Einfluß auf die Qualität der herge stellten Schichten hat.

Um dieses Problem zu lösen, wird der Druck des CVD-Prozesses in der Anlage 25 erfindungsgemäß auf 5 × 10^-3 mbar herabgesetzt, so daß der Druck in der Anlage 25 im wesentlichen dem Druck in den Sputteranlagen 26 und 27 entspricht.

Damit nun nicht das PECVD-Verfahren aufgrund des an sich zu niedrigen Drucks eine mangelhafte Beschichtung bewirkt, wird der N₂O- bzw. SiH₄-Gasfluß bei konstantem N₂O/SiH₄-Partialdruckverhältnis N₂O/SiH₄, über das die Stöchiometrie der SiO_x-Schichten eingestellt werden kann, herabgesetzt.

Da das Partialdruckverhältnis ein entscheidender Parameter für die SiO₂-Abschei dung ist, dieses Verhältnis aber trotz abnehmendem Gesamtdruck konstant gehalten wird, kann das HF-PECVD-Verfahren auch bei sehr niedrigem Gasdruck durchge führt werden.

Hierdurch sind in der Anlage 30 keine Einbauten für die Gastrennung erforderlich. Vielmehr können die Einzelanlagen 26, 25, 30 durch Öffnungen 60, 61, 62 miteinan der in Verbindung stehen. Durch diese Öffnungen 60 bis 62 kann eine Transportvor richtung 63 geführt werden, welche die Substrate 2, 37, 38 trägt. Durch einen Pfeil 64 ist angedeutet, daß die Transportvorrichtung 63 nach rechts bewegt wird.

Die Abscheiderate wird durch die Herabsetzung des Drucks zwar reduziert, doch ist dies bei den verwendeten optisch wirkenden Schichten ohne Bedeutung, weil durch andere Faktoren der Durchsatz ohnehin reduziert ist.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung kann auch noch nachträglich in bereits be stehende Sputteranlagen eingebaut werden. Durch die Anordnung der Pumpen 13, 14 und der Gaseinlässe sowie die Anordnung der Magnete in der Kathode 3 wird die Schichtbildung auf Kathode und Substrat begrenzt, so daß an den Kammerwänden keine Abscheidung stattfindet.

Massenspektroskopische Untersuchungen haben ergeben, daß mit der Anlage 30 an nähernd der gesamte Gasfluß für die Schichtbildung umgesetzt wird. Um zu verhin dern, daß die Substrate 2, 37, 38 mit störenden Partikeln belegt werden, ist es zweck mäßig, an diesen Substraten 2, 37, 38 beim Einschleusen in die Anlage, z. B. an der Eintrittsstelle 65, eine Gasdusche mit N₂ vorzunehmen. Weitere Maßnahmen sind: leichtes Abpumpen an der Einschleusstelle oder Aufheizen der Substrate.

Claims

1. Vorrichtung für die sukzessive Bearbeitung von Substraten mit einem CVD- Prozeß und einem Gleichstrom-Sputterprozeß, gekennzeichnet durch

a) wenigstens eine CVD-Kammer (25);
b) wenigstens eine Gleichstrom-Sputter-Kammer (27);
c) eine die beiden Kammern (25, 27) miteinander verbindende Öffnung (62);
d) Gaszuführungsvorrichtungen (16, 17) in der CVD-Kammer (25);
e) eine Gas-Absaugvorrichtung (13, 14).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, welche das Partialdruckverhältnis von zwei in die CVD-Kammer (25) einströmenden Gasen konstant hält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdruck in der CVD-Kammer (25) dem Gasdruck in der Gleichstrom-Sputter-Kammer (27) ange nähert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die CVD-Kammer (25) eine Kathode (3, 4) aufweist, die über ein Anpassungsnetzwerk (8) mit einem Hochfrequenzgenerator (10) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (3, 4) eine Magnetron-Kathode ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Kathode (3, 4) jeweils eine Gaszuführungsvorrichtung (16, 17) vorgesehen ist, die sich unmittelbar über einem Substrat (1) befindet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstrom- Sputter-Kammer (26, 27) eine Kathode (33, 35 bzw. 34, 36) aufweist, die an dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle (31 bzw. 32) liegt, und daß die Kathode ein Target (36) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Transportein richtung (63) vorgesehen ist, die linear durch die Öffnung (62) bewegbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Trans porteinrichtung Substrate (2, 37, 38) befinden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Absaug vorrichtung (13, 14) an der CVD-Kammer (25) vorgesehen ist und aus mehreren Turbomolekularpumpen besteht, von denen die eine rechts und die andere links von den Elektroden (3, 4) angeordnet ist.