DE60304745T2 - Plasmaunterstützte filmabscheidung - Google Patents

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    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Abscheidung von Filmen auf Glas und andere Substrate. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf eine plasmaunterstützte Abscheidung von Filmen auf Glas und andere Substrate.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In der Coated Glas Industrie ist es häufig erwünscht, ein oder mehrere dünne Schichten eines Schichtmaterials auf Glas aufzubringen, um dem resultierenden beschichteten Glas gewünschte Eigenschaften zu verleihen. Zum Beispiel sind Infrarot-Reflektionsbeschichtungen (z.B. Wärmeschutzbeschichtungen) üblicherweise auf Glasflächen aufgebracht. Beschichtungen vieler unterschiedlicher Typen werden verwendet, um beschichteten Substraten gewünschte Eigenschaften zu verleihen, wie spezielle Grade an spezifischer Durchlässigkeit, Reflektionsfähigkeit, Absorptionsfähigkeit, Emissionsvermögen, Tönungsvermögen, Farbe, Haltbarkeit, Hydrophilizität, Hydrophobizität und Lichtempfindlichkeit.
  • Eine Vielzahl von Beschichtungen werden für die Verwendung in Architektur- und Automobilanwendungen auf Glas aufgebracht. Diese Beschichtungen werden üblicherweise unter Verwendung von "In-line"-Vakuumbeschichtern mit Magnetron-Sputter-Quellen aufgebracht. Zum Beispiel werden zylindrische Magnetrons in vielen Sputter-Abscheidungsverfahren verwendet. In diesen Verfahren wird ein Substrat in einer Vakuumkammer positioniert, die wenigstens ein zylindrisches Target enthält. Zylindrische Targets sind im gegenwärtigen Stand der Technik allgemein bekannt und haben im Allgemeinen die Form, die in den 4A und 4B schematisch dargestellt ist. Das zylindrische Target 180 umfasst ein Stützrohr 182, welches eine dicke Außenschicht eines sputterfähigen Targetmaterials 185 trägt. Das Stützrohr 182 ist typischerweise ein steifes, längliches Rohr aus einem elektrisch leitfähigen Material (z.B. Metall), welches mit einer relativ dünnen Bindeschicht 184 beschichtet sein kann. Eine stationäre Magneteinheit 170 ist typischerweise im Innenraum 188 des drehbaren Targets 180 positioniert. Diese Magneteinheit 170 begrenzt in der Kammer befindliches Plasma auf eine Region nahe des Targets 180. Das Target 180 ist üblicherweise in der Kammer an einem Paar gegenüber liegender Endblöcke montiert (frei tragende Endblocksysteme sind auch bekannt), wobei jeder Endblock so ausgebildet ist, dass dieser eines der Enden 189 des Stützrohrs 182 hält.
  • Während des Sputterns wird typischerweise ein elektrisches Feld zwischen einer Kathode und einer Anode in der Sputterkammer erzeugt. Gewöhnlich fungiert das Sputtertarget als die Kathode und ist wenigstens eine separate Anode in der Kammer an einer Stelle im Abstand von dem Target vorgesehen. Zum Beispiel kann eine separate Stange oder ein anderes elektrisch leitendes Element als die Anode fungieren. Es wird Gas in die Kammer gegeben, um die Erzeugung eines Plasmas (z.B. Glimmentladung) zu erleichtern. Elektroden beschleunigen im elektrischen Feld und erlangen genug Energie, um die Gasatome zu ionisieren und das Plasma zu erzeugen. Positiv geladene Teilchen (z.B. Ionen) im Plasma werden an das Kathodentarget angezogen, bombardieren dieses und verursachen, dass Teilchen (z.B. Atome) des Targetmaterials vom Target abgestoßen werden. Mit fortschreitendem Sputtern werden mehr und mehr Teilchen vom Target abgegeben, was eine Erosion der Schicht des Targetmaterials 185 verursacht. Eventuell wird nutzbares Targetmaterial rar, so dass das Target ersetzt werden muss.
  • So ist die Kontinuität des Sputtervorgangs auf die Menge nutzbaren Targetmaterials auf dem Target begrenzt. Im Allgemeinen wird das Sputtern nur fortgesetzt, bis das nutzbare Targetmaterial verbraucht ist, wobei an diesem Punkt jedes verbrauchte Target nicht länger verwendet wird. So muss der Sputtervorgang periodisch abgeschaltet werden und die verbrauchten Targets ausgetauscht werden. Dies hindert Hersteller daran, ihre astronomisch teuren Sputteranlagen (die beispielsweise viele Millionen Dollars kosten) in kontinuierlicher, nicht unterbrochener Weise zu betreiben.
  • Die Beschichtungen (z.B. Wärmeschutzbeschichtungen), die für Architektur- und Automobilanwendungen verwendet werden, umfassen gewöhnlich einen Metallfilm und einen transparenten Nicht-Leiterfilm. Wenn ein Metallfilm aufgebracht wird, wird ein Metalltarget typischerweise bei Vorhandensein eines Inertgases, wie beispielsweise Argon, gesputtert. Wenn ein Nicht-Leiterfilm aufgebracht wird, wird ein Metalltarget üblicherweise bei Vorhandensein eines Reaktionsgases (z.B. Sauerstoff oder Stickstoff) gesputtert. Auf diese Weise wird ein Reaktionsprodukt (z.B. ein Metalloxid oder Metallnitrid) des Metalltargetmaterials und des Reaktionsgases auf dem Substrat abgeschieden. In einigen Fällen werden Nicht-Leiterfilme alternativ durch ein Sputtern keramischer Targets in im Wesentlichen inerten Atmosphären (optional ein wenig Reaktionsgas enthaltend) abgeschieden.
  • Auf diese Weise wird beim Abscheiden von Wärmeschutzbeschichtungen und vielen anderen Typen von Beschichtungen jedes Substrat üblicherweise durch eine Reihe von miteinander verbundenen Sputterkammern (das heißt, einer Sputterlinie) hindurch bewegt, wobei einige der Kammern zum Abscheiden von Metallfilmen ausgelegt sind und andere zum Abscheiden von Nichtleiterfilmen ausgelegt sind. Leider wird die Kontinuität des Sputtervorgangs in beiden Kammertypen durch das Erfordernis beschränkt, verbrauchte Targets auszutauschen. Die Kontinuität des Sputterns in Kammern, die zum Abscheiden von Nicht-Leiterfilmen ausgelegt sind, ist noch stärker beschränkt, wie dies nun besprochen wird.
  • Während des Sputterns baut sich unerwünschte Verunreinigungsschicht auf den Wänden und anderen Innenflächen der Sputterkammer auf. Abgestoßene Teilchen von Targetmaterial werden auf dem Substrat und leider auf anderen frei liegenden Oberflächen in der Sputterkammer (Wänden, Anoden, Abschirmungen, Rollen, etc.) abgeschieden. Mit der Zeit baut sich eine Schicht von gesputtertem Material (das heißt, eine "Verunreinigungsschicht" oder eine "Überschicht") auf den Innenflächen der Kammer auf. Dies ist besonders problematisch in Kammern, in welchen Nicht-Leiterfilme abgeschieden werden.
  • Die Verunreinigungsschicht wächst zunehmend dick mit fortgesetztem Sputtern. Wenn die Dicke dieser Schicht zunimmt, baut sich ihre Innenspannung auf, bis der Punkt erreicht wird, an welchem Flocken beginnen, von der Verunreinigungsschicht abzubrechen. Wenn dies auftritt, können einige der abbrechenden Flocken auf eine frisch abgeschiedene Beschichtung auf dem Substrat fallen und Einschlüsse oder Nadellöcher in der Beschichtung zurücklassen. Dies kann in Kammern ein Problem sein, in welchen Nicht-Leiterfilme abgeschieden werden, weil Nicht-Leiterfilme nicht dazu neigen, an den inneren Kammer Flächen wie Metallfilme anzuhaften. Dies Problem wird durch die Tatsache verschlimmert, dass eine nicht leitende Verunreinigungsschicht elektrisch nicht leitend ist und einen Überschlag verursachen kann, welcher bewirken kann, dass größere Stücke von der Verunreinigungsschicht auf das Substrat fallen.
  • Das Wachstum einer elektrisch nicht leitenden Verunreinigungsschicht auf der/den Anode(n) in einer Sputterkammer kann spezielle Probleme hervor rufen. Transparente Nicht-Leiterfilme sind üblicherweise Isolatoren, Halbleiter oder andere elektrisch nicht leitende Materialien (z.B. Si3N4, SiO2, TiO2, ZnO, SnO2 und Al2O3). Die Anhäufung solcher Materialien auf eine Anode in einer Sputterkammer initiiert eine fortschreitende Verlangsamung des Sputtervorgangs, die schließlich zu einem Abschalten des Prozesses führen kann. Dieses Phänomen wird allgemein als das Problem einer "verschwindenden" oder "vergifteten" Anode bezeichnet. Eine nicht leitende Verunreinigungsschicht auf der Anode behindert Ladungsträger und hindert diese gegebenenfalls daran, zwischen der Anode und der Kathode zu fließen. Dies hat den Effekt zunächst einer Verringerung und eventuell eines Stoppens des Sputtervorgangs. Dies führt auch dazu, dass der leitfähige Bereich der Anode während des Sputterns seine Größe verändert, wodurch der Sputtervorgang schwieriger zu steuern wird und potentiell Ungleichförmigkeiten unter den abgelagerten Beschichtungen belassen werden.
  • Das Wachstum einer nicht leitenden Verunreinigungsschicht kann den Sputtervorgang in weiterer Hinsicht verkomplizieren. Zum Beispiel kann das geladene Plasma von der Verunreinigungsschicht aufgrund einer ähnlichen Polarität der Plasmateilchen und der Verunreinigungsflächen abgestoßen werden. Wenn diese Abstoßung zunimmt, kann sich die Verteilung des Plasmas verändern, wenn es nach leitfähigem Ausgang "sucht". Darüber hinaus kann sich die Gleichförmigkeit der Plasmaentladung verschlechtern und dadurch den Sputtervorgang verlangsamen, wenn die leitfähigen Bereiche in der Kammer einer zufälligen Verteilung unterliegen. Diese Ungleichförmigkeit der Plasmaentladung kann die Prozesssteuerung verkomplizieren und die Qualität und Gleichförmigkeit abgeschiedener Filme verringern.
  • Das Wachstum einer Verunreinigungsschicht auf dem Gasverteilersystem in einer Sputterkammer kann auch spezielle Probleme verursachen. Zum Beispiel kann der Sputtervorgang aufgrund einer unzureichenden Plasmaerzeugung verlangsamt werden, wenn sich genügend auf den Gasabgabeanschlüssen aufbaut (z.B., dass verhindert wird, dass Gas frei in die Kammer abgegeben wird). Insbesondere dann, wenn sich bei einem reaktiven Sputtern genügend Verunreinigung auf den Gasabgabeanschlüssen aufbaut, kann es eine unzureichende Reaktion zwischen dem gesputterten Material und dem Reaktionsgas geben. Auf diese Weise können die abgeschiedenen Filme metallischer sein als dies erwünscht ist. Dies kann es erschweren, Filme mit gewünschten Produktspezifikationen abzuscheiden. Es kann auch die Steuerung der Prozessstabilität und der Sputterrate verkomplizieren.
  • Um den vorstehenden Problemen zu begegnen, haben Hersteller periodisch ihre Beschichter abgeschaltet und die Verunreinigungsschicht von den Innenflächen jeder Kammer abgereinigt. Dies umfasst ein Belüften jeder Kammer, ein sorgfältiges Reinigen derselben (z.B. Sandstrahlen, Abkratzen oder andernfalls eine manuelle Entfernung der Verunreinigungsschicht), und dann ein erneutes Evakuieren der Kammer. Verbrauchte Targets werden typischerweise ersetzt, wenn die Kammern zur Reinigung geöffnet sind. Der Kammer-Reinigungsvorgang nimmt viel Zeit und Arbeit in Anspruch. Es wird geschätzt, dass Hersteller bis zu 40% ihrer potentiellen Produktionszeit für Kammerreinigungen und Targetwechsel verlieren. Diese Stillstandszeit ist extrem teuer im Vergleich zu den schwindelerregenden Kosten einer industriellen Sputteranlage. So kann ermessen werden, dass ein kontinuierlicher Beschichtungsprozess für eine hervorstechende Produktivitätssteigerung sorgen würde.
  • Die vorstehenden Probleme können sich verschlimmern, wenn Hersteller versuchen, die produktive Betriebsdauer eines Beschichters zu strecken. Am Ende der Produktionsdauer einer gegebenen Kammer sucht die Plasmaentladung nach nicht verunreinigten Bereichen in der Kammer. Um die Plasmaentladung aktiv zu halten, geben die Hersteller manchmal zusätzliches Gas in die Kammer. Dies kann für Hersteller gefährlich sein, da das zusätzliche Gas eine Nukleierungswand oder ein Clustern von gesputtertem Material erzeugen kann. Deshalb kann elektrischer Strom so gelenkt werden, dass dieser durch die Nukleierungswand in das Gasverteilungssystem fließt und einen Weg zurück zur Spannungsversorgung sucht, wodurch en Überschlag verursacht wird, der die Gasleitung schmelzen lassen kann, etc. Zusätzlich dazu, dass die Installation neuer Gasleitungen erforderlich wird, kann dies nachteilige Effekte auf den Sputtervorgang haben.
  • Es wurden Lösungen für einige der vorstehenden Probleme vorgeschlagen. Eine vorgeschlagene Lösung ist offenbart in US Patent 4,863,756, veröffentlicht für Harig et al. Diese Patent von Hartig beschreibt Verfahren und eine Anlage zum Aufbringen auf einer Beschichtung auf ein sich bewegendes Substrat. In diesem Patent wird Gas in eine Abscheidekammer geliefert und in Plasma umgewandelt. Eine aufwärts gerichtete Magneteinheit wird verwendet, um eine Magnetfalle zu erzeugen, welche das Plasma auf einen örtlich festgelegten Bereich oberhalb des sich bewegenden Substrats begrenzt. Unmittelbar oberhalb der Magneteinheit befindet sich eine plattenförmige Elektrode, die mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Die Spannungsquelle ist entweder eine Gleichstromquelle oder eine Hochfrequenzquelle mit einer Frequenz von etwa 13,56 MHz. Zwei Rollen führen das Substrat auf einer horizontalen Bewegungsbahn direkt über die Elektrode. Über der Bewegungsbahn des Substrats befindet sich ein Gasabgabesystem, welches Reaktionsgas liefert. Im Betrieb wird das Substrat über die Elektrode befördert, wandelt die Elektrode das Gas in Plasma um, hält das Magnetsystem das Plasma am Substrat und erzeugt das Plasma eine chemische Reaktion und/oder Zersetzung, durch welche eine Beschichtung auf dem Substrat abgeschieden wird. Da das Plasma am Substrat festgehalten wird, erfolgt die Umwandlung von Reaktionsgas zu einer Beschichtung nur in unmittelbarer Nähe der Magnete (z.B. direkt über dem Substrat). So wird die Beschichtung mit dem Substrat abgeschieden, nicht aber über inneren Kammerflächen, entfernt von der Magnetfalle.
