DE69027004T2

DE69027004T2 - Geometrie und Gestaltungen eines Geräts zum Magnetronzerstäuben

Info

Publication number: DE69027004T2
Application number: DE69027004T
Authority: DE
Inventors: Thomas H Allen; Erik R Dickey; Bryant P Hichwa; Rolf F Illsley; Robert F Klinger; Paul M Lefebvre; Michael A Scobey; Richard I Seddon; James W Seeser; David L Soberanis; Michael D Temple; Horn Craig C Van; Patrick R Wentworth
Original assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Current assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1990-11-12
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: EP0716160A1; ATE138111T1; EP0428358A3; DE69033441D1; CA2029755A1; CA2029755C; DE69027004D1; EP0428358B1; DE69033441T2; EP0428358A2; ATE189272T1; EP0716160B1; JPH03211275A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zerstäubungsverfahren und zugehörige Vorrichtungen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zur gleichförmigen Hochgeschwindigkeits-Abscheidung und -Bildung von Dünnfilmen aus einem Material, wie feuerfesten Metallen und/oder Oxiden, Nitriden, Hydriden, Carbiden, Fluoriden und anderen Mischungen und Legierungen solcher Metalle, sowie auch die Abscheidung und Bildung von Verbundfilmen. Da das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung so ausgelegt sind, daß sie den strengen Anforderungen optischer Beschichtungen genügen, sind sie auch für eine Anzahl anderer Beschichtungsanwendungen einsetzbar, die weniger strenge Forderungen stellen.
In den letzten Jahren hat man eine Gleichstrom-Magnetron- Reaktivzerstäubung als Verfahren zur Herstellung von Schichten aus dielektrischen Materialien, insbesondere Metalloxiden, sowie Oxidhalbleitern, insbesondere Indium-Zinn-Oxid, entwikkelt. Verglichen mit den Hochfrequenz-Magnetronverfahren zum direkten Zerstäuben von dielektrischen Materialien hat das Verfahren dadurch Vorteile, daß Steigerungen der Abscheidungsgeschwindigkeit verwirklicht werden können und daß die Herstellungsausrüstung billiger, sicherer und leichter zu steuern ist.
Es ist herkömmliches Wissen in der Beschichtungstechnologie, daß jedes Verfahren, welches den vollen Vorteil der Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubungstechnik nutzen und seine potentiellen Nachteile vermeiden möchte, vorzugsweise eine teilweise Drucktrennung des Substrats und der Zerstäuberkathoden verwenden muß. Zur Erzielung einer teilweisen Drucktrennung wurden bereits mehrere Wege vorgeschlagen. Siehe beispielsweise US-A-4 420 385 von Hartsough, "Fortschritte in der Hochgeschwindigkeitszerstäubung mit Magnetron-Plasmatron- Behandlung und -Gerät" von Schiller et al, TSF 64 (1979) 455-67, "Reaktives Hochgeschwindigkeits-Gleichstrom-Zerstäuben von Oxiden" von Scherer et al (1984), und "Reaktives Gleichstrom-Zerstäuben mit dem Magnetron-Plasmatron für Titanpentoxid- und Titandioxidfilmett von Schiller et al, TSF 63 (1979), 369-373.
Die Scherer-Technik verwendet Kathoden, die derart geschützt sind, daß eine Oxidationszone erzeugt wird, die sich direkt über der Zerstäubungszone befindet. In jeder anderen Hinsicht ist diese Technik nicht direkt relevant für unsere Erfindung, da sie dafür ausgelegt ist, Material in einem einzigen Durchgang abzuscheiden, und auch dadurch, daß die Oxidation des Metalldampfs erfolgt, wenn er abgeschieden wird.
Die Verfahren nach Schiller und Hartsough wechseln ein Substrat zwischen einer Zerstäuberkathode und einer Reaktivgassorptionszone ab, welches die wirksamere Technik zur Erzielung einer Drucktrennung ist. Die vollständigste Beschreibung dieses Partialdruckverfahrens ist in dem Hartsough-Patent enthalten, das die Bildung von verschleißfesten Aluminiumoxidbeschichtungen mit nicht-optischer Qualität auf einer Scheibe durch Drehen der Scheibe vorbei an einer einzigen Zerstäubungsabscheidungszone und einer einzigen Oxidierungszone offenbart. Das ganze Volumen außerhalb der Zerstäubungszone wird als die Reaktions- oder Oxidationszone verwendet, so daß die Grenzen der beiden Zonen in Berührung stehen. Zur Vermeidung einer Wanderung des reaktiven Gases in die Abscheidungszone ist eine extrem dichte Trennung zwischen der Zerstäuberkathode und dem Substratträger erforderlich. Dies begrenzt den für die Oxidation verfügbaren Druck. Außerdem ist die Abscheidungsgeschwindigkeit, die bei Verwendung dieses Wegs zur Verfügung steht, durch die Oxidationsgeschwindigkeit inhärent begrenzt. Da die Leistung für die Kathode erhöht wird, um die Metall-Zerstäubungsgeschwindigkeit zu steigern, bedeutet dies, daß die Tisch-Rotationsgeschwindigkeit erhöht werden muß, damit die optimale Materialdicke in der Abscheidungszone abgeschieden wird. Da jedoch die Translationsgeschwindigkeit des Tisches gesteigert wird, nimmt die Verweilzeit in der Oxidationszone proportional ab, was zur Folge hat, daß an der Grenze die Verweilzeit in der Reaktionszone nicht ausreicht, um die Metallschicht vollständig zu oxidieren.
Die vorstehend beschriebene Partialdrucktechnik hat wenigstens mehrere zusätzliche schwerwiegende Nachteile. Wenn beispielsweise eine oder mehrere zusätzliche Zerstäubungskathoden erforderlich würden, um die Fähigkeit zu schaffen, andere Materialien in der gleichen Vorrichtung in dem gleiche Vakuumzyklus abzuscheiden, würde die Reaktionszeit pro Translationszyklus proportional durch die Anzahl der zusätzlichen Kathoden reduziert. Zudem würde die Abscheidungsgeschwindigkeit für jedes Material proportional verringert. Das Verfahren, wie es beschrieben wurde, ermöglicht nur ein Reaktionsvolumen, das immer wirksam ist, und schließt somit die gleichzeitige Abscheidung von zwei verschiedenen Metalloxiden oder anderen Mischungen oder eines reinen Metalls und einer Mischung aus.
Die drehende ringförmige Anordnung mit ihrer radialen Geschwindigkeitsdifferenz und mit dem Erfordernis nach einem speziell gestalteten Magnetron-Zerstäubungstarget bedingt schließlich, jedoch nicht zuletzt, starke Beschränkungen hinsichtlich der erreichbaren Filmdickengleichförmigkeit, so daß für den praktischen Einsatz als optischer Dünnfilm der nutzbare Abschnitt der beschriebenen Vorrichtung ein schmaler ringförmiger Bereich wäre.
Daraus folgt, daß es auf dem beschriebenen bekannten Weg schwierig wäre, eine Fertigung auch von bescheidenen kommerziellen Mengen von optischen Mehrschichtfiltervorrichtungen zu erreichen. Zudem würde dieser Weg wegen der beschriebenen Nachteile bei Anwendung auf die praktische Fertigung von optischen Mehrschichtvorrichtungen keinen größeren Ausstoß als eine herkömmlich betriebene HF-Magnetronvorrichtung gleicher Größe und Ausführung ergeben.
Die EP-A-O 409 451 (zitiert unter Artikel 54(3)) offenbart ein drehzylindrisches Zerstäubersystem mit einer gesonderten linearen Magnetron-Zerstäuberabscheidung und mit Reaktionszonen, die ebenfalls gesondert für die Zerstäubungsabscheidung von Materialien, wie feuerfesten Metallen, und zur Bildung von Oxiden und anderen Mischungen und Legierungen solcher Materialien gesteuert werden. Das Verfahren umfaßt eine Rotations- oder Translationsbewegung von Werkstücken vorbei an unterschiedlich bepumpten, atomsphärisch getrennten, aufeinanderfolgend oder gleichtzeitig arbeitenden Abscheidungs- und Reaktionszonen.