  • In einer anderen Ausführungsform offenbart Hartig eine drehbare Führungsrolle, welche auch als eine Elektrode fungiert. Im Inneren dieser Führungsrolle gibt es eine stationäre, aufwärts gerichtete Magneteinheit, die dazu verwendet, die Magnetfalle zu erzeugen.
  • Während des Betriebs wird ein kontinuierliches flexibles Substrat über die Führungsrolle bewegt, wenn sich diese dreht. In dieser Ausführungsform wird jede unerwünschte Beschichtung, die sich auf der Elektrode ansammelt, über ihre große zylinderförmige Oberfläche verteilt.
  • Diese Lösung ist gut geeignet zum Beschichten von Substraten in Rollen-Auf-Rollen-Anwendungen (z.B. bei einem dünnen Metallfilm oder dünnen Isolierfilm, der von einer Rolle geliefert wird, beschichtet wird und auf einer Aufwickelrolle gesammelt wird). In solchen Anwendungen ist die offenbarte Lösung nützlich, um Produktionsunterbrechungen für die Kammerreinigung zu vermeiden. Diese Lösung begegnet auch dem Bedürfnis nach Targets als Quellenmaterial. So gibt es keine Targets oder Targetwechsel, sondern nur eine kontinuierliche Umwandlung von Gas in Feststoffbeschichtungen und nur auf Bereichen des Substrats innerhalb der Magnetfalle. Leider hat diese Lösung signifikante Beschränkungen.
  • Zum Beispiel ist die Lösung effektiv auf eine Beschichtung kontinuierlicher filmartiger Substrate in Rollen-Auf-Rollen-Anwendungen beschränkt. Im Falle von Glas wird eine Beschichtung üblicherweise auf in Abstand zueinander liegenden Flächen durchgeführt, wobei Lücken zwischen benachbarten Flächengebilden belassen werden. Diese Lücken können bis zu 30% des verfügbaren Beladungsbereichs auf industriellen Sputterlinien ausmachen (z.B. sind Beladungsfaktoren von 70% nicht ungewöhnlich). Mit der Anlage dieses Patents von Hartig würden diese Lücken die Elektrode einer unerwünschten Beschichtung aussetzen. Dies würde es notwendig machen, die Elektrode periodisch zu reinigen und somit das Ziel, einen kontinuierlichen Beschichtungsprozess zu haben.
  • Ferner ist diese Lösung nicht gut geeignet für das Beschichten von nicht leitenden Substraten auf kommerziellen "In-line"-Beschichtern. Das Patent von Harig lehrt die Verwendung einer Hochfrequenz (HF)-Spannungsversorgung, um einen Stromfluss durch nicht leitende Substrate hindurch einzurichten. Leider sind HF-Kathoden nur in Größen verfügbar, welche ein Beschichten einer Breite von bis zu etwa 48" erlauben, wobei großflächige Substrate (z.B. Glas für Architektur- oder Automobilanwendungen) üblicherweise diese Breite übersteigen. Darüber hinaus ist es extrem schwierig, die Ausgangsimpedanz einer HF-Spannungsversorgung an die sich konstant verändernde Impedanz eines Plasmas anzupassen. Die Fehlanpassung der Impedanz erzeugt einen Überschlag, welcher das Substrat und die Kammer beschädigen kann. Ferner ist es schwierig, eine gleichförmige Verteilung der HF-Spannung entlang der Kathode zu erhalten, wenn eine Fehlanpassung der Impedanz auftritt. Dies kann eine Ungleichförmigkeit unter verschiedenen Flächen der Beschichtung erzeugen. So wäre es nicht praktisch, Beschichtungen auf nicht leitenden großflächigen Substraten unter Verwendung von Hochfrequenz-Spannungsversorgungen abzuscheiden.
  • Das Patent von Hartig zeigt auch, dass Gleichstrom (DC)-Kathoden verwendet werden können. Soweit nicht leitende Substrate betroffen sind, würde eine DC-Kathode ein negatives elektrisches Feld auf einem nicht leitenden Substrat erzeugen. Dieses negative elektrische Feld würde es äußerst schwierig machen, ein stabiles Plasma beizubehalten, was für eine gleichförmige Filmabscheidung notwendig ist. Deshalb würde eine DC-Spannungsversorgung für das Beschichten von nicht leitenden Substraten unter Verwendung einer Anlage aus dem Patent von Hartig nicht wünschenswert sein.
  • Es wäre wünschenswert, Verfahren und eine Anlage zum kontinuierlichen von Substraten ohne die oben besprochenen Probleme zu schaffen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • In bestimmten Ausführungsformen liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Abscheiden von Filmen auf Substrate. Die Vorrichtung umfasst eine Abscheidekammer mit einer Substrat-Beschichtungsregion (in der zum Beispiel ein von der Elektrode 28 in Abstand liegendes Substrat durch eine plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung beschichtet wird) und eine Elektroden-Reinigungsregion (in welcher zum Beispiel eine äußere Oberfläche der Elektrode 28 von Verunreinigung durch Sputtern gereinigt wird. Die Elektrode hat einen Innenraum mit einem ersten und einem zweiten Magnetensystem innerhalb der Abscheidekammer.
  • Bestimmte Aspekte der Erfindung liefern eine Elektrodeneinheit für eine Filmabscheidevorrichtung, welche eine drehbare Elektrode umfasst (optional mit einer Außenbeschichtung mit wenig Sputtermaterial, wie Kohlenstoff, die einen Innenraum und ein stationäres erstes und im Wesentlichen gegenüber liegendes zweites Magnetsystem in dem Innenraum aufweist (optional ist ein erstes Magnetsystem in einer Richtung ausgerichtet und ist ein zweites Magnetsystem in einer anderen Richtung ausgerichtet, wobei das erste Magnetsystem so ausgelegt ist, dass dieses einen engeren Plasmaeinschluss als das zweite Magnetsystem erzeugt).
  • Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung liefern eine Vorrichtung zum Abscheiden von Filmen auf Substraten, welche eine Abscheidekammer mit einer Substrat-Beschichtungsregion umfasst, in welcher eine erste Gasatmosphäre eingestellt werden kann, und einer Elektroden-Reinigungsregion, in welcher eine zweite Gasatmosphäre eingerichtet werden kann. Eine drehbare Elektrode ist in der Abscheidekammer positioniert und hat einen Innenraum, in welchem ein stationäres erstes und zweites Magnetsystem angeordnet sind. Das erste Magnetsystem ist so ausgelegt, dass dieses einen ersten Plasmaeinschluss in der ersten Gasatmosphäre erzeugt, und das zweite Magnetsystem ist so ausgelegt, dass dieses einen zweiten Plasmaeinschluss in der zweiten Gasatmosphäre erzeugt.
  • Bestimmte Aspekte der Erfindung liefern ein Verfahren zum Abscheiden von Filmen auf Substrate, welches das Bereitstellen einer Film-Abscheidevorrichtung mit einer Abscheidekammer umfasst, welche eine Substrat-Beschichtungsregion und eine Elektroden-Reinigungsregion aufweist. Eine Elektrode mit einem Innenraum und einem ersten und zweiten Magnetsystem ist in der Abscheidekammer positioniert. Eine erste Gasatmosphäre mit einem Vorläufergas ist in der Substrat-Beschichtungsregion eingestellt. Eine zweite Gasatmosphäre mit einem Sputtergas ist in der Elektroden-Reinigungsregion eingestellt. Eine Kathodenladung wird an die Elektrode geliefert, wodurch Plasma in der ersten Gasatmosphäre erzeugt wird, welches durch das erste Magnetsystem in einem ersten Plasmaeinschluss gehalten wird. Das Plasma wird auch in der zweiten Gasatmosphäre erzeugt, das durch das zweite Magnetsystem in einem zweiten Plasmaeinschluss gehalten wird. Das Vorläufergas wird in dem ersten Plasmaeinschluss chemisch in Reaktion gebracht und/oder zersetzt. Ein Substrat wird in der Substrat-Beschichtungsregion positioniert, die das Substrat dem chemisch reagierenden und/oder zersetzenden Vorläufergas derart aussetzt, dass auf dem Substrat eine Beschichtung ausgebildet wird.
  • In bestimmten Ausführungsformen liefert die Erfindung eine Film-Abscheidevorrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine Abscheidekammer mit einer Substrat-Beschichtungsregion und einer Elektroden-Reinigungsregion, wobei eine erste Gasatmosphäre in der Substrat-Beschichtungsregion eingestellt werden kann, während eine zweite Gasatmosphäre (vorzugsweise mit einer unterschiedlichen Zusammensetzung als die erste Atmosphäre) in der Elektroden-Reinigungsregion eingestellt werden kann. Eine drehbare Elektrode ist in der Abscheidekammer positioniert und hat einen Innenraum. Ein erstes und ein zweites Magnetsystem sind in dem Innenraum angeordnet. In einigen Fällen hat ein Substrat in der Substrat-Beschichtungsregion eine erste Hauptfläche, die von der drehbaren Elektrode abgewandt ist, und ein Betrieb der Film-Abscheidevorrichtung beschichtet die erste Hauptfläche des Substrats. In einigen solchen Fällen ist das Substrat eine Glasfläche. Vorzugsweise hat die drehbare Elektrode eine Außenfläche, die von unerwünschter Verunreinigung in der Elektroden-Reinigungsregion sauber gesputtert ist (z.B. im Wesentlichen sauber gesputtert ist von jeglicher Beschichtung auf der Außenfläche der Elektrode). In bestimmten Ausführungsformen enthält die Elektroden-Reinigungsregion, in welcher die Elektrode sauber gesputtert ist, überhaupt kein Substrat oder eine Substrathalterung. In diesen Ausführungsformen enthält die Region 16 der Kammer, in welcher das Sputtern auftritt, kein Substrat, das beschichtet werden soll. Stattdessen befindet sich das zu beschichtende Substrat in diesen Ausführungsformen in einer Region 14 der Kammer, in welcher vorzugsweise kein Sputtern auftritt. In einigen Fällen ist das erste Magnetsystem der Substrat-Beschichtungsregion zugewandt und ist das zweite Magnetsystem der Elektroden-Reinigungsregion zugewandt. In einigen Ausführungsformen enthält die Substrat-Reinigungsregion die erste Gasatmosphäre und die Elektroden-Reinigungsregion enthält die zweite Gasatmosphäre. In bestimmten Ausführungsformen dieser Art die Elektrode sowohl der ersten als auch der zweiten Gasatmosphäre ausgesetzt. In einigen Aspekten der Erfindung ist das erste Magnetsystem so ausgelegt, dass dieses einen ersten Plasmaeinschluss in der ersten Gasatmosphäre erzeugt, und ist das zweite Magnetsystem so ausgelegt, dass dieses eine zweite Plasameingrenzung in der zweiten Gasatmosphäre erzeugt. Vorzugsweise umfasst die erste Gasatmosphäre ein Vorläufergas und umfasst die zweite Gasatmosphäre ein Sputtergas. Das Sputtergas ist üblicherweise ein Inertgas. Das Vorläufergas ist vorzugsweise in dem ersten Plasmaeinschluss chemisch in Reaktion gebracht und/oder zersetzt, derart, dass eine Beschichtung auf einem Substrat ausgebildet wird, das dem chemisch reagierenden und/oder zersetzenden Vorläufergas in dem ersten Plasmaeinschluss ausgesetzt ist.
  • Zum Beispiel kann das Substrat eine erste Hauptfläche haben, die von der drehbaren Elektrode abgewandt ist, derart, dass die erste Hauptfläche die Beschichtung aufnimmt. Optional hat das Substrat eine zweite Hauptfläche, die der drehbaren Elektrode zugewandt ist und diese zweite Hauptfläche bleibt im Wesentlichen unbeschichtet, während das Substrat in dem ersten Plasmaeinschluss bearbeitet wird. In bestimmten Ausführungsformen wird das Sputtergas zu Plasma in dem zweiten Plasmaeinschluss umgewandelt und bombardiert eine Außenfläche der Elektrode, wodurch eine unerwünschte Verunreinigung an der Außenflächen der Elektrode abgereinigt wird. In einigen Aspekten der Erfindung ist die drehbare Elektrode zylindrisch und um ihre Längsachse drehbar. In bestimmten Ausführungsformen sind das erste und das zweite Magnetsystem stationär. Ferner sind in bestimmten Ausführungsformen das erste und das zweite Magnetsystem in einer im Wesentlichen gegenüber liegenden Konfiguration angeordnet. Das erste und das zweite Magnetssystem können optional jeweils eine längliche Magnetanordnung aufweisen. Vorzugsweise ist die Substrathalterung in der Substrat-Beschichtungsregion der Abscheidekammer positioniert. In einigen Ausführungsformen ist die Substrathalterung so ausgelegt, dass sie eine Reihe von in Abstand zueinander liegende flächenartige Substrate befördert. In einigen Fällen befindet sich die Substrat-Beschichtungsregion der Kammer an einer höheren Stelle als die Elektroden-Reinigungsregion der Kammer, und die Substrathalterung ist so ausgelegt, dass sie ein Substrat über der drehbaren Elektrode zurückhält. In einigen solchen Fällen umfasst die Substrathalterung eine Reihe von in Abstand zueinander liegende Transportrollen, die so ausgelegt sind, dass sie die Substrate über die drehbare Elektrode befördern. Vorzugsweise bildet die Substrathalterung eine Bahn für eine Substratbewegung, von der ein gewünschte Teil der Elektrode benachbart ist. Ferner ist das erste Magnetsystem möglichst so ausgelegt, dass dieses einen ersten Plasmaeinschluss um den gewünschten Abschnitt der Bewegungsbahn des Substrats herum erzeugt. In einigen Fällen ist das erste Magnetsystem so ausgelegt, dass dieses einen ersten Plasmaeinschluss erzeugt, die eine Magnetfalle bildet, die über einer Oberfläche eines Substrats auf dem gewünschten Abschnitt der Bewegungsbahn des Substrats schließt. Zum Beispiel kann die erste Gasatmosphäre optional ein Vorläufergas umfassen, das in dem ersten Plasmaeinschluss chemisch in Reaktion gebracht wird und/oder zersetzt wird, derart, dass ein Substrat auf dem gewünschten Abschnitt der Bewegungsbahn des Substrats dem chemisch reagierenden und/oder zersetzenden Vorläufergas ausgesetzt ist und dadurch beschichtet wird. Zum Beispiel kann das Substrat optional eine erste Hauptfläche haben, die von der drehbaren Elektrode abgewandt ist, derart, dass die erste Hauptfläche des Substrats beschichtet wird. Ferner hat das Substrat in einigen Fällen eine zweite Hauptfläche, die der drehbaren Elektrode zugewandt ist, und die zweite Hauptfläche bleibt während der Aussetzung des Substrats in der ersten Plasmaeinschluss im Wesentlichen unbeschichtet. Die drehbare Elektrode kann optional eine äußere Schicht mit wenig Sputtermaterial haben (z.B. Kohlenstoff oder Material auf Kohlenstoffbasis. Zum Beispiel kann die Elektrode ein Stützrohr umfassen, auf welchem die äußere Schicht mit wenig Sputtermaterial aufliegt. In einigen Fällen umfasst die Vorrichtung ferner ein Gas-Abgabesystem, dass so ausgelegt ist, dass dieses ein Vorläufergas an die Substrat-Beschichtungsregion und ein Sputtergas an die Elektroden-Reinigungsregion ausgibt. In einigen Ausführungsformen ist eine erste Vakuumpumpe betriebsfähig mit der Substrat-Beschichtungsregion verbunden und ist eine zweite Vakuumpumpe betriebsfähig mit der Elektroden-Reinigungsregion verbunden. Die Abscheidekammer ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie die Gaszuführung und Evakuierung der Substrat-Beschichtungsregion und der Elektroden-Reinigungsregion trennt. In einigen Ausführungsformen umfasst die Abscheidekammer einen Teiler zwischen der Substrat-Beschichtungsregion und der Elektroden-Reinigungsregion. Falls vorgesehen, kann der Teiler optional zwei in Abstand zueinander liegende Wände umfassen, die eine Zwischenatmosphäre begrenzen. Ferner kann die Vorrichtung optional eine Vakuumpumpe in Kommunikation mit der Zwischenatmosphäre umfassen.