Diese Erfindung stellt eine Beschichtungsvorrichtung mit einer Vakuumkammer, mit einer innerhalb der Kammer angeordneten Trägereinrichtung, auf der mehrere Substrate angebracht werden können, und mit einer Beschichtungseinrichtung bereit, die wenigstens eine erste Vorrichtung in Form einer Abscheidungsvorrichtung, die angrenzend an die Trägereinrichtung angeordnet und zur Abscheidung eines gewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und wenigstens eine zweite Vorrichtung in Form einer Ionenquellenvorrichtung umfaßt, die angrenzend an die Trägereinrichtung angeordnet und zur Vorsehung eines örtlich intensivierten Plasmas zwischen der Ionenquelle und der Trägereinrichtung geeignet ist, um eine gewählte chemische Reaktion mit dem gewählten Material zu bewirken, wobei die Abscheidungsvorrichtung und die Ionenguellenvorrichtung räumlich getrennt sind, so daß sie jeweils auf einen unterschiedlichen Abschnitt der Trägereinrichtung wirken, die Trägereinrichtung und die Beschichtungseinrichtung für eine Relativbewegung entlang eines gewählten Weges geeignet sind, die Beschichtungseinrichtung angrenzend an den Bewegungsweg angeordnet ist, die Kombination der Ausgestaltung des Trägers, der Ausgestaltung der Abscheidungsvorrichtung und der Relativbewegung so gewählt ist, daß gesteuerte Dickenprofile des abgeschiedenen Materials vorgesehen werden können, und wobei der Weg kreisförmig und die Trägereinrichtung eben oder die Ebene der Trägereinrichtung in einem geringen Winkel bezüglich der Normalen der Drehachse ausgerichtet ist und sich entlang des Weges insgesamt parallel zur Beschichtungseinrichtung bewegen kann.
Die Trägereinrichtung umfaßt außerdem eine Einrichtung, die die Substrate für eine Bewegung quer zum Rotationsbewegungsweg an ihr anbringt.
Bei einer speziellen erfindungsgemäßen Anordnung können an der Trägereinrichtung Substrate in einer Anordnung angebracht werden, die insgesamt quer zur Rotationsachse der Trägereinrichtung verläuft, um die Substrate um diese Drehachse zu drehen, wobei die Beschichtungseinrichtung wenigstens eine Filmabscheidungsvorrichtung, die an einer Arbeitsstation angrenzend an die Substratanordnung und dieser zugewandt angeordnet ist und zur Abscheidung eines gewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und wenigstens eine Ionenquellenvorrichtung umfaßt, die angrenzend an die Substratanordnung angeordnet und dieser zugewandt ist und zur Schaffung eines Plasmas geeignet ist, um eine chemische Reaktion mit dem abgeschiedenen Material zu bewirken, und wobei sich die Vorrichtungen relativ zu der Trägereinrichtung quer zur Drehachse bewegen können.
Bei der letzteren Anordnung können die Vorrichtungen für eine gewählte Radialbewegung relativ zu der Trägereinrichtung angebracht werden.
Bei jeder der vorstehenden Anordnungen kann die Abscheidungseinrichtung aus einer magnetronverstärkten Vorrichtung, einer Punktquellen-Zerstäuberkanone oder einer Anordnung von Punktquellen-Zerstäuberkanonen, einer stationären Bedampfungsquelle, einer Zentrifugalkraft-Rotationsbedampfungsquelle und einer reaktiven Ionenplattierungsquelle ausgewählt werden, wobei die wenigstens eine Ionenquellenvorrichtung aus einer selbststartenden Magnetronvorrichtung, einer Punktquellenvorrichtung und einer Vorrichtung ausgewählt ist, die ein Plasma mit Ionen geringer Energie erzeugen kann.
Die Ionenquellenvorrichtung kann weiterhin eine Elektrodeneinrichtung, die eine gewählte Spannung erhalten kann, um ein gesteuertes Gefälle des elektrischen Feldes zwischen der Ionenquellenvorrichtung und der Trägereinrichtung zu erzeugen, eine Einrichtung zur Aufbringung eines magnetischen Feldes um die Elektrodeneinrichtung quer zu dem elektrischen Feld, eine Verteilereinrichtung für eine örtliche Zufuhr von Gas zu der Elektrodeneinrichtung und eine Einrichtung für eine örtliche Zufuhr von Elektronen zu der Elektrodeneinrichtung und in den Bereich der quer verlaufenden elektrischen und magnetischen Felder umfassen, um ein Plasma des Gases zu bilden, wodurch reaktive Gasionen durch das Elektrodenpotential entlang des Gefälles des elektrischen Feldes in Richtung der querenden Einrichtungen und Substrate beschleunigt werden.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Bildung optischer Beschichtungen auf Substraten bereit, bei dem das Substrat auf einer Trägereinrichtung innerhalb einer Vakuumkammer angebracht wird, eine Beschichtungsvorrichtung vorgesehen wird, die wenigstens eine erste Vorrichtung in Form einer Abscheidungsvorrichtung, die angrenzend an die Trägereinrichtung angeordnet ist und zur Abscheidung eines gewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und wenigstens eine zweite Vorrichtung in der Form einer Ionenquellenvorrichtung umfaßt, die angrenzend an die Trägereinrichtung angeordnet ist und ein Plasma zur Bewirkung einer gewählten chemischen Reaktion mit dem gewählten Material schaffen kann, und bei dem die Beschichtungseinrichtung zur Bildung einer gewählten optischen Beschichtung auf den Substraten betrieben wird, während wenigstens die Trägereinrichtung und/oder die Beschichtungseinrichtung relativ zueinander entlang eines Weges bewegt werden, der zur Schaffung im wesentlichen gleicher Abscheidungsgeschwindigkeiten für ähnlich ausgebildete im Abstand angeordnete Substrate gewählt ist, wobei die Trägereinrichtung eben ist oder die Ebene der Trägereinrichtung in einem geringen Winkel bezüglich der Normalen der Drehachse ausgerichtet ist und Substrate auf ihr in einer Ebene angebracht werden können, die insgesamt senkrecht zur Drehachse der Trägereinrichtung verläuft, wenigstens eine Abscheidungsvorrichtung vorgesehen wird, die an einer Arbeitsstation angrenzend an die Substratebene und dieser zugewandt angeordnet ist, wenigstens eine Ionenquellenvorrichtung vorgesehen wird, die angrenzend an die Substratebene und dieser zugewandt angeordnet ist, um ein lokal intensives Plasma angrenzend an den Werkstückträger zu erzeugen, und wobei ein Arbeitsgas und ein reaktives Gas eingeführt werden und die Trägereinrichtung gedreht wird, um die Substrate an der ersten und der zweiten Vorrichtung vorbei durch die Reaktionszone zu bewegen, die der zweiten Reaktionsvorrichtung zugeordnet ist.
Das Verfahren kann außerdem die wahlweise Betätigung der Abscheidevorrichtung und der Reaktionsvorrichtung aufweisen, um eine zusammengesetzte Beschichtung zu bilden, die wenigstens eine Vielzahl von Schichten umfaßt, wobei die Zusammensetzung jeder Schicht aus wenigstens einem ersten Metall, einem zweiten Metall, einem Oxid des ersten Metalls, einem Oxid des zweiten Metalls, Mischungen des ersten und zweiten Metalls und Oxiden von Mischungen des ersten und zweiten Metalls ausgewählt wird.
Das Verfahren kann zudem wenigstens eine Vielzahl von Abscheidungsvorrichtungen bereitstellen, wobei ausgewählte Abscheidungsvorrichtungen aufeinanderfolgend betrieben werden, um Abscheidungsschichten aus den gewählten Materialien auf die Substrate zu zerstäuben, und wahlweise die wenigstens eine Reaktionsvorrichtung in Verbindung mit einer Zufuhr eines ausgewählten Reaktionsgases zu ihr betrieben wird, um die ausgewählte Reaktion wenigstens mit ausgewählten Schichten vor der Zerstäubungsabscheidung der nächsten darauffolgenden Schicht zu bewirken.
Beispielsweise kann die gewählte Reaktion eine wahlweise Umwandlung des abgeschiedenen Materials in wenigstens eine der Oxid-, Nitrid-, Hydrid-, Sulfid-, Fluorid- und Karbidverbindungen und -mischungen einschließen.
Die ausgewählte Reaktion kann speziell das abgeschiedene Material in ein Oxid davon umwandeln.