  • In bestimmten Ausführungsformen liefert die Erfindung ein Verfahren zum Abscheiden von Filmen auf Substrate. Das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen einer Filmabscheidevorrichtung mit einer Abscheidekammer, die eine Substrat-Beschichtungsregion und eine Elektroden-Reinigungsregion aufweist, einer drehbaren Elektrode, die in der Abscheidekammer positioniert ist und einen Innenraum aufweist, und einem ersten und zweiten Magnetsystem, das in dem Innenraum angeordnet ist; b) Erzeugen einer ersten Gasatmosphäre mit einem Vorläufergas in der Substrat-Beschichtungsregion; c) Erzeugen einer zweiten Gasatmosphäre mit einem Sputtergas in der Elektroden-Reinigungsregion; d) Zuführen einer Ladung an die Elektrode, wodurch in der ersten Gasatmosphäre Plasma erzeugt wird, das durch das erste Magnetsystem in einem ersten Plasmaeinschluss gehalten wird, und in der Gasatmosphäre Plasma erzeugt wird, das durch das zweite Magnetsystem in einem zweiten Plasmaeinschluss gehalten wird, wobei das Vorläufergas in dem ersten Plasmaeinschluss chemisch in Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird; und e) Positionieren eines Substrats in der Substrat-Beschichtungsregion und Aussetzen des Substrats dem chemisch reagierenden und sich zersetzenden Vorläufergas in dem ersten Plasmaeinschluss, derart, dass auf dem Substrat eine Beschichtung gebildet wird. In einigen Fällen ist auch das Substrat in der Substrat-Beschichtungsregion positioniert und hat eine erste Hauptfläche, die der drehbaren Elektrode abgewandt ist und wird die Beschichtung auf der ersten Hauptfläche des Substrats gebildet. Optional hat das Substrat eine zweite Hauptfläche, die der drehbaren Elektrode zugewandt ist und die während der Aussetzung des Substrats in dem ersten Plasmaeinschluss im Wesentlichen unbeschichtet bleibt. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Befördern einer Reihe von im Abstand zueinander liegenden Substraten durch die Substrat-Beschichtungsregion und ein Aussetzen der Substrate des chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas, derart, dass Beschichtungen auf den Substraten gebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Elektrode der zweiten Gasatmosphäre derart ausgesetzt, dass Plasma in dem zweiten Plasmaeinschluss eine Außenfläche der Elektrode bombardiert, wodurch eine unerwünschte Verunreinigung von der Außenfläche der Elektrode abgereinigt wird. Optional wird die Elektrode während der Filmabscheidung kontinuierlich gedreht und wird eine unerwünschte Verunreinigung kontinuierlich von der Außenfläche der Elektrode abgereinigt. In bestimmten Ausführungsformen ist die Elektrode zylindrisch und wird um ihre Längsachse gedreht. In einigen Fällen ist das Substrat in der Substrat-Beschichtungsregion angeordnet und dem chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas ausgesetzt, indem das Substrat entlang einer Substratunterlage befördert wird, die eine Bewegungsbahn des Substrats bildet, von der ein Teil an die Elektrode angrenzt und sich im ersten Plasmaeinschluss befindet. In einigen solchen Fällen ist das Substrat eine Glasfläche, umfasst die Substratunterlage eine Reihe von in Abstand zueinander liegenden Transportrollen und wird die Glasfläche über die Rollen befördert.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Abscheiden von Filmen auf Substrate in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Elektrodenanordnung für eine Film-Abscheidevorrichtung in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung;
  • 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Elektrodeneinheit für eine Film-Abscheidevorrichtung in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung;
  • 4A ist eine perspektivische Darstellung eines zylinderförmigen Sputtertargets;
  • 4B ist eine Schnittdarstellung des zylinderförmigen Sputtertargets aus 4A;
  • 5A ist eine perspektivische Darstellung einer Elektrodenanordnung in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung;
  • 5B ist eine Schnittdarstellung der Elektrodenanordnung aus 5A;
  • 6 ist eine Schnittdarstellung einer Elektrodenanordnung in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung;
  • 7A ist eine Schnittdarstellung einer Elektrodenanordnung in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung;
  • 7B ist eine Schnittdarstellung einer Elektrodenanordnung in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung;
  • 7C ist eine Schnittdarstellung einer Elektrodenanordnung in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindung; und
  • 8 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Abscheiden von Filmen auf Substrate in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der Erfindungen.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die folgende detaillierte Beschreibung muss mit Bezug auf die Zeichnungen gelesen werden, in welchen ähnliche Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen gegeben wurden. Die Zeichnungen, welche nicht notwendigerweise maßstabgetreu sind, zeigen ausgewählte Ausführungsformen und sollen nicht den Schutzbereich der Erfindung begrenzen. Fachleute werden erkennen, dass die gegebenen Beispiele viele nützliche Alternativen haben, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen.
  • 1 ist eine seitliche Schnittdarstellung einer Vorrichtung zum Abscheiden von Filmen auf Substraten in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung umfasst ganz allgemein eine Abscheidekammer 12 und eine Elektrode 28. Die Abscheidekammer 12 hat vorzugsweise eine Substrat-Beschichtungsregion 14 und eine Elektroden-Reinigungsregion 16. Während der Benutzung erfolgt eine Filmabscheidung (z.B. auf einem Substrat angrenzend an die Elektrode 28) in der Substrat-Beschichtungsregion 14, während eine unerwünschte Verunreinigung von der Elektrode 28 in der Elektroden-Reinigungsregion 16 abgereinigt werden kann. Die Elektrode 28 ist in der Abscheidekammer 12 angeordnet, zum Beispiel der Substrat-Beschichtungsregion 14 und der Elektroden-Reinigungsregion 16. In einigen Fällen befindet sich die Substrat- Beschichtungsregion 14 an einer höheren Stelle als die Elektroden-Reinigungsregion 16 (das heißt, sie ist darüber angeordnet). Vorzugsweise hat die Elektrode 28 einen Innenraum 27, in welchem ein erstes 34 und ein zweites 32 Magnetsystem angeordnet ist. Das erste 34 und zweite 32 Magnetsystem sind jeweils so ausgelegt, dass sie einen ersten 60 und einen zweiten 66 Plasmaeinschluss in der Abscheidekammer 12 erzeugen.
  • Auf diese Weise hat die Abscheidekammer 12 vorzugsweise sowohl eine Substrat-Beschichtungsregion 14, in welcher eine Filmabscheidung durchgeführt werden (in welcher zum Beispiel ein Film durch eine plasmaunterstützte Dampfabscheidung auf ein durch diese Region 14 befördertes Substrat abgeschieden wird) und eine Elektroden-Reinigungsregion 16, in welcher eine unerwünschte Verunreinigung von der Elektrode 28 abgereinigt werden kann (in welcher zum Beispiel eine unerwünschte Verunreinigung an der Außenfläche der Elektrode 28 abgesputtert wird). Während der Benutzung enthält die Substrat-Beschichtungsregion 14 vorzugsweise eine erste Gasatmosphäre und enthält die Elektroden-Reinigungsregion 16 vorzugsweise eine zweite Gasatmosphäre. Die Gasatmosphären haben vorzugsweise unterschiedliche Zusammensetzungen. Zum Beispiel enthält in bestimmten Ausführungsformen die Elektroden-Reinigungsregion 16 eine inerte (oder im Wesentlichen inerte) Atmosphäre, während die Substrat-Beschichtungsregion 14 eine reaktive Atmosphäre enthält. Mit Bezug auf die Substrat-Beschichtungsregion 14 enthält diese Region 14 vorzugsweise eine Gasatmosphäre mit einem Vorläufergas, wie dies unten beschrieben wird. Mit Bezug auf die Elektroden-Reinigungsregion 16 enthält diese Region 16 vorzugsweise eine Gasatmosphäre mit einem Sputtergas. Insbesondere umfasst diese Atmosphäre (das heißt, die zweite Gasatmosphäre) vorzugsweise in inertes Sputtergas, wie beispielsweise Argon oder ein anderes Edelgas. Der Ausdruck "Sputtergas" wird hier verwendet, um ein beliebiges Gas (inert oder reaktiv) zu bezeichnen, das ein geeignetes Medium zum Erzeugen und stabilen Aufrechterhalten eines Plasmas (z.B. einer Glimmentladung) bereit stellt. Argon ist ein bevorzugtes Sputtergas wegen seiner hohen Atommasse und seiner hohen Sputte rausbeute. Die Fachleute werden jedoch erkennen, dass eine Vielzahl von anderen Sputtergasen verwendet werden kann.
  • So kann es wünschenswert sein, das bestimmte Ausführungsformen eine Abscheidekammer bereit stellen, in welcher eine erste und eine zweite Gasatmosphäre erzeugt werden können. Vorzugsweise sind die Gasatmosphären im Wesentlichen isoliert voneinander (z.B. durch differentielles Pumpen). In einigen Ausführungsformen ist die Elektrode 28 während der Benutzung sowohl der ersten als auch der zweiten Gasatmosphäre ausgesetzt. Das erste 34 und das zweite 32 Magnetsystem in dem Inneren 27 der Elektrode 28 sind vorzugsweise jeweils so ausgelegt, dass sie einen ersten Plasmaeinschluss 60 in der ersten Gasatmosphäre und einen zweiten Plasmaeinschluss 66 in der zweiten Gasatmosphäre erzeugen. So ist das erste Magnetsystem 34 vorzugsweise der Substrat-Beschichtungsregion 14 zugewandt und ist das zweite Magnetsystem 32 vorzugsweise der Elektroden-Reinigungsregion 16 zugewandt. Dies führt dazu, dass der erste Plasmaeinschluss 60 in der Substrat-Beschichtungsregion 14 liegt (z.B. angrenzend an einen gewünschten Abschnitt einer Bewegungsbahn des Substrats und diesen einschließend, der vorzugsweise in einem geringen Abstand zur Elektrode 28 liegt) und der zweite Plasmaeinschluss 66 in der Elektroden-Reinigungsregion 16 liegt (z.B. angrenzend an die Elektrode 28).
  • Mit Bezug auf die Substrat-Beschichtungsregion 14 der Kammer 12 verursacht die Wirkung des Plasmas in dem ersten Einschluss 60, dass das Vorläufergas in der ersten Gasatmosphäre sich einer chemischen Reaktion und/oder Zersetzung unterzieht, welche die Filmabscheidung erleichtert. Wenn ein Substrat 36 (z.B. eine Glasfläche) dem chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas in dem ersten Plasmaeinschluss 60 ausgesetzt ist, wird auf dem Substrat 36 eine Beschichtung gebildet. Die Beschichtung kondensiert aus der Gasphase und beschichtet eine gewünschte Oberfläche 62 des Substrats 36 (das heißt, die Oberfläche 62, über welcher der erste Plasmaeinschluss 60 geschlossen ist), wobei die Oberfläche 62 dem ersten Plasmaeinschluss 60 und somit dem chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas in dem Plasmaeinschluss 60 ausgesetzt ist. Vorzugswei se hat das Substrat eine Hauptfläche 62, die von der Elektrode 28 weg gerichtet (das heißt, abgewandt) ist und die während ihrer Aussetzung gegenüber dem chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas in dem ersten Plasmaeinschluss 60 beschichtet wird. So sorgt die Erfindung für eine kontinuierliche Filmabscheidung aus der Gasphase. Die Filmabscheidung kann auf einer ununterbrochenen Grundlage durchgeführt werden, das Produktionsstopps zum Reinigen und zum Austauschen von Targets vermieden werden. Aufgrund dessen liefert die Erfindung eine überragende Produktivitätssteigerung.
  • Wie oben angemerkt, umfasst die erste Gasatmosphäre möglichst ein Vorläufergas (z.B. verdünntes Silan). Vorzugsweise umfasst das Vorläufergas ein Material, welches (durch eine chemische Reaktion und/oder eine Zersetzung) während der Filmabscheidung auf dem Substrat kondensiert. Eine weite Vielzahl von Vorläufergasen kann verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von anorganischen Filmen auf dem Substrat aus gasförmigen oder flüchtigen Verbindungen gebildet werden, wie beispielsweise Silizium, Germanium, Arsen, Bor, Aluminium, Titan, Phosphor, Gallium, etc. Ferner kann eine Vielzahl von Polymerfilmen auf dem Substrat aus polymerisierbaren Monomeren gebildet werden, wie beispielweise Methylmethacrylat (um Polymethylmethacrylat zu bilden). Metall enthaltende Filme können auf dem Substrat aus Organometallen gebildet werden. Silizium enthaltende Filme können auf dem Substrat aus Silanen, Tetraethylorthosilicat (TEOS), Tetramethylorthosilicat (TMOS), Octamethylcyclotetrasiloxan (OMCTS) oder Tetramethylcyclotetrasiloxan (TMCTS) gebildet werden. Kohlenstoff enthaltende Filme können auf dem Substrat aus Kohlenwasserstoffverbindungen, wie C2H2 oder C4H10 gebildet werden. Fachleute werden erkennen, dass eine Vielzahl von Vorläufergasen in der Beschichtungsregion 14 bereit gestellt werden können, um auf dem Substrat 36 verschiedene Typen von Filmen zu bilden.
  • In einem speziellen Verfahren, in welchem Silica abgeschieden wird, wird die Beschichtungsregion 14 mit Silan (SiH4) und Sauerstoff (O2), optional zusammen mit Stickstoff (N2) und/oder einem Inertgas, wie Argon (Ar) oder Helium (He), bereit gestellt. In einem anderen speziellen Verfahren, in welchem Silica abgeschieden wird, wird in der Beschichtungsregion 14 Tetraethylorthosilicat (TEOS) und Sauerstoff, optional zusammen mit einem Inertgas bereit gestellt. In einem speziellen Verfahren, in welchem Siliziumnitrit (Si3N4) abgeschieden wird, wird in der Beschichtungsregion 14 ein auf Silan basierendes Gas bereit gestellt, wie beispielweise Silan oder Dichlorosilan (SiH2I2), zusammen mit einem Stickstoff enthaltenden Gas, wie Stickstoff (N2) oder Ammoniak (NH3), optional zusammen mit einem Inertgas. In einem speziellen Verfahren, in welchem Silizium abgeschieden wird, wird in der Beschichtungsregion 14 Silan und ein Inertgas bereit gestellt. In einem speziellen Verfahren, in welchem Titannitrit abgeschieden wird, wird in der Beschichtungsregion 14 ein Titantetrachloridgas und ein Stickstoff enthaltenden Gas, wie Stickstoff oder Ammoniak, optional zusammen mit einem Inertgas, bereit gestellt. In einem speziellen Verfahren, in welchem Aluminiumnitrid abgeschieden wird, wird in der Beschichtungsregion 14 Methylaluminium (Al(CH3)3)-Gas zusammen mit einem Inertgas bereit gestellt. In einem speziellen Verfahren, in welchem Polymethylmethacrylat abgeschieden wird, wird in der Beschichtungsregion 14 ein Methylmethacrylat (C5H8O2) zusammen mit einem Stickstoff enthaltenden Gas, wie Stickstoff oder Ammoniak, optional zusammen mit einem Inertgas, bereit gestellt.
  • Ein speziell vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Kondensation des Vorläufergases nur in der unmittelbaren Nähe des ersten Plasmaeinschlusses 60 (das heißt, in der Substrat-Beschichtungsregion 14 angrenzend an das erste Magnetsystem 34/angrenzend an den gewünschten Abschnitt der Bewegungsbahn des Substrats) auf. Die räumliche Erstreckung des Plasmas in der Substrat-Beschichtungsregion 14 ist vorzugsweise beschränkt auf den Bereich des ersten Plasmaeinschlusses 60. Deshalb bestehen die für die Filmabscheidung erforderlichen Bedingungen (z.B. die Wirkung des Plasmas auf das Vorläufergas) vorzugsweise nur im Bereich des ersten Plasmaeinschlusses 60. Demgemäß ist die Filmabscheidung vorzugsweise auf diesen unmittelbaren Bereich beschränkt. Aufgrund dessen bildet sich die Beschichtung vorzugsweise nicht auf den inneren Flächen der Abscheidekammer 12, entfernt von der Elektrode 28. So kann davon ausgegangen werden, dass die Erfindung Probleme, verbunden mit dem Wachstum einer Verunreinigungsschicht (Abbrechen, Abflocken oder Abschälen der Verunreinigungsschicht, verschwindende/vergiftete Anode, etc.) vermieden werden. Darüber hinaus kann ein hoher Grad an Nutzung des Vorläufergases/Beschichtungsmaterials erreicht werden, da eine Beschichtung vorzugsweise nur in dem Bereich des ersten Plasmaeinschlusses 60 auftritt. Da das Vorläufergas und das resultierende Beschichtungsmaterial sehr teuer sein kann, ist dies hoch erwünscht. Ferner wird mit der Erfindung erreicht, dass Filme eine besonders hohe Qualität haben. Da die Beschichtung nur in dem Bereich des ersten Plasmaeinschlusses 60 auftritt, gibt es nur eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass der Film in spitzen Winkeln abgeschieden wird (was vorzugsweise vermieden wird). So wächst der Film in einer sehr homogenen Weise.
  • Während des Betriebs kann eine bestimmte Menge des Films auf der Elektrode 28 kondensieren. Zum Beispiel kann die Vorrichtung dazu verwendet werden, eine Mehrzahl (z.B. eine Reihe) von in Abstand zueinander liegenden Substraten (z.B. Glasflächen) zu beschichten, wobei Lücken 41 zwischen benachbarten Substraten während des Beschichtungsvorganges beibehalten werden (z.B. während einer Beförderung der in Abstand zueinander liegenden Substrate durch die Kammer). Wenn diese Lücken 41 mit der Elektrode 28 ausgerichtet sind (was wiederholt erfolgt, wenn in Abstand zueinander liegende Substrate 36 an der Elektrode 28 vorbei befördert werden), geben die Lücken 41 die Elektrode 28 für das chemisch reagierende und/oder sich zersetzende Vorläufergas in dem ersten Plasmaeinschluss 60 frei. So kann davon ausgegangen werden, dass sich ein bestimmter Betrag an Verunreinigung auf der Elektrode 28 während des Beschichtungsvorganges ausbilden kann. Diese Verunreinigung kann jedoch durch die Betriebsweise der Elektroden-Reinigungsregion 16 ohne Weiteres entfernt werden (vollständig oder bis zu einem gewünschten Maß).
  • Die Elektrode 28 hat eine vorteilhafte zylindrische Ausbildung in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen. In diesen Ausführungsformen wird jegliche uner wünschte Beschichtung, die sich auf der Elektrode 28 aufgebaut hat, über die große zylindrische Außenfläche der Elektrode 28 verteilt. Auf diese Weise erfolgt eine Beschichtung, die sich auf der Elektrode 28 aufbaut, so relativ langsam im Verhältnis zu ihrem großen Außenflächenbereich. Darüber hinaus erleichtert die einzigartige Gestaltungs- und Verfahrensweise der vorliegenden Vorrichtung die Entfernung der unerwünschten Verunreinigung auf der Elektrode 28 durch die Wirkung des Plasmas in dem zweiten Plasmaeinschluss 66, wie dies nun beschrieben wird.
  • Die Wirkung des Plasmas in dem zweiten Einschluss 66 hat einen Reinigungseffekt auf die Elektrode 28. Aus 1 kann entnommen werden, dass die dargestellte Elektrode 28 der Gasatmosphäre in der Elektroden-Reinigungsregion 16 der Kammer 12 ausgesetzt ist. Wie oben angemerkt, hält das zweite Magnetsystem 32 den zweiten Plasmaeinschluss 66 in der Region 16 angrenzend an die Elektrode 28 örtlich fest. So ist die Elektrode 28 dem Plasma in dem zweiten Einschluss 66 ausgesetzt. In einigen Ausführungsfarmen werden positiv geladene Teilchen (z.B. Ionen) in diesem Plasma an die negativ geladene Elektrode 28 angezogen und bombardieren ihre äußere Oberfläche 123 (diese relativen Ladungen können umgedreht, abgewechselt werden, etc., falls diese erwünscht ist). Dies hat den Effekt, eine unerwünschte Beschichtung, die auf der Außenfläche 123 der Elektrode 28 kondensiert ist, weg zu sputtern. So kann davon ausgegangen werden, dass das Plasma in dem zweiten Einschluss 66 eine unerwünschte Verunreinigung von der Elektrode 28 abreinigt (das heißt, entfernt), wodurch ermöglicht wird, dass die Vorrichtung kontinuierlich betrieben wird, ohne einen Stopp zu haben und die Beschichtung von der Elektrode 28 manuell entfernen zu müssen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst das Auswählen und Nutzen einer Elektroden-Reinigungsrate (das heißt, die Rate, bei welcher eine Beschichtung von der Elektrode abgesputtert wird), welche eine unerwünschte Beschichtung von der Elektrode entfernt, ohne das Material der Elektrode signifikant weg zu sputtern. Dies kann erfolgen, indem die Rate, bei welcher sich eine unerwünschte Beschichtung auf der Elektrode 28 während eines gegebenen Abscheidungsvorganges aufbaut (das heißt, die Elektroden-Beschichtungsrate) bestimmt wird und Reinigungsprozessparameter ausgewählt werden, die eine im Wesentlichen gleiche Elektroden-Reinigungsrate ergeben (das heißt, die Rate, bei welcher das in Frage stehende Beschichtungsmaterial von der Elektrode abgesputtert wird). Indem die Vorrichtung kontinuierlich mit diesen Parametern betrieben wird (z.B. durch ein kontinuierliches Durchführen sowohl einer Filmabscheidung als auch einer Elektrodenreinigung) kann die Elektrode 28 im Wesentlichen frei von einem übermäßigen Beschichtungsaufbau gehalten werden, während gleichzeitig verhindert wird, dass das Material der Elektrode 28 selbst weg gesputtert wird. In einigen Fällen kann vorgezogen werden, zu erlauben, dass eine kleine Dicke der Beschichtung auf der Elektrode verbleibt, um sicher zu stellen, dass das Material der Elektrode 28 nicht weg gesputtert wird.
  • Der Elektroden-Reinigungsprozess muss nicht andauernd während des Substrat-Beschichtungsprozesses kontinuierlich durchgeführt werden. Stattdessen wird in bestimmten anderen Ausführungsformen der Elektroden-Reinigungsprozess periodisch durchgeführt, wohingegen der Substrat-Beschichtungsprozess kontinuierlich durchgeführt wird. Zum Beispiel kann jedes Mal, wenn der Reinigungsprozess durchgeführt wird, dieser nur so lange fortgesetzt werden, bis die Beschichtung von der Elektrode entfernt ist, oder bis nur eine gewünschte Dicke der Beschichtung auf der Elektrode 28 verbleibt. Deshalb kann der Reinigungsprozess gestoppt bzw. im Wesentlichen gestoppt werden (z.B. durch Evakuieren der Elektroden-Reinigungsregion 16), bis eine solche Zeit als weitere Reinigungsperiode erwünscht ist. In diesen anderen Ausführungsformen kann der Substrat-Beschichtungsprozess in vorteilhafter Weise selbst dann kontinuierlich durchgeführt werden, wenn der Elektroden-Reinigungsprozess gestoppt wird. Zum Beispiel kann der Elektroden-Reinigungsprozess für eine bestimmte Zeitspanne durchgeführt werden, wobei diese Zeitspanne für einen gegebenen Prozess bestimmt wird (z.B. vorbestimmt wurde), um einen bestimmten Grad der Beseitigung von der Elektrode herbei zu führen (z.B. die komplette Beseitigung oder die volle Beseitigung bis auf eine gewünschte Dicke) des in Frage stehenden Beschichtungsmaterials.
  • Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung liefern eine Elektrodenanordnung 26. Die Elektrodenanordnung 26 in diesen Ausführungsformen umfasst ganz allgemein eine Elektrode 28 und zwei Magnetsysteme 32, 34. Mit Bezug auf die 5 bis 8 ist zu erkennen, dass die Elektrode 28 vorzugsweise einen Innenraum 27 hat (das heißt, diesen begrenzt), in welchem das erste 34 und das zweite 32 Magensystem angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Elektrode 28 drehbar, wobei das erste 34 und das zweite 32 Magnetsystem stationär sind.
  • Die bevorzugte Elektrode 28 hat eine zylindrische oder röhrenartige Konfiguration und ist aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, wie Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Titan oder einem anderen geeigneten leitfähigen Material. Mit weiterer Bezugnahme auf die 5 bis 8 ist zu erkennen, dass die bevorzugte Elektrode 28 eine zylindrische oder röhrenförmige Wand 122 umfasst. Zum Beispiel kann die Elektrode 28 eine längliche Röhre aus elektrisch leitfähigem Material umfassen. In einigen Fällen umfasst die Elektrode eine herkömmliche Stützröhre für ein zylinderförmiges Sputtertarget. In solchen Fällen hat die Stützröhre keine Außenschicht aus sputterfähigem Targetmaterial (das heißt, wird ohne dieses bereit gestellt). Stattdessen wird die Außenfläche 123 der Elektrode 28 durch die Stützröhre 122 selbst gebildet oder durch eine Schicht 177 von wenigem Sputtermaterial (unten beschrieben), wie sie in bestimmten Ausführungsformen bereit gestellt wird. Obwohl in den Zeichnungen eine zylinderförmige Elektrode 28 gezeigt ist, können verschiedene andere Konfigurationen für die Elektrode 28 verwendet werden.
  • Wie vielleicht am besten mit Bezug auf die 5B und 6 zu erkennen ist, sind das erste 34 und das zweite 32 Magnetsystem in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen in einer im Wesentlichen entgegen gesetzten Konfiguration angeordnet. Zum Beispiel kann das erste Magnetsystem 34 nach oben gerichtet sein, während das zweite Magnetsystem 32 nach unten gerichtet ist. Dies ist jedoch keineswegs ein Erfordernis. Vorzugsweise ist das erste Magnetsystem 34 der Substrat-Beschichtungsregion 14 zugewandt und ist das zweite Magnetsystem 32 der Elekt roden-Reinigungsregion 16 zugewandt. Diese zwei Regionen 14, 16 liegen auf entgegen gesetzten Seiten der Elektrode 28 (z.B. jeweils oberhalb bzw. unterhalb der Elektrode) in der dargestellten Kammer 12. Auf diese Weise sind das erste 34 und das zweite 32 Magnetsystem in dieser Kammer 12 im Wesentlichen einander entgegen gesetzt. Die Abscheidekammer 12 kann alternativ so konfiguriert sein, dass das erste 34 und zweite 32 Magnetsystem nicht im Wesentlichen einander entgegen gesetzt sind, wenn sie der Beschichtungsregion 24 bzw. der Reinigungsregion 16 zugewandt sind.
  • Nun mit Bezug auf die 1 und 5 bis 8 kann jedes der Magnetsysteme 32, 34 eine beliebig geeignete Bauart von Magneten oder Magnetanordnungen sein. Vorzugsweise ist jedes Magnetsystem so ausgelegt, dass es eine geschlossene Magnetfalle bildet. Zum Beispiel kann jedes der Magnetsysteme 32, 34 in einem sogenannten " 2-Zu-1-Schema" aufgebaut sein. Falls demnach zwei Nordpole in jedem Magnetsystem vorhanden sind, gibt dann vorzugsweise einen Südpol, der zwischen den beiden Nordpolen liegt. Falls es ebenso zwei Südpole in jedem Magnetsystem gibt, dann gibt es vorzugsweise einen Nordpol, der zwischen den zwei Südpolen liegt. In einigen Fällen umfasst jedes Magnetsystem eine längliche Magnetanordnung. Zum Beispiel kann jedes Magnetsystem eine Anordnung von Magnetpolen umfassen, die in Reihen angeordnet sind, welche sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Elektrode 28 erstrecken. Im Einzelnen können alle Pole in einer gegebenen Reihe die gleiche Polarität haben und können die Reihen eine wechselweise Polarität haben. Zum Beispiel kann es drei Reihen mit jeweils Nord-Süd-Nord-Polaritäten bzw. Süd-Nord-Süd-Polaritäten geben. Bedarfsweise kann jedes Magnetsystem 32, 34 eine herkömmliche Magnetanordnung für ein Sputtern mit einem zylinderförmigen Magnetron umfassen, vorausgesetzt, dass eines der Magnetsysteme 34 der Beschichtungsregion 14 zugewandt ist (z.B. nach oben), während das andere 32 der Reinigungsregion 16 zugewandt ist (z.B. nach unten).