A. Eigenschaften der Abscheidungs- und Reaktionszonen

Bei einer Ausführungsform unserer Erfindung, die sich grundsätzlich vom Stand der Technik unterscheidet, werden sowohl die Abscheidung als auch die Reaktion in langen, schmalen, axialen Zonen bewirkt, die aneinander grenzen und relativ zum Umfang eines Substratträgers bewegt werden. Die Reaktion erfolgt mittels eines hochintensiven Plasmas auf äußerst wirksame Weise unter hohen Gasdrucken in einer langen, schmalen Zone, die physikalisch von der Metallabscheidungszone durch einen Bereich mit relativ niedrigem Druck isoliert ist. Durch die Verwendung einer reaktiven Ionenquelle, beispielsweise das lineare Magnetron oder eine geeignet gestaltete Ionenkanone, die eine langgestreckte gleichförmige Ionenfluß dichte hoher Intensität angrenzend an den Umfang des Trägers erzeugen kann, um ein starkes reaktives Plasma aus Sauerstoff oder einem anderen Gas zu erzeugen, besteht das reaktive Hochdruckvolumen im wesentlichen aus hochenergetischen Gasarten, was die für die Reaktion erforderliche Zeit in starkem Ausmaß verkürzt. Ein weiterer sich ergebender Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß sie nicht auf reaktive Gase, wie Sauerstoff, begrenzt ist, weil Verbindungen unter Verwendung anderer Gase, wie Stickstoff, Wasserstoff, hydrierte Kohlenstoff enthaltende Gase, wie Butan, Methan, Azetylen, usw., Fluor, hydrierte Fluor enthaltende Gase, wie Freon usw., und gasförmige Oxide von Kohlenstoff zur Bildung von Nitriden, Hydriden, Fluoriden, Karbiden, usw. und Legierungen und Mischungen gebildet werden können. Die Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Technik und bietet weitere Vorteile dadurch, daß beträchtliche Abscheidungsgeschwindigkeitssteigerungen durch Anwendung einer Normierung und den Einsatz von Mehrfachstationen verwirklicht werden können. Die verfügbaren Gasdrucke und Abscheidungsgeschwindigkeiten liegen über den in der Praxis erreichbaren Abscheidungsgeschwindigkeiten bei Einsatz einer Anlage nach dem Stand der Technik. Es können auch gekrümmte Substrate beschichtet werden, weil das Erfordernis der dichten Abtrennung beseitigt ist.

B. Vorliegendes System und Betriebsverfahren

Gemäß einem Aspekt unserer Erfindung drehen sich Substrate auf einer Trägereinrichtung mit einer im wesentlichen flachen Form an einem Satz von Behandlungsstationen und/oder umgekehrt, vorbei, die Dünnfilmbeschichtungen auf den Substraten einschließlich Beschichtungen aus feuerfestem Metall und dielektrische Beschichtungen mit optischer Qualität, wie Metalloxid, ausbilden. Die bevorzugte Substratträgergestalt, die in unserem System verwendet wird, ist ein sich drehendes Scheibensystem. Die Grundträgerkonstruktion kann inhärent mit verschiedenen Geschwindigkeiten auf ähnlich gestalteten (beispielsweise ebenen) Substratflächen oder Oberflächenbereichen abscheiden, was von der Position des Substrats auf dem Träger abhängt. Die Ausgestaltung der Trägereinrichtung selbst, die Ausgestaltung der Abscheidungsvorrichtung und/oder die Relativbewegung der Substratträgereinrichtung und der Abscheidungsvorrichtung können geeignet sein, eine jegliche solche Tendenz zu verringern, mit verschiedenen Geschwindigkeiten abzuscheiden, und gestaltet ansonsten das System so, daß gleichförmige Abscheidungsgeschwindigkeiten begünstigt werden.
Die Abscheidungsvorrichtungen können gewählt werden aus einer oder mehreren (a) stationären Magnetronvorrichtungen, (b) Drehmagnetronvorrichtungen, (c) Punktquellen-Zerstäubungskanonen, (d) stationären Verdampfungsquellen, (e) rotierenden Zentrifugalkraft-Verdampfungsquellen und (f) reaktiven Ionenplattierungsquellen. Ebenfalls kann die Ionenquellenvorrichtung mit chemischer Reaktion ausgewählt werden aus einer oder mehreren (a) selbststartenden Ionenkanonen, (b) nicht selbststartenden Ionenkanonen, (c) Punktionenquellen, (d) Mikrowellenquellen, (e) nicht ausgeglichenen Magnetronquellen, (f) HF- Quellen und (g) Lichtbogenquellen.
Alternative Magnetronversionen umfassen (1) wenigstens eine magnetronverstärkte Zerstäubungsabscheidungsvorrichtung oder -kathode (eine planare, magnetronverstärkte Vorrichtung oder eine rotierende, magnetronverstärkte Vorrichtung mit zylindrischem Target oder eine rotierende, magnetronverstärkte Mehrfachtargetvorrichtung), die in einem Metallabscheidungsmodus zum Abscheiden von Silizium, Tantal usw. arbeitet, und (2) eine ähnliche Vorrichtung, wie eine lineare, magnetronverstärkte Vorrichtung, die in einem reaktiven Plasmamodus arbeitet, oder eine inverse Magnetronionenkanone oder eine andere Ionenkanone oder eine andere Ionenquelle, die so gestaltet ist, daß eine langgestreckte, gleichförmige Ionenflußdichte mit hoher Intensität angrenzend an den Umfang des Trägers erzeugt wird, um ein intensives, chemisch reaktives Plasma zu erzeugen, wobei Sauerstoff und/oder Gase verwendet werden, wie sie oben aufgelistet sind. Vorzugsweise wird diese Anordnung verwendet, um die oben beschriebenen langen, schmalen Zonen für sowohl die Abscheidung als auch die Reaktion mit vollständiger physikalischer Trennung der Zonengrenzen bereitzustellen. Wenn Vorrichtungen, wie ähnliche lineare, magnetronverstärkte Kathodenvorrichtungen verwendet werden, kann die eine unter Verwendung eines relativ niedrigen Partialdrucks des Gases (beispielsweise Sauerstoff) verwendet werden, um den Metallabscheidungsmodus zu schaffen, während die andere bei einem relativ höheren Partialdruck des reaktiven Gases arbeitet, um das starke reaktive Plasma für die Oxidation usw. zu erzeugen.
Die Anordnung ist so abstufbar, daß eine Vielzahl von Vorrichtungen in jeder Behandlungsstation verwendet werden kann, die so eingestellt ist, daß die Abscheidungsgeschwindigkeiten und die Anzahl der gebildeten Materialien gesteigert werden. Es können verschiedene Behandlungsstationsanordnungen in einer Kammer zum Abscheiden und Oxidieren vorgesehen werden, die unterschiedlich sind oder auf andere Weise mit Metallen getrennt, aufeinanderfolgend oder gleichzeitig reagieren. Als ein Beispiel können wahlweise vier Stationen angeordnet und so betrieben werden, daß sie die Siliziumabscheidung, Oxidation, Tantalabscheidung und Oxidation ausführen, um schnell abwechselnde Schichten aus Siliziumoxid und Tantaloxid zu bilden. Es können beispielsweise eine oder mehrere Siliziumabscheidungsstationen und eine oder mehrere zugeordnete Oxidationsstationen gleichzeitig bezogen auf die Zeit und aufeinanderfolgend im Raum zur Bildung von SiO&sub2;-Schichten betrieben werden, die sich mit Ta&sub2;O&sub5;-Schichten abwechseln, die in der gleichen Weise ausgebildet werden.
Bei unserem Verfahren kann die Beziehung zwischen der Leistung der Abscheidungskathoden und der Geschwindigkeit der Rotation oder Translation des Substrats so bemessen werden, daß bei jedem Schritt eine abgeschiedene Dicke von einer oder mehreren atomaren Schichten erhalten werden kann. Durch Hinzufügung zusätzlicher Kathoden aus anderen Materialien und durch Einstellen der Leistung für jede Kathode können in wirksamer Weise Legierungen mit jedem gewünschten Verhältnis geschaffen werden. Beispielsweise kann NiCr in irgendeinem gewünschten Verhältnis von Kathoden aus Ni und Cr über große Bereiche gebildet werden, indem einfach die relative Leistung für die Kathoden eingestellt wird. Durch Hinzufügen von Oxidationsstationen kann man komplexe Oxide, wie Barium-Kupfer-Yttrium- Oxid ausbilden, also Formen, von denen bekannt ist, daß sie supraleitend sind.
Die obigen und weitere Aspekte der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 und 2 eine vereinfachte schematische perspektivische Ansicht bzw. eine vereinfachte schematische horizontale Schnittansicht jeweils eines magnetronverstärkten Einzelrotationszylindertrommel-Vakuumzerstäubungssystems sind, das die vorliegende Erfindung nicht verkörpert, jedoch hinsichtlich einer relevanten Hintergrundinformation beschrieben wird,
Fig. 3 und 4 eine vereinfachte schematische perspektivische Ansicht, die teilweise aufgeschnitten ist, bzw. eine vereinfachte schematische horizontale Querschnittansicht eines Bautyps einer linearen Gleichstrom- Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung sind, die bei dem magnetronverstärkten Vakuumzerstäubungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Fig. 5 und 6 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht bzw. eine teilweise schematisch dargestellte Stirnansicht einer inversen linearen Magnetron-Ionenquelle sind, die bei dem magnetronverstärkten Vakuumzerstäubungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
Fig. 7 bis 9 Scheibensysteme darstellen, die eine Doppeldrehscheibenanordnung (Fig. 7), Doppeldrehscheiben und radial translativ bewegbare Targets (Fig. 8) und eine geneigte Zentrifugalkraft-Substrathaltescheibe (Fig. 9) einschließen,
Fig. 10 schematisch eine weitere alternative Abscheidungsquellenanordnung in Form von Punktquellen-Zerstäubungskanonen oder S-Kanonen zeigt,
Fig. 11 bis 14 schematisch alternative Anordnungen von thermischen Verdampfungsabscheidungsquellen zeigen, d.h. Systeme, die Widerstandsheizung (Fig. 11), Elektronenstrahlheizung (Fig. 12) und Laserheizung (Fig. 13) sowie eine Zentrifugalkraftanordnung (Fig. 14) mit seitlich montiertem Tiegel verwenden,
Fig. 15 eine modifizierte Drehversion des Plasmaplattierungssystems zeigt, das in der US-A-4 777 908 gezeigt ist,
Fig. 16A und 16B modifizierte Anordnungen der inversen linearen Magnetronionenquellenkanone von Fig. 5 und 6 offenbaren, die ein Thermionenelektronen-Emissionssystem bzw. ein Hohlkathoden-Emissionssystem einschließen, um einen unabhängigen, selbststartenden Betrieb und eine erhöhte Stabilität bereitzustellen,
Fig. 17 ein weiteres Ionenquellensystem in der Form einer oder mehrerer sogenannter Punktquellenionenkanonen zeigt,
Fig. 18 ein weiteres Ionenquellensystem in der Form einer mikrowellengetriebenen Quelle zeigt und
Fig. 19 eine alternative Geometrie in Form eines rotierenden linearen Magnetron-Mehrfachtarget-Systems zeigt.