  • Mit Bezug auf 1 ist zu erkennen, dass jedes Magnetsystem magnetische Kraftlinien 61 in der Abscheidekammer 12 erzeugt. Vorzugsweise erzeugt das erste Magnetsystem 34 Kraftlinien 61, welche sich in die Substrat-Beschichtungsregion 14 erstrecken, und erzeugt das zweite Magnetsystem 32 Kraftlinien 61, die sich in die Elektroden-Reinigungsregion 16 erstrecken. Die Kraftlinien 61 von jedem Magnetsystem erstrecken sich vorzugsweise von Pol zu Pol.
  • Die Kraftlinien 61 vom ersten Magnetsystem 34 erstrecken sich vorzugsweise vom Inneren der Elektrode 28 durch die Wand 122 der Elektrode 28 hindurch und durch ein Substrat 36 (während der Filmabscheidung) hindurch und schließen sich über der Substratfläche 62, die zu beschichten ist (welche vorzugsweise von der Elektrode 28 abgewandt ist). So erzeugt das erste Magnetsystem 34 vorzugsweise eine geschlossene Magnetfalle (welche vorzugsweise eine Oberfläche 62 schließt), welche die räumliche Erstreckung des ersten Plasmaeinschlusses 60 begrenzt. Wie oben angemerkt, sind die Bedingungen, die für die Filmabscheidung erforderlich sind {z.B. die Wirkung von Plasma auf ein Vorläufergas) auf diese Weise örtlich an die Nähe der Elektrode 28 und über einen gewünschten Bereich der Substrat-Bewegungsbahn (die durch die Substrathalterungen 38 gebildet wird) festgelegt.
  • In bestimmten Ausführungsformen ist das erste Magnetsystem 34 ausreichend stark, um Magnetfeldlinien 61 zu einem vorbestimmten Abstand über die Oberfläche 62 eines gewünschten Substrats 36 (z.B. einer Glasfläche) zu emittieren, das auf den Substrathalterungen 38 angeordnet ist. In bestimmten Ausführungsformen ist das erste Magnetsystem 34 ausreichend stark, um Kraftlinien 61 wenigstens auf etwa 3/4 Inch, ganz bevorzugt auf wenigstens etwa 1 Inch und vielleicht optimal auf wenigstens etwa 2 Inch über der Oberfläche 62 des Substrats 36 zu emittieren.
  • Die Kraftlinien 61 von dem zweiten Magnetsystem 32 erstrecken sich vorzugsweise vom Inneren der Elektrode 28 durch die Wand 122 der Elektrode 28 und in die Elektroden-Reinigungsregion 16 und schließen über der äußeren Oberfläche 123 der Elektrode 28. So erzeugt das zweite Magnetsystem 32 vorzugsweise eine geschlossene Magnetfalle, welche die räumliche Erstreckung des zweiten Plasmaeinschlusses 66 begrenzt. Da die äußere Oberfläche 123 der Elektrode 28 vorzugsweise der Plasmaentladung des zweiten Plasmaeinschlusses 66 ausgesetzt ist, kann jede unerwünschte Beschichtung auf der äußeren Oberfläche 123 der Elektrode 28 durch eine Ionenbombardierung des Plasmas in dem zweiten Plasmaeinschluss 66 entfernt werden (das heißt, weg gesputtert werden). In bestimmten Ausführungsformen ist die zweite Gasatmosphäre (das heißt, die Gasatmosphäre in der Elektroden-Reinigungsregion 16) im Wesentlichen frei an Gas, das sich in zweiten Plasmaeinschluss 66 zersetzt und/oder chemisch reagiert (um so eine Beschichtung auf Oberflächen zu bilden). Zum Beispiel kann die zweite Gasatmosphäre im Wesentlichen aus Inertgas bestehen.
  • Es ist zu erkennen, dass bestimmte Ausführungsformen ein oberes Magnetsystem 34 (z.B. nach oben, einer Substratposition zugewandt) und ein unteres Magnetsystem 32 (z.B. nach unten, einer Substratposition abgewandt) vorsehen. In einigen Fällen ist das obere Magnetsystem 34 schmaler als das untere Magnetsystem 32. Das heißt, das obere Magnetsystem 34 kann so ausgelegt sein, dass es eine schmalere Magnetfalle erzeugt als das untere Magnetsystem 32. Dies würde dazu führen, dass der erste Plasmaeinschluss 66 eine schmalere Breite hat (z.B. in der Links-Rechts-Abmessung, wie in 1 zu sehen ist) als dem zweiten Plasmaeinschluss 60. Die relativen Breiten des ersten 34 und zweiten 32 Magnetsystems können so eingestellt werden, dass eine gewünschte Balance zwischen Beschichtungs- und Reinigungsraten erhalten wird. Insbesondere eine gute Filmqualität kann unter Verwendung eines schmalen Magnetsystems 34 erreicht werden.
  • Die Magnetsysteme 32, 34 können in dem Inneren 27 der Elektrode 28 in vielfacher Weise montiert sein. Jedes Magnetsystem (und die Polflächen desselben) liegen vorzugsweise so nah wie möglich an der inneren Oberfläche 121 der Elektrode 28. Die 5B und 6 zeigen eine geeignete Art und Weise der Montage der Magnetsysteme 32, 34. Die dargestellten Magnetsysteme 32, 34 werden durch ein stationäres, längliches Stützelement 33 getragen, das sich axial durch den Innenraum 27 der Elektrode hindurch erstreckt. In den 5B und 6 ist jedes Magnetsystem auf dem Stützelement 33 durch Klammern 31 montiert. Verschiedene andere Mittel können zur Montage der Magnetsysteme 32, 34 auf einem Stützelement 33 dieser Art verwendet werden.
  • Die Magnetsysteme 32, 34 können in dem Inneren 27 der Elektrode 28 unter Verwendung von ein oder mehreren der in den 7A, 7B und 7C gezeigten Montagesysteme montiert sein. Da sich die Magnetsysteme 32, 34 entlang im Wesentlichen der gesamten Länge der Elektrode 28 erstrecken, kann jedes Magnetsystem an dem Stützelement 33 an regelmäßigen Stellen entlang seiner Länge angebracht sein. Mit Bezug auf 7A ist ein Magnetsystem 32 an dem Stützelement 33 durch eine Klammer mit einer steifen Platte 39 und einer Schelle 37 angebracht. In 7A ist das dargestellte zweite Magnetsystem 32 nach unten gerichtet und hat eine Süd-Nord-Süd-Polaritätsanordnung. Mit Bezug auf 7B ist die gleiche allgemeine Art eines Montagesystems für das erste Magnetsystem 34 dargestellt. In 7B ist das dargestellte erste Magnetsystem 34 mit seiner Polarität in einer Süd-Nord-Süd-Anordnung nach oben orientiert. In den Ausführungsformen der 7A und 7B kann eine Nord-Süd-Nord-Polaritätsanordnung alternativ verwendet werden.
  • Es kann vorgezogen werden (insbesondere für längere Elektroden 28), ein oder mehrere Rollenstützen für das zweite Magnetsystem 32 zu schaffen. 7C zeigt eine Rollenstütze mit zwei Klammern 95, die sich jeweils von entgegen gesetzten Querseiten des Magnetsystems 32 aus erstrecken. Eine Rolle 97 ist an dem Ende jeder Klammer 95 montiert (z.B. gelagert). Die Rollen 97 sind so ausgebildet, dass sie auf der Innenfläche 121 der Elektrode während der Drehung der Elektrode 28 laufen.
  • So gibt es vorzugsweise zwei Magnetanordnungen im Inneren der Elektrode. Dies ist jedoch nicht strikt erforderlich. Zum Beispiel kann eine einzelne Magnetanordnung in anderen Ausführungsformen vorgesehen sein. Zum Beispiel ist es günstig, eine Ausführungsform mit einem ersten und einem zweiten Magnetsystem in Form einer einzelnen Magnetanordnung vorzusehen, die so ausgebildet ist, dass sie einen ersten Plasmaeinschluss 66 in der Substrat-Beschichtungsregion 14 und einen zweiten Plasmaeinschluss 60 in der Elektroden-Reinigungsregion 16 bildet. Für Fachleute mag es wünschenswert sein, verschiedene Designs dieser Art zu nutzen.
  • In bestimmten Ausführungsformen wird ein Kühlmittel (z.B. Wasser) in der Elektrode in Zirkulation gehalten. Die Temperatur der Elektrode 28 neigt dazu, während des Betriebs anzusteigen. So ist es wünschenswert, die Elektrode 28 abzukühlen (z.B. mit Wasser oder einem anderen Kühlfluid), um eine gewünschte Elektrodentemperatur beizubehalten. Eine Rohrleitung (z.B. sich von einer Kühlflüssigkeitsquelle erstreckend) kann im Inneren 27 der Elektrode 28 vorgesehen sein. Es kann wünschenswert sein, eine solche Rohrleitung aus elektrisch nicht leitendem Material zu bilden. In den Ausführungsformen der 5 bis 7 kann das Stützelement 33 selbst ein Kühlfluid transportieren (z.B. kann Wasser durch den Innenraum 35 des Stützelements 33 zirkuliert werden). Kühlleitungen können an den Magnetsystemen 32, 34 montiert werden, falls dies erwünscht ist. Zum Beispiel kann das Montagesystem in 6 Kühlleitungen (nicht gezeigt) zwischen den Klammer 31 und den Magnetsystemen umfassen, zum Beispiel an Regionen 37.
  • Wie oben angemerkt, kann die Elektrode 28 optional mit einer Außenschicht 177 mit wenig Sputtermaterial versehen sein. Zum Beispiel kann die Elektrode 18 eine Stützröhre 122 umfassen, auf welcher die Außenschicht 177 mit geringem Sputtermaterial abgestützt wird. In einigen Fällen ist die Elektrode einfach mit einer dünnen Außenschicht aus geringem Sputtermaterial versehen. Es wird Bezug genommen auf 6, in welcher die Elektrode 28 eine Außenschicht 177 mit geringem Sputtermaterial aufweist. In Ausführungsformen dieser Art ist die Außenfläche 123 der Elektrode 28 durch das Material 177 mit geringer Sputterrate definiert. Die optionale Außenschicht 177 aus Material mit geringer Sputterrate kann vorgesehen sein, um sicher zu stellen, dass die Elektrode 28 selbst nicht während des Elektroden-Reinigungsvorgangs übermäßig weg gesputtert wird. Jedes Material mit geringer Sputterrate kann verwendet werden. Kohlenstoff ist ein bevorzugtes Material mit geringer Sputterrate. So umfasst die Außenschicht 177 Kohlenstoff in bestimm ten bevorzugten Ausführungsformen. Für Fachleute mag es erwünscht sein, andere Materialien mit geringer Sputterrate zu nutzen. In anderen Ausführungsformen wird die Elektrode 28 selbst (z.B. die Stützröhre 122) aus einem Material mit geringer Sputterrate gebildet.
  • Vorzugsweise ist die Elektrode 28 in der Kammer 12 positioniert und wird durch eine erste Stützanordnung 90 und eine optionale zweite Stützanordnung 90 an Ort und Stelle gehalten. Alternativ kann die Elektrode 28 durch eine einzige frei tragende Halterung (nicht gezeigt) an einem Ende der Elektrode 28 an Ort und Stelle gehalten werden. Fachleute werden erkennen, dass verschiedene Mittel zur Montage der Elektrode 28 in der Abscheidekammer 12 verwendet werden können.
  • So ist die Elektrode 28 in (oder teilweise in) der Kammer 12 angeordnet. Vorzugsweise ist die Elektrode 28 drehbar in der Kammer 12 angeordnet. Zum Beispiel kann die Elektrode 28 zur Drehung um ihre Längsachse 72 angeordnet sein. Dies kann herbei geführt werden, indem die Elektrode 28 in der gleichen allgemein bekannten Weise drehbar montiert wird (z.B. unter Verwendung bekannter Endblöcke), in der zylinderförmige Sputtertargets drehbar in Sputterkammern montiert sind. Fachleute sind mit solchen Montagesystemen vertraut.
  • Es kann somit erkannt werden, dass die Elektrodenanordnung 26 vorzugsweise Mittel zum Drehen der Elektrode 28 umfasst. Zum Beispiel kann die Elektrodenanordnung 26 eine Motoreinheit 30 umfassen, die mit der Elektrode 28 verbunden ist, wie beispielsweise durch Klammer- oder Gehäusestrukturen 90, die als Stützanordnungen fungieren. Dies ist vielleicht am besten mit Bezug auf 2 zu erkennen. Die Stützanordnungen 90 (welche herkömmliche Endblöcke für zylinderförmige Sputtertargets sein können) können eine Motoreinheit (vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine kontinuierliche Drehung der Elektrode 28 beibehält) umfassen, an welche die Elektrode 28 betriebsfähig angeschlossen werden kann. Wie vielleicht am besten mit Bezug auf 3 zu erkennen ist, umfasst die Motoreinheit vorzugsweise eine Motorquelle 76, eine Leistungsversorgung 78 und ein Steuersystem 80. Die Motoreinheit 30 kann so konfiguriert und/oder programmiert sein, dass sie eine effiziente Nutzung der Elektrode 28 optimiert. Zum Beispiel kann die Motoreinheit 30 so programmiert und/oder konfiguriert sein, dass sie eine vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit erzeugt, welche eine gewünschte Balance zwischen den Beschichtungs- und Reinigungsraten herstellt. Ferner kann die Motoreinheit 30 so ausgebildet sein (z.B. konfiguriert und/oder programmiert), dass sie Änderungen in der Drehgeschwindigkeit der Elektrode 28 erzeugt, wie dies erwünscht sein kann, um den Reinigungsprozess und die Lebensdauer der Elektrode 28 zu optimieren. Eine oder mehrere Leistungsquellen können verwendet werden, um eine Leistung an die Motorquelle 76, die Leiter/Anoden 56 und die Elektrode 28 zu liefern.
  • Mit Bezug auf die Ausführungsform in 2 ist zu erkennen, dass wenigstens eine der Stützanordnung 90 vorzugsweise einen Motor 74 zu drehen der Elektrode 28 umfasst (oder betriebsfähig mit diesem verbunden ist). Der Motor 74 kann ein Elektromotor sein, ein programmierbarer Schrittmotor, etc. In 2 ist die Elektrode 28 auf den Stützanordnungen 90 derart montiert, dass der Motor 74 so ausgebildet ist, dass dieser die Elektrode 28 um ihre Längsachse 72 dreht. Die Stützanordnungen 90 (oder "Endblöcke") mit einem solchen Motor 74 sind im gegenwärtigen Stand der Technik allgemein bekannt (z.B. sind herkömmliche Endblöcke für ein zylinderförmiges Sputtertarget geeignet für die drehbare Montage der vorliegenden Elektrode 28).
  • In der speziellen Ausführungsform aus 3 umfasst die Motoreinheit 30 eine Motorquelle 76 (welche in Verbindung mit einer Leistungsquelle 78 und einem Steuersystem 80 betriebsfähig ist), die eine oder mehrere Riemenscheiben 82 und einen oder mehrere Zahnriemen 84 umfasst. Die Riemenscheiben 82 und Bänder 84 sind betriebsfähig mit der Elektrodenanordnung 76 verbunden, so dass, wenn die Motorquelle 76 aktiviert wird, dies die Elektrode 28 in eine Drehbewegung versetzt (das heißt, sie dreht die Elektrode 28 um ihre Längsachse 72).
  • In einer weiteren speziellen Ausführungsform (nicht gezeigt) umfasst die Elektrodenanordnung 76 eine Welle, die sich von der Elektrode 28 in Längsrichtung erstreckt, gestützt auf Drehlagern und verbunden über einen Gleitkontakt mit einer Spannungsquelle. Die Welle ist mit einem Antriebsmotor verbunden, dessen Geschwindigkeit durch eine Antriebssteuerung gesteuert werden kann. Viele weitere Systeme können für eine drehbare Montage der Elektrode 28 verwendet werden.
  • Eine einzelne Elektrodenanordnung 76 ist in der Abscheidekammer 12 dargestellt. Es können jedoch zwei oder mehr Elektrodenanordnungen 26 in einer einzelnen Kammer 12 vorgesehen sein, falls dies erwünscht ist. Ausführungsformen dieser Art werden als speziell vorteilhaft angesehen. So liefern bestimmte Ausführungsformen der Erfindung eine Abscheidekammer, in welcher wenigstens zwei Elektrodenanordnungen 26 der oben beschriebenen Art vorgesehen sind.
  • In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist die Abscheidekammer 12 mit einem Teiler zwischen der Substrat-Beschichtungsregion und der Elektroden-Reinigungsregion 16 versehen. Dieser Teiler separiert die Beschichtungs- und Reinigungsregionen 14 bzw. 16 der Kammer 12, vorzugsweise derart, dass verschiedene Gasatmosphären in diesen Regionen aufrecht erhalten werden können. Vorzugsweise sind die Beschichtungs- und Reinigungsregionen 14 bzw. 16 der Kammer 12 jeweils mit einer separaten Vakuumpumpe und einer separaten Gasversorgungsleitung verbunden und werden separat für die Druckbeaufschlagung überwacht (das hießt, hinsichtlich des Gesamt- und Partialdruckes), derart, dass jede Region 14, 16 der Kammer 12 eine unabhängig gesteuerte Umgebung hat.
  • Der Teiler kann in einer Vielzahl von unterschiedlichen Formen vorgesehen sein. Zum Beispiel kann der Teiler die Form einer einzelnen Wand annehmen. Eine Ausführungsform dieser Art ist in 1 dargestellt, in welcher der dargestellte Einwandteiler Abtrennungen (oder "partielle Teiler") 18, 20 umfasst, welche die jeweiligen Atmosphären der Beschichtungs- und Reinigungsregionen 14 bzw. 16 isolieren. Jede Abtrennung 18, 20 hat ein Ende 18E, 20E angrenzend an die Elektrode 28.
  • Der Abstand (oder die "Lücke") zwischen der Elektrode 28 und dem Ende 18E, 20E jeder Abtrennung 18, 20 (oder zwischen der Elektrode und einer Isolationsschale, etc., auf dem Ende jeder Abtrennung) ist vorzugsweise sehr klein (z.B. geringer als ein Inch). In einigen Ausführungsformen übersteigt dieser Abstand nicht den Dunkelraumabstand, der unter bestehenden Prozessbedingungen entsteht. Wie dies in der Plasmaphysik adäquat definiert ist, ist der Dunkelraumabstand so klein, dass weder eine chemische Reaktion noch eine Plasmaentladung in diesem Raum entstehen kann. In einigen Fällen ist der Abstand zwischen der Elektrode 28 und dem Ende 18E, 20E jeder Abtrennung 18, 20 (oder einer Isolationsschale, etc.) geringer als etwa 3 mm (z.B. zwischen etwa 1 mm und etwa 3 mm). In anderen Fällen ist der Abstand etwas größer (z.B. zwischen etwa 1 mm und etwa 20 mm).
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst der Teiler optionale Isolationsschalen 22, 24. Obwohl diese Isolationsschalen 22, 24 nicht erforderlich sind, können sie vorgesehen sein, um die Trennung der ersten und zweiten Atmosphäre zu verbessern. Zum Beispiel liefern sie einen umfänglich stärker ausgedehnten (z.B. sich weiter über den Umfang der Elektrode 28 ausdehnenden) Dunkelraum zwischen der Elektrode 28 und dem Ende 18E, 20E jeder Abtrennung 18, 20, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer in diesem Raum auftretenden Plasmaentladung und chemischen Reaktion verringert wird.
  • Die partiellen Teile 18, 20 können aus dem gleichen Metallmaterial gebildet sein, wie die Wände der Kammer 12. Die Isolationsschalen 22, 24 können auch aus Metallmaterial gebildet sein. Dies kann eine Plasmabombardierung der Isolationsschalen 22, 24 minimieren.
  • In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Teiler zwei in Abstand zueinander liegende Wände, welche eine Zwischenatmosphäre 15 begrenzen. In diesen Ausführungsformen ist zu erkennen, dass jede Wand zwei Abtrennungen umfassen kann. Ferner kann eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) in Kommunikation mit der Zwischenatmosphäre 15 vorgesehen sein. 8 zeigt eine Ausführungsform dieser Art, in welcher der Teiler zwei in Abstand zueinander liegende Wände umfasst, die jeweils zwei Abtrennungen umfassen. Der Teiler in dieser Ausführungsform umfasst eine erste Wand, die durch einen ersten Satz von Abtrennungen 118, 120 gebildet wird, und eine zweite Wand, die durch einen zweiten Satz von Abtrennungen 218, 220 gebildet wird. Die ersten Abtrennungen 118, 120 erstrecken sich in einer im Wesentlichen planaren Weise (z.B. im Wesentlichen horizontal) von der Kammerwand (nicht gezeigt) in Richtung der Elektrode 28. Die zweiten Abtrennungen 218, 220 haben erste Längen 218A, 220A, die sich in einer im Wesentlichen planaren Weise (z.B. im Wesentlichen vertikal) von der Kammerwand (z.B. dem Boden) weg erstrecken, und zweite Längen 218A, 220A, die sich konvergierend zur Elektrode 28 erstrecken. So erstreckt sich jede zweite Abtrennung von dem Kammerboden nach oben und biegt dann nach innen in einem Winkel zur Elektrode 28 um.
  • In Ausführungsformen, in welchen der Teiler in Abstand zueinander liegende Wände umfasst, können diese Wände in einer Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen vorgesehen sein. Zum Beispiel können die in Abstand zueinander liegenden Wände im Wesentlichen parallel zueinander sein (nicht gezeigt), falls dies erwünscht ist. Wie oben angegeben, kann eine Vakuumpumpe in Kommunikation mit der Zwischenatmosphäre 15 stehen. In einigen Fällen ist die optionale Vakuumpumpe für einen differenzierenden Pumpvorgang der Zwischenatmosphäre 15 ausgelegt. So kann die Zwischenatmosphäre 15 differenzierend gepumpt werden, um eine weitere Isolierung der Atmosphäre in der Beschichtungsregion 14 von der Atmosphäre in der Reinigungsregion 16 und umgekehrt herbei zu führen.
  • Obwohl beispielhafte Ausführungsformen von Teilern beschrieben und dargestellt wurden, können die Beschichtungs- und Reinigungsregionen 14 bzw. 16 auf vielen unterschiedlichen Wegen getrennt werden. Zum Beispiel kann eine weiche Wattierung oder dergleichen an den optionalen Isolationsschalen 22, 24 angebracht werden. Ferner sind Ausführungsformen berücksichtigt, in welchen die Gasatmosphären in den Beschichtungs- und Reinigungsregionen 14 bzw. 16 ohne eine physikalische Barriere zwischen diesen Regionen 14, 16 isoliert sind (z.B. durch Steuern der Gasflüsse in der Kammer derart, dass unterschiedliche Atmosphären in den Beschichtungs- und Reinigungsregionen der Kammer aufrecht erhalten werden). Fachleute werden erkennen, dass eine Vielzahl von anderen Mitteln zum Isolieren der Atmosphären der Beschichtungs- und Reinigungsregionen 14, 16 verwendet werden können.
  • Die Kammer 12 ist mit einem Gasverteilungssystem versehen, das zum Abgeben von Gas 58 an sowohl die Substrat-Beschichtungsregion 14 als auch die Elektroden-Reinigungsregion 16 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Gasverteilungssystem zum Abgeben eines Vorläufergases (optional zusammen mit etwas Inertgas) an die Beschichtungsregion 14 und zum Abgeben eines Sputtergases (vorzugsweise ein inertes Sputtergas, wie beispielsweise Argon oder ein anderes Edelgas) an die Reinigungsregion 16 ausgebildet. Zum Beispiel kann das Verteilungssystem eine Quelle für ein gewünschtes Vorläufergas und eine Gasleitung 48 zum Abgeben des Vorläufergases an die Beschichtungsregion 14 umfassen. Zudem kann das Gasverteilungssystem eine Quelle eines gewünschten Sputtergases und eine Gasleitung 50 zum Ausgeben des Sputtergases an die Reinigungsregion 16 umfassen. In einigen Fällen ist das Gasverteilungssystem zum Abgeben eines Gemisches aus Vorläufergas und Inertgas an die Beschichtungsregion 14 ausgebildet.
  • In der Ausführungsform aus 1 umfasst das Gasverteilungssystem Gas-Abgabeanschlüsse 52, die in der Beschichtungsregion 14 der Kammer 12 münden, und Gas-Abgabeanschlüsse 54, die in die Reinigungsregion 16 der Kammer 12 münden. In dieser Ausführungsform erstreckt sich eine Leitung oder Röhre 48 von einer Gasquelle (nicht gezeigt) zu den Gas-Abgabeanschlüssen 52, die in die Beschichtungsregion 14 münden. Ähnlich erstreckt sich eine Leitung oder Röhre 50 von einer Gasquelle (nicht gezeigt) an die Gas-Abgabeanschlüsse 54, welche in die Reinigungsregion 16 münden. In dieser Ausführungsform sind Leiter/Anoden 56 angrenzend an jeden Satz von Gas-Abgabeanschlüssen 52, 54 vorgesehen. Diese Leiter/Anoden 56 liefern eine Ladung in ausreichender Nähe zu den Abgabeanschlüssen 52, 54, um ein stabiles Plasma beizubehalten. So ist zu erkennen, dass jede Region 14, 16 der Kammer 12 vorzugsweise mit wenigstens einer Anode 56 an einer Stelle entfernt von der Elektrode 28 versehen ist. Demgemäß wird vorzugsweise in jeder Region 14, 16 der Kammer 12 zwischen einer Anode 56 und der Elektrode 28 ein elektrisches Feld erzeugt.
  • Im bestimmten Ausführungsformen sind die separaten Leiter/Anoden 56 weg gelassen und ist eine Gas-Abgabeanode vorgesehen. Zum Beispiel können die Gas-Abgabeanschlüsse 52, 54 selbst an Anoden dienen. Gas-Abgabeanoden sind in der US Patentanmeldung 10/373,703 unter der Bezeichnung "Magnetic Sputtering Systems Including Anodic Gas Distribution System" im Detail angegeben, deren gesamte Inhalte hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind. Ein Vielzahl von speziell vorteilhaften Gas-Abgabesystemen und Anoden sind beschrieben in dieser Patentanmeldung'703, und die vorliegende Kammer 12 kann mit jedem dieser Gas-Abgabesysteme und Anoden versehen sein.
  • So ist die Abscheidekammer 12 vorzugsweise zur Abgabe unterschiedlicher Gase an die Beschichtungs- und Reinigungsregion 14 bzw. 16 ausgebildet. Ferner sind beide Regionen 14, 16 der Kammer 12 vorzugsweise mit separaten Vakuumpumpen versehen (oder mit separaten Sätzen von Vakuumpumpen). Zum Beispiel kann eine erste Vakuumpumpe mit der Beschichtungsregion 14 operativ verbunden sein und kann eine zweite Vakuumpumpe mit der Reinigungsregion 16 operativ verbunden sein. In der Ausführungsform aus 1 ist eine erste Vakuumpumpe (nicht gezeigt) mit der Beschichtungsregion 14 über eine erste Vakuumleitung 44 verbunden und ist eine zweite Vakuumpumpe (nicht gezeigt) mit der Reinigungsregion 16 über eine zweite Vakuumleitung 46 verbunden. Durch Versorgung beider Regionen 14, 16 der Kammer 12 mit ihrer eigenen Gaszuführung und Pumpe können unterschiedlich gesteuerte Umgebungen (z.B. unterschiedliche Gasatmosphären) eingerichtet werden und in diesen Regionen 14, 16 beibehalten werden.
  • Es ist zu erkennen, dass das vorliegende System vorzugsweise wenigstens eine Leistungsquelle 78 umfasst. In bestimmten Aspekten der Erfindung wird eine Leis tungsquelle/Generator für eine mittlere oder niedrige Versorgungsspannung verwendet. In einem Aspekt versorgt die Leistungsquelle 78 die Leiter/Anoden 56 mit einer positiven Gleichspannung von etwa 100 Volt mit einem Signal mittlerer oder geringer Frequenz von zwischen etwa 3 kHz und 100 kHz, und erhält die Elektrode 28 von der Leistungsquelle 78 eine negative Gleichspannung von etwa 100 Volt mit einem Signal mittlerer oder geringer Frequenz von zwischen etwa 3 kHz und 100 kHz. Die mittlere bis geringe Frequenz wird verwendet, um eine Plasmainstabilität zu verhindern, die auftreten kann, wenn sich ein Gleichgewicht eines negativen elektrischen Feldes auf einem elektrisch nicht leitenden Substrat 36 (z.B. Glas) aufbaut. Es ist vorteilhaft, Generatoren für eine mittlere oder geringe Frequenz zu verwenden, statt standardmäßige Hochfrequenzgeneratoren, um ein elektrisch nicht leitendes Substrat 36 abzuscheiden. Generatoren für eine mittlere und geringe Frequenz sind leichter zu bauen und leichter in ihrer Impedanz an das Plasma anzupassen als Hochfrequenzgeneratoren. So ist die optionale Verwendung einer Spannungsquelle mittlerer oder niedriger Frequenz ein spezieller vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung.