A. Drehsysteme

1. Zerstäubungssysteme

Einer Beschreibung einiger spezieller Ausführungsformen der Erfindung wird eine allgemeine Beschreibung bestimmter Formen von Zerstäubungsabscheidungssystemen vorangestellt. Eine Anzahl der beschriebenen Systeme hat Substratträger in Form von Reihentranslationssystemen mit rotierenden zylindrischen Trägern sowie bahnartige Trägersysteme. Keine dieser Formen von Substratträgern liegt innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, und die Systeme werden lediglich als Beispiele von unterschiedlichen Beschichtungs systemen beschrieben. Lineare, magnetronverstärkte Gleichstrom-Zerstäubungskathoden arbeiten in einem Partialdrucktrennbereich, der mit einem drehzylindrischen Werkstücktransport kombiniert ist, um ein Zerstäubungsabscheidungssystem bereitzustellen, das in der Lage ist, mit hoher Geschwindigkeit optische Filme mit einer Einzel- oder Mehrfachschicht aus Materialien zu bilden, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt darauf, SiO&sub2;, TiO&sub2; und Ta&sub2;O&sub5;. Diese Kombination wird trotz der früheren Unverträglichkeit der linearen Magnetronzerstäuber und des Drehwerkstücktransports und trotz der inhärenten Schwierigkeit (beim Stand der Technik nachgewiesen) beim Durchführen einer Partialdrucktrennung erreicht.
Fig. 1 und 2 zeigen eine vereinfachte schematische perspektivische Ansicht bzw. eine horizontale Schnittansicht eines einzelnen magnetronverstärkten Drehvakuum-Zerstäubungssystems. Das dargestellte Zerstäubungssystem 10 hat ein Gehäuse 11, welches eine Vakuumbehandlungskammer bildet und mit einem geeigneten Vakuumpumpsystem 12 verbunden ist, das in Fig. 2 gezeigt ist. Das Vakuumpumpsystem hat eine Cryopumpe oder eine andere geeignete Vakuumpumpe oder Kombinationen davon, um die Vakuumkammer über eine Auslaßöffnung 13 zu entleeren und abzupumpen. Das System 10 hat auch eine Trommel 14, die für eine Drehung um eine Welle 16 angebracht ist und eine zylindrische Seite aufweist, die für das Anbringen von Substraten 15 verschiedener Gestalten und Größen geeignet ist. Die Substrate 15 können direkt an der Trommel 14 angebracht werden, wobei sie nach außen zu den Zerstäubungsstationen hinweisen, die im Abstand um den Außenumfang der Trommel angeordnet sind, oder nach innen zu zerstäubungsstationen hinweisen, die im Abstand längs des Innenumfangs der Trommel angeordnet sind. Die Trommelanordnung bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 1 und 2 ist eine Vielzahl von linearen, magnetronverstärkten Zerstäubungsvorrichtungen, die insgesamt mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet sind, um den Außenumfang der Trommel 14 angeordnet. Bei einer beispielsweisen Ausführungsform wird die mit 26 bezeichnete Station dazu verwendet, Material, wie Silizium, abzuscheiden, während eine Station 27 ein anderes Material, beispielsweise Tantal, abscheidet, und eine Station 28 verwendet wird, um ein Gas, wie Sauerstoff, mit den Substraten reagieren zu lassen, um die abgeschiedene Metallschicht(en) in Oxid umzuwandeln. (Die Bezugszeichen 26 bis 28 beziehen sich auf die Behandlungsstationen und auf die Vorrichtungen an diesen Stationen). Durch Drehen der Trommel 14 und durch selektives Arbeitenlassen der Zerstäubungs- und Reaktionsstationen 26, 27 und 28 können somit die Metalle und/oder ihre Oxide selektiv auf dem Substrat in im wesentlichen jeder gewünschten Kombination gebildet werden. Durch Drehen der Trommel 14 und durch aufeinanderfolgendes Aktivieren der Zerstäubungskathoden in der Folge 26, 27, während die zugeordnete Reaktionsstation (die zugeordneten Reaktionsstationen) 28 arbeiten gelassen werden, kann beispeilsweise das System 10 eine Siliziumschicht bilden, die wenige Atome dick ist, und das Silizium zu SiO&sub2; oxidieren, dann eine Tantalschicht, die wenige Atome dick ist, abscheiden und das Tantal zu Ta&sub2;O&sub5; oxidieren. Diese Folge kann je nach Anforderung wiederholt und geändert werden, um eine zusammengesetzte optische Beschichtung aus Schichten von SiO&sub2; und Ta&sub2;O&sub5; mit genau gesteuerten Dicken zu bilden. Es sei erwähnt, daß die Oxidationsstationen 30, beispielsweise die an der Stationsstelle 28, eine planare Magnetronkathode verwenden können ähnlich jener, wie sie bei den Abscheidungsstationen 26 und 27 verwendet werden, durch Austauschen von Sauerstoff gegen Argon - oder es können andere Ionenquellen verwendet werden, die in der Lage sind, ein reaktives, ionisiertes Plasma zu erzeugen, wie Ionenkanonen oder die nachstehend beschriebene inverse, lineare Magnetronionenquelle oder andere Vorrichtungen, wie sie nachstehend beschrieben sind, die das erforderliche reaktive Gleichstrom- oder HF-Plasma erzeugen. Die Trommelanordnung bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

2. Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubungsabscheidungsvorrichtung

Fig. 3 und 4 zeigen schematisch einen Aufbau einer planaren Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung 30, die im Handel von Vactec oder anderen Firmen erhältlich ist und an den Positionen der Stationen 26 und 27 und wahlweise an der Station 28, Fig. 1 und 2, eingesetzt werden kann. Die Zerstäubungsvorrichtung 30 hat ein Gehäuse, welches eine Elektrode 31 trägt und eine vordere Gastrennwand 32 bildet, die eine Öffnung 36 hat, die selektiv durch einen Verschluß (nicht gezeigt) geschlossen ist. Die Elektrode 31 ist mit einer Energieversorgung 33 zum Anlegen einer Spannung von beispielsweise -400 V bis -600 V an die Elektrode bezogen auf die Trennwand 32 verbunden, die sich auf Anodenpotential (gewöhnlich Masse) befindet. In dem Elektrodenkörper sind Permanentmagneten (nicht gezeigt) angebracht, um ein Magnetfeld B mit Rechtecksrennbahngestalt längs der Oberfläche des Targets 34 und senkrecht zu dem angelegten elektrischen Feld bereitzustellen. Angrenzend an das Target 34 sind Verteilerrohre 37 angeordnet und mit einer Gasquelle zum Zuführen eines reaktiven Gases, wie Sauerstoff, oder eines inerten Arbeitsgases, wie Argon, zu der Zerstäubungskammer 35 verbunden, die von der Trennwand 32 und dem Target 34 gebildet wird. Die Vorrichtung wird durch Wasser gekühlt, das über einen Einlaß 38 zugeführt und zu einem Auslaß (nicht gezeigt) umlaufen gelassen wird. Die Trennwände 32 in den einzelnen Zerstäubervorrichtungen 30 teilen wirksam die gesamte Behandlungskammer 10, Fig. 1 und 2, in unterschiedliche Bereiche oder Unterkammern in jedem Zerstäuber, in welchem unterschiedliche Gasatmosphären und/oder Gaspartialdrucke eingestellt werden können. Verbesserungen könnten leicht dort ausgeführt werden, wo eine oder mehrere zusätzliche Pumpen installiert werden könnten, um die Trennung zwischen den Bereichen der reaktiven und nicht reaktiven Gase zu verbessern.
Es können Verbunde usw. wie dielektrische Oxidfilme durch Verwendung der linearen Magnetron-Zerstäubungsvorrichtungen 30 an den Zerstäubungsstationen 26 und/oder 27 und durch Verwendung einer anderen Art der Vorrichtung, beispielsweise der Ionenquelle 40, die im nächsten Abschnitt beschrieben wird, an der Reaktionsstation bzw. den Reaktionsstationen 28 gebildet werden. Alternativ kann man lineare Magnetron-Zerstäubungsvorrichtungen 30 an den Zerstäubungsstationen 26 und/oder 27 und/oder an der Reaktionsstation 28 einsetzen. In beiden Fällen sind die Zerstäubungsvorrichtung und die Ionenquellenvorrichtung in verschiedenen Partialdruckbereichen oder Kammerbereichen eingeschlossen, zwischen denen das Substrat aufgrund der sich kontinuierlich drehenden Trommel wechselt. Wenn die abgetrennten Magnetronkathoden 30 dazu verwendet werden, sowohl zu zerstäuben als auch zu oxidieren, werden die Kathoden mit einer relativ hohen Leistungsdichte in einer Sauerstoffumgebung in der Kammer 10 unter Verwendung eines Targets arbeiten gelassen, das so ausgelegt ist, daß es das ausgewählte Metall, wie Silizium oder Tantal, zerstäubt. Die durch die Wand getrennten Magnetronkathoden, die in den Stationen 26 und 27 für die Metallabscheidung verwendet werden, werden jedoch in einer Umgebung mit einem reaktiven Gas (Sauerstoff) von niedrigem Partialdruck arbeiten gelassen, damit sie in einem Metallmodus wirken und Metall mit entsprechend hohen Geschwindigkeiten abscheiden. Der niedrige Sauerstoffpartialdruck wird dadurch erreicht, daß inertes Arbeitsgas, wie Argon, in den Kammerbereich über die Gaseinlaßverteiler 37 strömen gelassen wird. Der andere Bautyp der abgetrennten Magnetronkathode 28 wird bei relativ höherem Partialdruck des reaktiven Gases arbeiten gelassen, und der Zerstäuber scheidet das Metall mit einer viel geringeren Geschwindigkeit an den sich bewegenden Substraten ab, oxidiert jedoch das Metall mit einer viel höheren Geschwindigkeit. Das Target mit niedrigerer Geschwindigkeit trägt wenig zur Gesamtabscheidungsgeschwindigkeit bei und beeinträchtigt die Steuerung somit nicht, erzeugt jedoch ein hochreaktives Plasma, welches es dem Kammersauerstoff ermöglicht, leicht mit dem wachsenden Dünnfilm zu reagieren, und gestattet als Folge die Verwendung eines relativ niedrigen Gesamt-Kammersauerstoffpartialdrucks, was die Kathodenstabilität und die Geschwindigkeit vergrößert. Diese reaktive Zerstäubungsmethode ergibt reproduzierbare Dünnfilme, die mit hohen Geschwindigkeiten abgeschieden werden, voll oxidiert sind und gute optische Eigenschaften haben.