  • Die Abscheidekammer 12 selbst kann eine Vielzahl von geeigneten Konfigurationen haben. Vorzugsweise umfasst die Kammer 12 Wände (z.B. einen Boden 12F, eine Decke 12C und wenigstens eine Seitenwand 12S), welche ein Innenvolumen (in erwünschter Weise zwei isolierten Region 14, 16), in welchem eine geregelte Umgebung eingerichtet werden kann (z.B. in erwünschter Weise so, dass zwei isolierte, geregelte Umgebungen eingerichtet werden können). Die Wände der Kammer 12 sind vorzugsweise aus einem steifen Material gebildet (z.B. einem Metall oder einer Metalllegierung, wie Edelstahl). Die Wände sind so zusammengebaut, dass sie eine Kammer bilden, die ein Vakuum im Innenvolumen der Kammer aushalten kann. So ist die Kammer 12 dazu geeignet, evakuiert zu werden, derart, dass eine kontrollierte Gasatmosphäre mit geringem Druck darin aufgebaut werden kann.
  • Die Abscheidekammer 12 umfasst vorzugsweise einen Eingang 40 zum Bereitstellen eines Substrateintritts und einen Ausgang 42 zum Bereitstellen eines Substrat austritts. Der Eintritt 40 und/oder der Austritt 42 kann eine schmale, schlitzartige Öffnung sein, die ein wenig größer ist als das gewünschte flächenartige Substrat (z.B. eine Glasfläche). Der Eintritt und der Austritt der Kammer können eine beliebige Gestaltung haben, die für Vakuum-Abscheidekammern geeignet ist. Verschiedene Eintritts- und Austrittsgestaltungen sind im Stand der Technik allgemein bekannt, und irgendein herkömmliches Design kann verwendet werden.
  • Eine Substrathalterung ist vorzugsweise in der Substrat-Beschichtungsregion 14 der Kammer 12 vorgesehen (z.B. dort angeordnet). Vorzugsweise bildet die Substrathalterung eine Bewegungsbahn des Substrats, von der ein bestimmter Abschnitt an die Elektrode 28 angrenzt. Das erste Magnetsystem 34 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es einen ersten Plasmaeinschluss 60 um den bestimmten Abschnitt der Bewegungsbahn des Substrats herum erzeugt (z.B. in der Gasatmosphäre in der Substrat-Beschichtungsregion 14). Auf diese Weise ist, wenn das Vorläufergas der ersten Gasatmosphäre in dem ersten Plasmaeinschluss 60 chemisch in Reaktion gebracht ist und/oder sich zersetzt, ein Substrat (insbesondere ein gewünschter Oberflächenbereich 62 eines Substrats) auf dem bestimmten Abschnitt der Bewegungsbahn des Substrats dem chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas ausgesetzt und wird dadurch beschichtet. Es ist zu erkennen, dass der gewünschte Abschnitt der Bewegungsbahn des Substrats vorzugsweise an die Elektrode 28 angrenzt (z.B. genau darüber). In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen hat das Substrat 36 eine zweite Hauptfläche 64 entgegen der ersten Hauptfläche 62 (wobei die Fläche 62 von der Elektrode 28 weg gerichtet ist und während der Aussetzung gegenüber dem chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Gas in dem ersten Plasmaeinschluss 60 beschichtet wird) und die zweite Hauptfläche im Wesentlichen nach dem Aussetzen des Substrats dem ersten Plasmaeinschluss 60 im Wesentlichen unbeschichtet bleibt.
  • In den Ausführungsformen der 1 und 8 umfasst die Substrathalterung eine Mehrzahl von in Abstand zueinander liegenden Rollen 38. Die Rollen 38 sind zum Befördern der Substrate 36 durch die Substrat-Beschichtungsregion 14 der Kammer 12 ausgelegt. Die Rollen 38 können irgendeine herkömmliche Struktur haben. Es kann vorgezogen werden, zylinderförmige Aluminiumrollen zu verwenden, um welche ein Seil aus KevlarTM spiralförmig gewickelt ist, wobei das KevlarTM die Oberfläche bereitstellt, mit welcher das Substrat 36 in direktem Kontakt kommt.
  • Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wird eine Filmabscheidevorrichtung vorgesehen, mit: einer Abscheidekammer 12 mit einer Substrat-Beschichtungsregion 14 und einer Elektroden-Reinigungsregion 16; wobei eine Elektrode 28 in der Abscheidekammer 12 positioniert ist und einen Innenraum 27 hat; und ein erstes und ein zweites Magnetsystem 34 bzw. 32 in dem Innenraum 27 der Elektrode 28 angeordnet ist. Eine erste Gasatmosphäre mit einem Vorläufergas wird vorzugsweise in der Substrat-Beschichtungsregion 14 eingestellt und eine zweite Gasatmosphäre mit einem Sputtergas wird vorzugsweise in der Elektroden-Reinigungsregion 16 eingestellt. In einigen Ausführungsformen wird an die Elektrode 28 eine Kathodenladung geliefert (z.B. während einer Anodenladung an die Elektrode 56 geliefert wird oder in anderer Weise darauf vorliegt), wodurch in der ersten Gasatmosphäre ein Plasma erzeugt wird, das durch das erste Magnetsystem 34 in einem ersten Plasmaeinschluss 60 gehalten wird und in der zweiten Gasatmosphäre Plasma erzeugt wird, das durch das zweite Magnetsystem 32 in einem zweiten Plasmaeinschluss 66 gehalten wird. Das Vorläufergas in der Substrat-Beschichtungsregion 14 wird durch die Wirkung des Plasmas in dem zweiten Plasmaeinschluss 66 chemisch in Reaktion gebracht und/oder zersetzt sich. Ein Substrat 36 ist in der Substrat-Beschichtungsregion 14 positioniert und dem chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas ausgesetzt (z.B. ist die Oberfläche 62 diesem ausgesetzt), derart, dass eine Beschichtung auf dem Substrat 36 gebildet wird (z.B. in einigen Fällen nur auf der Oberfläche 62). Das Substrat 36 kann auf diese Weise ausgesetzt werden, indem das Substrat 36 entlang einer Substrathalterung befördert wird, die eine Bewegungsbahn des Substrats bildet (welche sich in erwünschter Weise durch den Einschluss 60 hindurch erstreckt/bewegt), von der ein bestimmter Abschnitt an die Elektrode 28 angrenzt und in dem ersten Plasmaeinschluss 60 liegt. Zum Beispiel kann die obere Oberfläche 62 des Substrats 36 dem ersten Plasmaeinschluss 60 ausgesetzt sein, derart, dass eine Beschichtung auf dieser Oberfläche 62 des Substrats 36 kondensiert (aber nicht auf einer Oberfläche 64 in einigen Ausführungsformen). Während des Substrat-Beschichtungsvorgangs kann die Elektrode 28 gedreht werden, derart, dass eine unerwünschte Verunreinigung (z.B. Beschichtung) von der Elektrode 28 abgereinigt wird. Bedarfsweise kann die Elektrode 28 während des Betriebs kontinuierlich gedreht werden (z.B. in einer konstanten Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn), derart, dass eine Verunreinigung kontinuierlich von der Elektrode 28 abgereinigt wird. Wie oben angemerkt, kann die Elektrode 28 zylinderförmig sein und kann somit in einer beliebigen Weise gedreht werden (z.B. hin und her geschwenkt werden), um eine Verunreinigung von einem gewünschten Umfangsbereich der Elektrode 28 während einer vorgegebenen Elektroden-Reinigungsdauer oder -betriebsweise zu entfernen.
  • Im Betrieb kann ein Substrat (z.B. ein flächenartiges Substrat 36 mit im Wesentlichen einander entgegen gesetzten Hauptflächen 62 bzw. 64) auf den Rollen 38 in die Kammer 12 befördert werden. Zum Beispiel kann das Substrat 36 auf den Rollen 38 positioniert sein (z.B. an einem Ladebereich der Bewegungsbahn des Substrats, welcher typischerweise außerhalb der Kammer 12 liegt) und können die Rollen 38 dann angetrieben werden und somit gedreht werden, um das Substrat 36 durch den Kammereingang 14 und in die Kammer 12 vorzuschieben. Die Rollen 38 werden typischerweise während der Filmabscheidung mit einer konstanten Geschwindigkeit betrieben, obwohl dies keineswegs erforderlich ist. Beispielhafte Substratgeschwindigkeiten liegen in einem Bereich zwischen 100 Inch und etwa 500 Inch pro Minute. Bedarfsweise kann das Substrat 36 auf den Rollen 38 während der Filmabscheidung zurück und vor bewegt werden (das heißt, wiederholt vorwärts und rückwärts bewegt werden). In den meisten Fällen ist es aber vorzuziehen, das Substrat 36 mit einer konstanten Geschwindigkeit während der Filmabscheidung durch die Kammer 12 hindurch zu bewegen, derart, dass das Substrat 36 in einem einzigen Durchgang durch die Kammer 12 beschichtet wird. Sobald das Substrat 36 beschichtet worden ist, wird es durch den Kammerausgang 62 hindurch und aus der 12 heraus befördert.
  • Bevor die Kammer 12 für die Filmabscheidung verwendet wird, wird vorzugsweise eine Vorkonditionierung durchgeführt. Diese Vorkonditionierung kann Auspumpen der Beschichtungs- und Reinigungsregionen 14 bzw. 16 der Kammer 12 mit Vakuumpumpen (nicht gezeigt) nach sich ziehen, um Feuchtigkeit und Verunreinigungen zu entfernen. Nach dieser Vorkonditionierung wird über das Gasverteilungssystem Gas 58 in die Kammer 12 gepumpt. Zum Beispiel kann das Gas 58 durch einen ersten Satz von Düsen 52 in die Beschichtungskammer 14 geliefert werden (z.B. eingespritzt oder eingeblasen) und in die Reinigungskammer 16 durch einen zweiten Satz von Düsen 54 hindurch. Insbesondere wird das Vorläufergas an die Beschichtungsregion 14 geliefert und das Sputtergas an die Reinigungsregion 16 geliefert. Bedarfsweise kann Sputtergas in einem ersten Schritt an die Reinigungsregion 14 geliefert werden, um Plasma in dem ersten Einschluss 60 zu erzeugen, und kann das Vorläufergas in einem nachfolgenden Schritt an die Beschichtungsregion 14 geliefert werden, wenn erwünscht ist, mit der Filmabscheidung zu beginnen. Während des Betriebs wird ein gewünschter Gesamtdruck in der Beschichtungsregion 14 durch eine geeignete Gaslieferung und durch ein Pumpen dieser Region 14 beibehalten. Ebenso wird ein erwünschter Gesamtdruck in der Reinigungsregion 16 durch eine geeignete Gaslieferung und durch ein Pumpen dieser Region 16 beibehalten. Der in der Reinigungsregion 14 beibehaltende Gesamtdruck kann um etwa 0,022 mbar variieren, während der in der Reinigungsregion 16 beibehaltene Gesamtdruck im Bereich zwischen etwa 1 Pa und etwa 15 Pa liegen kann. Natürlich sind dies nur beispielhafte Bereiche und können die Gesamtdrücke für verschiedene Prozesse bedarfsweise variiert werden. Ein elektrisches Feld wird in jeder Region 14, 16 der Kammer 12 zwischen der Elektrode 28 und der Anode bzw. den Anoden 56 eingerichtet. Die elektrischen Felder werden durch Betreiben der Leistungsquelle 78 eingerichtet, um eine Kathodenladung an die Elektrode 28 zu liefern und eine Anodenladung an die Anode(n) 56. Die Leistungsversorgung 78 kann so betrieben werden, dass sie die Anoden 56 mit einer positiven Gleichspannung von etwa 100 Volt mit einem Signal mittlerer oder geringer Frequenz von zwischen etwa kHz und etwa 100 kHz versorgt, während die Elektrode 28 von der Leistungsversorgung 78 eine negative Gleichspannung von etwa 100 Volt mit einem Signal mittlerer bis niedriger Frequenz von zwischen etwa 3 kHz und etwa 100 kHz erhält. Das elektrische Feld in jeder Region 14, 16 wandelt darin befindliches Gas in Plasma um. Das Plasma in der Beschichtungsregion 14 ist örtlich begrenzt auf den ersten Plasmaeinschluss 60 durch die magnetischen Kraftlinien 61, die durch das erste Magnetsystem 34 erzeugt werden. Ebenso ist das Plasma in der Reinigungsregion 16 in dem zweiten Einschluss 66 durch die magnetischen Kraftlinien 61 örtlich begrenzt, die durch das zweite Magnetsystem 34 erzeugt werden.
  • Das Substrat 36 wird durch die Beschichtungsregion 14 der Kammer 12 hindurch befördert. In einigen Ausführungsformen ist, wenn das Substrat 36 den gewünschten Abschnitt der Bewegungsbahn des Substrat erreicht, die obere Oberfläche 62 des Substrats dem ersten Plasmaeinschluss 60 und somit dem darin befindlichen chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas ausgesetzt. Aufgrund dessen kondensiert die Beschichtung auf dieser Oberfläche 62 des Substrats 36.
  • Wie oben angemerkt, werden Lücken 41 zwischen benachbarten Substraten 36 in einigen Fällen beibehalten (z.B. wenn in Abstand zueinander liegende Substrate beschichtet werden). Auf diese Weise wird die Elektrode 28 zu Zeiten (z.B. wenn die Lücken 41 mit der Elektrode 28 ausgerichtet sind) dem chemisch reagierenden und/oder sich zersetzenden Vorläufergas in dem ersten Plasmaeinschluss 60 ausgesetzt. Auf diese Weise kann eine Beschichtung auch auf der Elektrode 28 kondensieren. In der Reinigungsregion 16 gibt es kein Substrat zwischen der Elektrode 28 und dem Plasma. Stattdessen ist die Elektrode 28 diesem Plasma ausgesetzt. Deshalb werden in einigen Ausführungsformen positiv geladene Teilchen in diesem Plasma an die Elektrode angezogen und bombardieren ihre äußere Oberfläche 123, um auf diese Weise eine Beschichtung von der äußeren Oberfläche 123 der Elektrode 28 weg zu sputtern. Die Elektrode 28 kann während der Filmabscheidung kontinuierlich gedreht werden. In einem anderen Aspekt wird der Reinigungsprozess nur durchgeführt, bis die Beschichtung von der Elektrode 28 auf ein gewünschtes Maß entfernt worden ist, wonach der Reinigungsprozess angehalten wird. Zum Beispiel kann der Reinigungsprozess für eine vorbestimmte Zeitspanne fortgesetzt werden, was gewährleistet, dass eine Beschichtung von der Elektrode 28 auf ein gewünschtes Maß entfernt wird. Wie oben angemerkt, umfasst ein weiterer Aspekt das Einstellen der Magnetfelder in der Beschichtungs- und Reinigungsregion 14, 16 der Kammer 12 derart, dass die Substrat-Beschichtungsrate zufriedenstellend ist, während gleichzeitig die Elektroden-Reinigungsrate zufriedenstellend ist dahin gehend, dass eine unerwünschte Beschichtung von der äußeren Oberfläche 123 der Elektrode 28 ohne ein übermäßiges Wegsputtern der Elektrode selbst entfernt wird.