3. Inverse lineare Magnetronbauweise der Ionenquelle

Fig. 5 und 6 zeigen die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform einer inversen (oder entgegengesetzt vorgespannten) linearen Magnetronbauweise einer Ionenguelle 40, die an einer Ionenquellen-Reaktionsstation (an Ionenquellenreaktionsstationen) 28 eingesetzt wird, siehe Fig. 1 und 2, um die gewünschte schmale, langgestreckte Reaktionszone zu schaffen. Die Ionenquelle 40 verwendet Elektronen, die dem Zerstäubungsplasma zugeordnet sind, um Ionen aus einem reaktiven Gas in einem separaten örtlichen Plasma zu erzeugen. Diese Ionen bombardieren das durch Zerstäubung abgeschiedene Material auf den Substraten und bilden so Verbunde mit dem zerstäubten Material. Die Ionenquelle 40 kann den Elektrodenkörper oder eine Anordnung 31 und das Gehäuse 32, was in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, benutzen (aus Gründen der Deutlichkeit ist das Gehäuse 32 in Fig. 5 und 6 weggelassen). Aufgrund der Eignung zum Einsatz als lineare Magnetronionenquelle hat die direkt gekühlte Elektrodenanordnung 31 eine O-Ringdichtung 41 und mit Innengewinden versehene Löcher 42 in der Fläche zum isolierenden Anbringen einer nichtmagnetischen Abdeckplatte 43 aus rostfreiem Stahl anstelle des Targets 34, um den Wasserzirkulationskanal 45 in dem Körper 31 abzudichten. Wie vorher erwähnt, hat der Körper 31 auch Permanentmagnete (nicht gezeigt), die ein Magnetfeld mit langgestreckter rechteckiger "Rennbahn"-Gestalt 44 längs der Platte 43 bilden, wenn die Platte an dem Körper 31 montiert ist. Die Ionenquelle 40 wird angrenzend an den Umfang des drehbaren Substratträgers 14 mit ihrer langen Richtung oder Achse 40L parallel zur Achse 16A des Trägers 14, Fig. 1, und mit der Breite oder kurzen Achse 40W parallel zum Umfang angebracht.
Längs der langgestreckten gegenüberliegenden Seiten der Magnetronrennbahn 44 sind ein Paar von Stangenanoden 46-46 aus rostfreiem Stahl an Stützen 47 angebracht, die ihrerseits an der nichtmagnetischen Platte montiert sind. Die Anoden 46 sind gegenüber den Stützen 47 und der Platte 43 durch abgestufte Abstandsisolatoren 48 isoliert, welche relativ kleine Abschnitte, die sich in Löcher 49 in den Stangenanoden 46 erstrecken, und größere Bodenabschnitte haben, die dazu dienen, die Anoden präzise im Abstand von der Platte 43 aus rostfreiem Stahl zu halten, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Bei der Montage werden die Stützen 47 durch die Abstandsstücke 48 und durch die Löcher 49 in die Stangenanoden 46 eingeführt und durch Muttern 51 befestigt.
Jede Anode 46 ist eine gerade Stange, die geringfügig kürzer als die lange Seite der Magnetronrennbahn 44 ist. Die gekrümmte, insgesamt halbzylindrische, nach außen weisende Fläche 52 jeder Anode entspricht eng der Form der magnetischen Feldlinien , Fig. 7. Die Anoden 46 sind durch Drahtleitungen 43 mit einer herkömmlichen Energieversorgung 54 verbunden, die in der Lage ist, Strom von mehreren Ampere bei beispielsweise +50 V bis +140 V Vorspannung bereitzustellen. Vorzugsweise sind längs des Abschnitts der Leiter 53 in dem Gehäuse Isolierwulste 56 (oder eine andere geeignete Isolation) angeordnet, um die Leitungen gegenüber dem Plasma zu isolieren und um eine Entladung an dem Draht zu unterbinden. Ein üblicher Betrieb erfolgt bei 2 bis 4 A und 100 bis 120 V für eine nominell 50,8 cm (20 Zoll) lange Magnetronelektrode.
Wie erwähnt, befindet sich die Montagestelle oder -station der inversen, linearen Magnetronionenquelle 40 außerhalb des Zerstäubungsbereichs (der Zerstäubungsbereiche) 26 oder 27, jedoch innerhalb des zugehörigen Plasmas, das sich im wesentlichen über die Vakuumzerstäubungskammer erstreckt. In Betrieb wird die Energieversorgung 54 dazu verwendet, die Stangenanoden 46 aus rostfreiem Stahl auf einer positiven Gleichspannung von beispielsweise 100 bis 120 V bezogen auf die Elektrodenanordnung 31 und die Platte 43 aus rostfreiem Stahl zu halten, die sich auf Systemmasse und auf einem sogar größeren positiven Potential bezüglich der Elektronen in dem umgebenden Plasma befinden. Wie ganz deutlich in Fig. 6 gezeigt ist, bilden die gekrümmten Flächen 52 der Anoden elektrische Feldlinien , die im wesentlichen senkrecht zu den magnetischen Feldlinien sind. Elektronen in dem zugehörigen Plasma werden zu den positiven Anoden 46 beschleunigt und von dem resultierenden x Feld längs der Magnetronrennbahn eingeschlossen oder eingegrenzt, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen mit dem Reaktionsteilnehmergas, das durch die angrenzenden Einlaßverteiler 57 zugeführt wird, stark erhöht wird und wodurch ein intensives Plasma erzeugt wird, das von der Rennbahngestalt 44 begrenzt ist. Dieses starke Plasma erzeugt viele Ionen aus dem Reaktionsteilnehmergas, die von den Anoden 46 durch den Potentialgradienten, der zwischen den Anoden und dem Hintergrundplasma vorhanden ist, weg und zu den Substraten beschleunigt wird. Diese energiereichen, gerichteten Ionen steigern den Reaktionsprozeß, beispielsweise durch Verstärkung der Oxidation der zerstäubten Metalle, wobei Sauerstoff als Reaktionsteilnehmergas verwendet wird.
Während des Betriebs stellt also die langgestreckte, inverse, lineare Magnetronionenquelle 40 eine starke, lange, schmale Reaktionszone bereit, die von der Magnetronrennbahn 44 so gebildet wird, daß ihre lange Abmessung im wesentlichen die Höhe der Substratträgertrommel 14 überspannt und ihre schmale Abmessung längs des Umfangs des Trägers parallel zur Drehrichtung gebildet wird. Im besonderen Gegensatz zu dem Erfordernis beim Stand der Technik, wo im wesentlichen das gesamte Volumen außerhalb der einzigen Zerstäubungszone für eine Oxidation verwendet wird, hat bei der vorliegenden Version unsere Ionenquelle 40 eine Reaktionszone, die nur etwa annähernd 12,7 cm bis 15,24 cm (5 bis 6 Zoll) breit ist und einen kleinen Bruchteil des Umfangs der Trommel 14 mit einem Durchmesser von 73,66 cm (29 Zoll) einnimmt (12,7 cm/π x D = 12,7 cm/227,5 cm = 5,5 %) oder (5"/π x D = 5"/91" = 5,5%). Wie vorher bildet die Trommelanordnung keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Aufgrund der starken magnetronverstärkten Plasmareaktion oxidiert diese Reaktionszone den abgeschiedenen Dünnfilm in gewöhnlich einem einzigen Schritt vollständig. Die geringe Ionenquellengröße und die hohe Reaktionsgeschwindigkeit sorgen für eine einzigartige, verbesserte Fähigkeit, was die Verwendung von beispielsweise einer Mehrzahl von Abscheidungsvorrichtungen, beispielsweise lineare, magnetronverstärkte Zerstäubungskathoden, und von inversen, linearen Magnetron- Oxidationsreaktionsvorrichtungen ermöglicht, um eine Abscheidung mit hoher Geschwindigkeit, hohem Volumen und hohem Durchsatz und eine Vielseitigkeit der Wahl der Zusammensetzung der abgeschiedenen Beschichtungen zu schaffen.
Die Kombination der drehbaren Trommel und der abgetrennten, magnetronverstärkten, linearen Zerstäubungskathoden und der inversen, magnetronverstärkten Ionenquellenreaktionsvorrichtungen führt zu Metall- und dielektrischen Schichten, die mit hoher Geschwindigkeit und präzise eingestellter optischer Qualität mit Dicken erzeugt werden, die sowohl an flachen, ebenen als auch unregelmäßig geformten Substraten mit einem Minimum von Maskierung abstufbar sind. Da eine vorgegebene Schicht durch eine Vielzahl von Beschichtungsschritten aufgebaut wird, werden auch die Einflüsse der Kathodenlichtbögen stark verringert, da jeder solche Bogen nur einen Abschnitt der Beschichtung repräsentiert. Wenn in dem Metallmodus gearbeitet wird, sind zudem die Magnetronlichtbögen gewöhnlich häufig und stark.
Das oben beschriebene Verfahren schließt die Zerstäubung von Metallmaterialien wie, jedoch ohne Beschränkung, Silizium, Tantal, Titan, Eisen oder alle anderen zerstäubbaren Materialien in einer Atmosphäre ein, die es dem Target gestattet, in dem Metallmodus zu arbeiten, der durch die höchste Geschwindigkeit der zerstäubung ausgezeichnet ist, während woanders in der Maschine ein Ionenprozeß eingestellt wird, der vorzugsweise magnetronverstärkte Zerstäubung benutzt, um den frisch abgeschiedenen Film einer reaktiven Atmosphäre auszusetzen, die ihn beispielsweise in ein Oxid umwandelt. Das Metall wird vorzugsweise mit einer Dicke von nicht mehr als wenigen Atomen abgeschieden, damit die Oxidation während des darauffolgenden Reaktionsprozesses vollständig ist. Gewöhnlich wiederholt sich die Folge von Zerstäubungsabscheidung, Oxidation, Zerstäubungsabscheidung, Oxidation je nach Erfordernis, um die Oxidschicht bis zur gewünschten Dicke des Materials, wie SiO&sub2;, aufzubauen. Wenn eine unterschiedliche Schicht, wie Ta&sub2;O&sub5;, ausgebildet werden soll, wird dann der gleiche, sich wiederholende Prozeß wiederholt. Es ist offensichtlich, daß verschiedene, Oxid bildende Zyklen und Metallabscheidungszyklen je nach Erfordernis angewendet werden können, um Zusammensetzungen von Oxiden allein, Oxiden und Metallen oder Metall (Metallen) allein zu bilden.
Wie oben erwähnt, wird ein lokal starkes, ionisiertes reaktives Plasma aus einer Ionenquelle, beispielsweise einer Ionenkanone oder einem planaren Magnetron, verwendet, um die Oxidationsreaktion bereitzustellen. Die Gleichförmigkeit der durch Magnetronzerstäubung abgeschiedenen Metallfilme ist genau, und die zylindrische Geometrie errnöglicht eine gleichförmige Verteilung der Zerstäubungsmaterialien. Dadurch ist es möglich, eine Zeit- und Energiesteuerung des Prozesses sowie fast jede Breite oder Länge der Kathode zu verwenden, wodurch die bisherigen Probleme der Steuerbarkeit, der Abstufbarkeit und des Durchsatzes, wie sie herkömmlichen Gleichstrom-Magnetronreaktivprozessen zugehörig sind, überwunden werden. Wie in den nachstehenden Beispielen gezeigt wird, ermöglicht diese Fähigkeit eine Präzisionsabscheidung von fraktionierten optischen Schichten, beispielsweise von optischen Schichten mit einer Sechzehntel sichtbaren Wellenlänge, die schwierig bei Verwendung von herkömmlichen Vakuumverdampfungsprozessen abzuscheiden sind.