  • In einem beispielhaften Verfahren wird Methylmethacrylat (C5H4O2) in der Substrat-Beschichtungsregion 14 der Abscheidekammer zusammen mit 5 Volumenprozent Argon verwendet. Das Methylmethacrylat und das Argon werden an die Substrat-Beschichtungsregion 14 zum Beispiel durch ein Dosierventil bei 60 cc/s abgegeben, und ein Prozessdruck von 2,2 × 10-2 mbar wird durch ein geeignetes Auspumpen der Substrat-Beschichtungsregion 14 beibehalten. Die Elektroden-Reinigungsregion 16 mit 100% Argon versehen. Das Argon wird an die Elektroden-Reinigungsregion 16 zum Beispiel durch ein Dosierventil abgegeben, und ein Prozessdruck wird durch ein geeignetes Auspumpen der Elektroden-Reinigungsregion 16 beibehalten. Die Anoden 56 sind mit einer positiven Gleichspannung mit einem Signal mittlerer bis niedriger Frequenz von zwischen etwa 3 kHz und etwa 100 kHz versehen, während die Elektrode 28 mit einer negativen Gleichspannung mit einem Signal mittlerer bis niedriger Frequenz von zwischen etwa 3 kHz und etwa 100 kHz versehen ist. Der Gesamtbereich der Außenfläche 123 der Elektrode beträgt etwa 450 cm2. Die Elektrode 28 wird während der Filmabscheidung kontinuierlich gedreht. Das Substrat 36 wird durch die Kammer 12 befördert, und die obere Oberfläche 62 des Substrats 36 wird somit mit einem plasma-polymerisierten Methylmethacrylatfilm beschichtet.
  • Vorzugsweise steht die Elektrode 28 sowohl in die Substrat-Beschichtungsregion 14 der Kammer 12 als auch in die Elektroden-Reinigungsregion 16 der Kammer vor.
  • So gelangt während der Drehung der Elektrode 28 (z.B. kontinuierlich in der gleichen Richtung, wie beispielsweise im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn) ein vorgegebener Punkt auf der äußeren Oberfläche 123 der Elektrode 28 vorzugsweise durch die Substrat-Beschichtungsregion 14, danach durch die Elektroden-Reinigungsregion 16, danach wieder durch die Substrat-Beschichtungsregion 14, danach wieder durch die Elektroden-Reinigungsregion 16 usw. Vorzugsweise wird ein Gasübergang zwischen der Substrat-Beschichtungsregion 14 und der Elektroden-Reinigungsregion 16 verhindert oder im Wesentlichen verhindert. In bestimmten Ausführungsformen ist ein Substrat während der Beschichtung in einem gewünschten Abstand von der Elektrode positioniert (z.B. weniger als etwa 6 Inch, vielleicht noch bevorzugter weniger als etwa 4 Inch und vielleicht noch bevorzugter weniger als etwa 2 Inch (z.B. etwa ein Inch oder weniger)).
  • Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, sollte klar sein, dass zahlreiche Veränderungen, Anpassungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der angehängten Ansprüche zu verlassen.
  • Figurenbeschreibung
  • 2
    • Power Supply – Spannungsquelle
    • Control System – Steuersystem
  • 3
    • Power Supply – Spannungsquelle
    • Control System – Steuersystem

Claims (46)

  1. Film-Abscheide-Vorrichtung, umfassend: a) eine Abscheide-Kammer mit einem Substrat-Beschichtungs-Bereich und einem Elektroden-Reinigungs-Bereich, wobei eine erste gasförmige Atmosphäre in dem Substrat-Beschichtungs-Bereich erzeugt werden kann, während eine zweite gasförmige Atmosphäre in dem Elektroden-Reinigungs-Bereich erzeugt werden kann; b) eine drehbare Elektrode, die in der Abscheide-Kammer angeordnet ist und einen Innen-Raum aufweist; und c) ein erstes und zweites Magnet-System, das in dem Innen-Raum angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Substrat in dem Substrat-Beschichtungs-Bereich eine von der drehbaren Elektrode abgewandte erste Haupt-Fläche aufweist, und wobei im Betrieb der Film-Abscheide-Vorrichtung die erste Haupt-Fläche des Substrats beschichtet wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Substrat eine Glas-Platte ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die drehbare Elektrode eine Außen-Fläche aufweist, die von unerwünschter Kontamination in dem Elektroden-Reinigungs-Bereich rein-gesputtert wird.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Magnet-System in Richtung auf den Substrat-Beschichtungs-Bereich orientiert ist und das zweite Magnet-System in Richtung auf den Elektroden-Reinigungs-Bereich orientiert ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Substrat-Beschichtungs-Bereich die erste gasförmige Atmosphäre enthält und der Elektroden-Reinigungs-Bereich die zweite gasförmige Atmosphäre enthält.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Elektrode sowohl der ersten als auch der zweiten gasförmigen Atmosphäre ausgesetzt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das erste Magnet-System ausgebildet ist, um einen ersten Plasma-Einschluss in der ersten gasförmigen Atmosphäre zu erzeugen, und das zweite Magnet-System ausgebildet ist, um einen zweiten Plasma-Einschluss in der zweiten gasförmigen Atmosphäre zu erzeugen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste gasförmige Atmosphäre ein Präkursor-Gas aufweist und die zweite gasförmige Atmosphäre ein Sputter-Gas aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Sputter-Gas ein Inert-Gas ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Präkursor-Gas im ersten Plasma-Einschluss chemisch zur Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird, so dass eine Beschichtung auf einem Substrat gebildet wird, das im ersten Plasma-Einschluss dem Präkursor-Gas ausgesetzt ist, das chemisch zur Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Substrat eine erste Haupt-Fläche aufweist, die der drehbaren Elektrode abgewandt ist, und die erste Haupt-Fläche die Beschichtung empfängt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Substrat eine zweite Haupt-Fläche aufweist, die der drehbaren Elektrode zugewandt ist, und die zweite Haupt-Fläche während Aussetzung des Substrats im ersten Plasma-Einschluss im wesentlichen unbeschichtet bleibt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Sputter-Gas im zweiten Plasma-Einschluss zu Plasma umgewandelt wird und eine Außen-Fläche der Elektrode beschießt, wodurch die Außen-Fläche der Elektrode von einer unerwünschten Kontamination gereinigt wird.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die drehbare Elektrode zylindrisch ist und um ihre Längs-Achse drehbar ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Magnet-System stationär sind.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Magnet-System in einer im allgemeinen gegenüberliegenden Anordnung angeordnet sind.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste und zweite Magnet-System jeweils eine längliche Magnet-Anordnung aufweisen.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Substrat-Träger in dem Substrat-Beschichtungs-Bereich der Abscheide-Kammer angeordnet ist.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Substrat-Träger ausgebildet ist, um eine Reihe beabstandeter, plattenartiger Substrate zu transportieren.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei sich der Substrat-Beschichtungs-Bereich der Kammer in einer größeren Höhe als der Elektroden-Reinigungs-Bereich der Kammer befindet und wobei der Substrat-Träger ausgebildet ist, um ein Substrat über der drehbaren Elektrode zu halten.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Substrat-Träger eine Reihe beabstandeter Transport-Walzen umfasst, die ausgebildet sind, um Substrate über der drehbaren Elektrode zu fördern.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Substrat-Träger eine Substrat-Transportstrecke bildet, von welcher sich ein gewünschter Abschnitt benachbart zu der Elektrode befindet.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das erste Magnet-System ausgebildet ist, um einen ersten Plasma-Einschluss um den gewünschten Abschnitt der Substrat-Transportstrecke zu erzeugen.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei das erste Magnet-System ausgebildet ist, um einen ersten Plasma-Einschluss zu bilden, das eine Magnet-Falle bildet, die sich über einer Oberfläche eines Substrats auf dem gewünschten Abschnitt der Substrat-Transportstrecke schließt.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die erste gasförmige Atmosphäre ein Präkursor-Gas aufweist, das im ersten Plasma-Einschluss chemisch zur Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird, so dass ein Substrat auf dem gewünschten Abschnitt der Substrat-Transportstrecke dem Präkursor-Gas, das chemisch zur Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird, ausgesetzt wird und dadurch beschichtet wird.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei das Substrat eine erste Haupt-Fläche aufweist, die von der drehbaren Elektrode abgewandt ist, und wobei die erste Haupt-Fläche des Substrats beschichtet wird.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei das Substrat eine zweite Haupt-Fläche aufweist, die der drehbaren Elektrode zugewandt ist, und die zweite Haupt-Fläche während der Aussetzung des Substrats in der ersten Plasma-Begrenzung im wesentlichen unbeschichtet bleibt.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die drehbare Elektrode eine Außen-Schicht aus einem Material mit niedriger Sputter-Rate aufweist.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Elektrode eine Verstärkungs-Hülse aufweist, auf welcher die Außen-Schicht aus Material mit niedriger Sputter-Rate getragen ist.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei das Material mit niedriger Sputter-Rate Kohlenstoff ist.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Gas-Einspeisungs -System, das zur Einspeisung eines Präkursor-Gases zu dem Substrat- Beschichtungs-Bereich und eines Sputter-Gases zu dem Elektroden-Reinigungs-Bereich ausgebildet ist.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine erste Vakuum-Pumpe wirksam mit dem Substrat-Beschichtungs-Bereich in Verbindung steht und eine zweite Vakuum-Pumpe wirksam mit dem Elektroden-Reinigungs-Bereich in Verbindung steht.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abscheide-Kammer zum separaten Gas-Einspeisen und Vakuum-Pumpen des Substrat-Beschichtungs-Bereichs und des Elektroden-Reinigungs-Bereichs ausgebildet ist.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abscheide-Kammer eine Trennung zwischen dem Substrat-Beschichtungs-Bereich und dem Elektroden-Reinigungs-Bereich aufweist.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Trennung zwei beabstandete Wände umfasst, die eine dazwischenliegende Atmosphäre begrenzen.
  37. Vorrichtung nach Anspruch 36, ferner umfassend eine Vakuum-Pumpe in Verbindung mit der dazwischenliegenden Atmosphäre.
  38. Verfahren zur Abscheidung von Filmen auf Substraten, wobei das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen einer Film-Abscheide-Vorrichtung, die aufweist eine Abscheide-Kammer mit einem Substrat-Beschichtungs-Bereich und einem Elektroden-Reinigungs-Bereich, eine drehbare Elektrode, die in der Abscheide-Kammer angeordnet ist und einen Innen- Raum aufweist, und ein erstes und zweites Magnet-System, das in dem Innen-Raum angeordnet ist; b) Erzeugen einer ersten gasförmigen Atmosphäre, die ein Präkursor-Gas aufweist, in dem Substrat-Beschichtungs-Bereich; c) Erzeugen einer zweiten gasförmigen Atmosphäre, die ein Sputter-Gas aufweist, in dem Elektroden-Reinigungs-Bereich; d) Zuführen einer Ladung zu der Elektrode, wodurch in der ersten gasförmigen Atmosphäre Plasma gebildet wird, das durch das erste Magnet-System in einem ersten Plasma-Einschluss gehalten wird, und in der zweiten gasförmigen Atmosphäre Plasma gebildet wird, das durch das zweite Magnet-System in einem zweiten Plasma-Einschluss gehalten wird, wobei das Präkursor-Gas im ersten Plasma-Einschluss chemisch zur Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird; und e) Anordnen eines Substrats in dem Substrat-Beschichtungs-Bereich und Aussetzen des Substrats im ersten Plasma-Einschluss dem Präkursor-Gas, das chemisch zur Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird, so dass eine Beschichtung auf dem Substrat gebildet wird.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei das in den Substrat-Beschichtungs-Bereich angeordnete Substrat eine erste Haupt-Fläche aufweist, die der drehbaren Elektrode abgewandt ist, und wobei die Beschichtung auf der ersten Haupt-Fläche des Substrats gebildet wird.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Substrat eine zweite Haupt-Fläche aufweist, die der drehbaren Elektrode zugewandt ist, und die zweite Haupt-Fläche während der Aussetzung des Sub strats im ersten Plasma-Einschluss im wesentlichen unbeschichtet bleibt.
  41. Verfahren nach Anspruch 38, umfassend das Fördern einer Reihe beabstandeter Substrate durch den Substrat-Beschichtungs-Bereich und Aussetzen der Substrate dem Präkursor-Gas, das chemisch zur Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird, so dass Beschichtungen auf den Substraten gebildet werden.
  42. Verfahren nach Anspruch 38, wobei die Elektrode der zweiten gasförmigen Atmosphäre ausgesetzt wird, so dass Plasma im zweiten Plasma-Einschluss eine Außen-Fläche der Elektrode beschießt, wodurch die Außen-Fläche der Elektrode von einer unerwünschten Kontamination gereinigt wird.
  43. Verfahren nach Anspruch 42, wobei die Elektrode kontinuierlich während der Film-Abscheidung gedreht wird, und wobei eine unerwünschte Kontamination kontinuierlich von der Außen-Fläche der Elektrode entfernt wird.
  44. Verfahren nach Anspruch 38, wobei die Elektrode zylindrisch ist und um ihre Längs-Achse gedreht wird.
  45. Verfahren nach Anspruch 38, wobei das Substrat in dem Substrat-Beschichtungs-Bereich angeordnet ist und dem Präkursor-Gas, das chemisch zur Reaktion gebracht und/oder zersetzt wird, ausgesetzt wird, indem das Substrat entlang eines Substrat-Trägers gefördert wird, der eine Substrat-Transportstrecke bildet, von welcher sich ein gewünschter Abschnitt benachbart zu der Elektrode befindet und sich im ersten Plasma-Einschluss befindet.
  46. Verfahren nach Anspruch 45, wobei das Substrat eine Glas-Platte ist, der Substrat-Träger eine Reihe beabstandeter Transport-Walzen umfasst und die Glas-Platte über die Walzen gefördert wird.
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