5. Zusammenfassung des Drehsystembetriebs

Bevor auf spezielle Beispiele Bezug genommen wird, ist es hilfreich, die aufeinanderfolgenden Schritte nachzuprüfen, die bei unserem gegenwärtig bevorzugten Arbeitsverfahren der Drehmagnetronzerstäubungsvorrichtung verwendet werden. Da die nachstehend beschriebenen Beispiele unter Verwendung der Einzel- und Doppeldrehvorrichtung erhalten wurden, die in Fig. 1 bis 2 gezeigt sind, wird das Arbeitsverfahren auf diese Vorrichtung und auf verbesserte Ausführungen dieser Vorrichtung abgestimmt, die vier (oder mehr) Metallzerstäubungs- und Oxidations/Reaktionsstationen verwenden. Zur Vereinfachung beziehen wir uns auf die beispielsweise lineare magnetronverstärkte Bauart der Zerstäubungsvorrichtungen als Kathoden oder Zerstäubungkathoden.
Zunächst werden die Reflektoren oder Rohre oder andere Substrate am Umfang der Trommel angebracht. Der Vakuumraum/die Vakuumkarnmer wird dann auf einen Hintergrunddruck von beispielsweise 1,33322 x 10&supmin;&sup4; N/m² (1 x 10&supmin;&sup6; Torr) abgepumpt und die Drehung der Trommel mit der ausgewählten Drehzahl eingeleitet.
Danach werden die Metallzerstäubungskathoden, die während einer ausgewählten Beschichtungsfolge verwendet werden sollen, aktiviert, indem das Zerstäubungsgas, zur Veranschaulichung Argon, durch die Einlaßverteiler 37 strömen gelassen und Leistung an die Kathoden 31 über die zugeordneten Leistungszuführungen 33 angelegt wird. Vor dem Einleiten des Abscheidungs-(Abscheidungs-plus-Oxidations-)Beschichtungszyklus werden die Zerstäubungskathodenverschlüsse verschlossen gehalten, um eine Abscheidung zu unterbinden.
Wenn die Funktion der Zerstäubungskathoden angelaufen ist, werden die Ionenquelle oder die Ionenquellen 40 in Funktion versetzt. Wie erwähnt wird für den Betrieb der Ionenquelle 40 das Plasma verwendet, das der Funktion der Zerstäubungskathode(n) 30 zugeordnet ist, so daß das vorherige Arbeiten der Zerstäubungskathode erforderlich ist. Bestimmte andere Ionenquellen, wie die in einem Oxidiermodus arbeitende Zerstäubungskathode 30, sind nicht von einem gesonderten Plasma für den Betrieb abhängig, vielmehr wird gewöhnlich bevorzugt, selbst diese Vorrichtungen nicht zu starten, bis sich die Funktion der Zerstäubungskathode stabilisiert hat. Die Funktion der Ionenquelle(n) wird durch Zuführen des Einlaßstroms von Sauerstoff oder eines anderen gewünschten Reaktionsteilnehmergases oder Gemisches davon über die Einlaßverteiler 57 und durch Anlegen einer Leistung über die Leistungszuführung 54 eingeleitet.
Wenn die Zerstäubungskathoden und die Ionenquellen auf stabile Betriebsbedingungen eingestellt sind, d.h. bei Leistung, Gasstrom und Druck in stabiler Auswahl und bei einer Trommel, die mit spezifizierter Drehzahl arbeitet, um ausgewählte Abscheidungs- und Oxidationsgeschwindigkeiten bereitzustellen, wird die gewünschte Abscheidungs- und Oxidationssequenz durch selektives Öffnen der Verschlüsse bewirkt. Nimmt man beispielsweise an, daß zwei Zerstäuber- und zwei Oxidationsstationen (eine Oxidationsstation kann genügen) um den Umfang der Trommel 14 in der Folge Metall-1-Kathode, Ionenquellenoxidationseinrichtung, Metall-2-Kathode und Ionenquellenoxidationseinrichtung angeordnet sind, können die folgenden Beschichtungen durch die zugeordnete Zerstäubungskathodenverschlußöffnungssequenz erhalten werden (man vermerke, daß die Oxidation kontinuierlich ist und die Oxidationsvorrichtungsverschlüsse offengehalten werden, ausgenommen dann, wenn Schichten abgeschieden werden, die nicht oxidiert werden; während der Nicht- Oxidationsperioden werden die Oxidationseinrichtungen desaktiviert, beispielsweise durch Geschlossenhalten der Verschlüsse, siehe Beispiel 2, Metall-1):
1. Metall-1-Abscheidung, Oxidation, Metall-2-Abscheidung, Oxidation, gibt Metall-2-Oxid auf Metall-l-Oxid;
Metall-1 (Oxidationeinrichtungsverschlüsse geschlossen), Metall-2, Oxidation, gibt Metall-2-Oxid auf Metall-1;
3. Metall-1, Oxidation, Metall-2 (Oxidationseinrichtungsverschlüsse geschlossen), gibt Metall-2 auf Metall-1-Oxid;
4. Metall-2 (Oxidationseinrichtungsverschlüsse geschlossen), Metall-1) Oxidation, gibt Metall-1-Oxid auf Metall-2;
5. Metall-2, Oxidation, Metall-1 (Oxidationseinrichtungsverschlüsse geschlossen), gibt Metall-1 auf Metall-2-Oxid;
6. Metall-1 und Metall-2 gleichzeitig ohne Oxidationseinrichtungen (d.h. die Verschlüsse für die Metall-1-Kathode und die Metall-2-Kathode sind gleichzeitig geöffnet und die Oxidationseinrichtungen abgestellt oder die Verschlüsse geschlossen), gibt eine Schicht, die eine Mischung aus Metall-1 und Metall-2 ist; und
7. Metall-1 und Metall-2 gleichzeitig, Oxidation, gibt ein oxidiertes Gemisch von Metall-1 und Metall-2.
Es zeigt sich deutlich, daß eine im wesentlichen unbegrenzte Anzahl von Kombinationen von Mehrschicht-Beschichtungen aus verschiedenen Materialien und unter Verwendung einer Vielfalt von Kathoden ausgebildet werden kann.
Es sei vermerkt, daß während der Bildung von Mischungen aus zwei oder mehr Metallen und/oder anderen Materialien vorzugsweise die Zerstäubungskathodenverschlüsse offen gehalten werden und das Verhältnis von einem Material zum anderen oder zu anderen durch Einstellen der Leistung, des Drucks, der relativen Öffnungsgröße und/oder der relativen Anzahl von Kathoden variiert wird.
Insgesamt wird auch die Dicke einer speziellen Schicht, entweder einer Verbindung oder Mischung oder eines diskreten Materials durch die Länge der Zeit bestimmt, während der der/die zugehörige(n) Zerstäubungskathodenverschluß/verschlüsse offen ist/sind.
Basierend auf der obigen Beschreibung und den folgenden Beispielen sind die Fachleute in der Lage, im wesentlichen eine unbegrenzte Anzahl von Kombinationen von unterschiedlichen Zusammensetzungen, Verbindungen, Legierungen und Mischungen von Einzel- und Mehrschichtmetallen und anderen Materialien und ihrer Oxide, Nitride, Karbide usw. einschließlich Komplexmaterialien, wie Supraleiter, abzuleiten.
Die Fähigkeit zur Bildung von Filmen aus zusammengesetzen Materialien und Legierungen erstreckt sich auf Filme mit sich kontinuierlich ändernder Zusammensetzung und somit mit sich kontinuierlich ändernden optischen Eigenschaften, in einer Richtung senkrecht zur Substratebene. Das Zusammensetzungsprofil kann dadurch erreicht werden, daß die an eine oder mehrere der Zerstäubungskathoden angelegte Leistung kontinuierlich oder periodisch geändert wird oder daß die Öffnung oder die Verschlußöffnung an einer oder mehreren der Zerstäubungskathoden kontinuierlich variiert werden. Drei wesentliche Vorrichtungskategorien sind:

Transdarente Antireflexionsbeschichtungen

Sie können so hergestellt werden, daß sie einen Einzelfilm mit einem Brechungsindex aufweisen, der von dem Brechungsindex des Substratmaterials an dem Substrat zu dem niedrigsten praktischen Wert an der äußeren Grenzfläche variiert. Solche Vorrichtungen werden gewöhnlich zur Schaffung von Antireflexionsbeschichtungen eingesetzt, die über sehr große Bandbreiten, insgesamt zwei oder mehr Oktaven breit, wirksam sind.

Opake Antireflexionsbeschichtungen

Diese Beschichtungen, die zur Bereitstellung von allgemeinen und selektiven Absorptionsflächen auf Metallflächen verwendet werden, können gewöhnlich durch Ändern der Filmzusammensetzung von 100 % der gleichen Metallkomponente bis 100 % des gleichen transparenten Materials an der äußeren Grenzfläche hergestellt werden.

Transparente Filme mit kontinuierlichem, sich periodisch änderndem Profil

Das Brechungsindexprofil kann ein einfaches Profil einer festgelegten Frequenz oder ein komplexeres frequenzmoduliertes Profil sein. Übliche Einsätze solcher Aufbauten erfolgen als sehr schmale Bandreflektoren, die ein oder mehrere diskrete schmale Reflexionsbänder haben, die durch Bereiche mit hoher Durchlässigkeit getrennt sind. Eine typische Anwendung solcher Vorrichtungen wäre für den Schutz des Auges oder den Schutz eines Optiksystemsensors gegenüber Laserstrahlung, die auf das System in seinem Wellenlängenbereich der Transparenz einfällt.

C. Scheibensysteme

Wie nachstehend erläutert wird, wird die innewohnende Tendenz der sich drehenden Scheibensubstratträger, unterschiedliche Abscheidungsgeschwindigkeiten in Radialrichtung zu bewirken, durch Drehen der Substrate auf der Scheibe selbst (Fig. 7 bis 9) kompensiert, indem die Abscheidungsvorrichtung radial längs der Scheibe mit einer Geschwindigkeit bewegt wird, die proportional zu der radialen Position (Fig. 9) ist, und zwar durch die Verwendung einer Target/Vorrichtungs-Breite, die mit zunehmender radialer Distanz zunimmt und/oder durch Maskieren der Abscheidungsvorrichtung.
Fig. 7 zeigt ein System 160, bei welchem eine Hauptsubstratträgerscheibe 162 für eine Drehung in der Richtung 164 angeordnet ist. Zerstäubungskathoden- und Reaktionsstationen, wie 26, 27 und 28, sind den Scheiben zugewandt gegenüber einer oder beiden ihrer Hauptflächen angeordnet. Um die Abscheidung gleichförmig zu steigern, können die Substrate an kleineren Scheiben 166 angebracht werden. Die kleineren Scheiben 166 können für eine unabhängige Drehung angeordnet werden oder können Teil eines Planetengetriebes sein, welches die Scheiben mit einer Geschwindigkeit dreht, die eine Funktion der Drehgeschwindigkeit der Hauptscheibe 162 ist.
Alternativ können die Substrate an festgelegten Stellen an der Scheibe 162 angeordnet werden. Um die Gleichförmigkeit zu erhöhen, können die Zerstäuberkathoden/Abscheidungsvorrichtungen tortenförmig oder mit einer anderen Gestalt ausgebildet werden, in welcher die Target/Vorrichtungsbreite mit zunehmender radialer Distanz zunimmt. Die Kathode/Vorrichtung kann ebenfalls maskiert werden.
Das Scheibensystem 160 kann in einem kontinuierlichen Modus oder in einem Schaitmodus betrieben werden. Für den kontinuierlichen Betrieb wird die Scheibe 162 kontinuierlich an der Abscheidevorrichtung (den Abscheidevorrichtungen) 26, 27 und der Reaktionsvorrichtung (den Reaktionsvorrichtungen) 28 vorbeigedreht, und vorzugsweise werden die kleineren Scheiben 166 so gedreht, daß die axiale Behandlungsgleichförmigkeit gesteigert wird. Die Rotation ändert die radiale Position der Scheiben und der Substrate darauf bezüglich den sich radial erstreckenden Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtungen 26, 27, 28. Für den Schaltbetrieb wird die Trommel 162 selektiv zwischen den Arbeitsstationen bewegt, und während der Behandlung an der ausgewählten Station (den ausgewählten Stationen) werden die kleineren Scheiben 166 gedreht.
Bei einem alternativen Scheibensystem 160A, das in Fig. 8 gezeigt ist, sind die Abscheidungsvorrichtungen, wie 26, 27, und/oder die Reaktionsvorrichtungen 28 an einer Schlittenanordnung 170 für eine gesteuerte Radialbewegung bezüglich der Hauptscheibe 162 angebracht, um die Prozeßgleichförmigkeit zu steigern. Bei einer typischen Anordnung sind die Vorrichtungen an einem Führungsschaft 172 gleitend verschiebbar angebracht und werden radial durch eine motorgetriebene Gewindespindel 174 oder durch eine Magnetkopplungs-Antriebsanordnung unter Steuerung des Systemrechners radial verschoben. Diese gesteuerte Bewegung macht die Verweilzeit der Vorrichtung passend für ihre radiale Position. Das heißt, daß die Verweilzeit der Vorrichtungen 26, 27 und 28 direkt proportional zu ihrer radialen Distanz von der Mitte der Scheibenrotation ist. Wie bei 176 angezeigt, können die Substrate 15 an festgelegten Stellungen auf der Scheibe 162 oder auf den kleineren Scheiben 166 angebracht werden.
Fig. 9 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform 160B, bei welcher eine profilierte Zentrifugalkrafthaltescheibe 162A, die in ihrer Gestalt den konusförmigen Platten ähnlich ist, zum Halten von Halbleiterwafern während der Herstellungsvorgänge, beispielsweise der Ionenimplantation, gehalten wird. Die Ebene der Scheibe 162A ist mit einem kleinen Winkel Θ, gewöhnlich einige wenige Grad, bezüglich der Normalen 178 zu der Drehachse 180 ausgerichtet. Bei Drehung der Scheibe 162A hält folglich eine Komponente der Zentrifugalkraft die Substrate 15 gegen die Scheibe. Diese einfache zentrifugale Haltemethode ermöglicht hohe Drehgeschwindigkeiten. Dies ist vorteilhaft, weil der Betrag des während eines jeden Durchgangs abgeschiedenen Materials festgelegt/begrenzt ist. Der Durchsatz wird dadurch von der Drehgeschwindigkeit begrenzt und wird durch Steigern der Drehgeschwindigkeit erhöht.
Die Scheibe 162A von Fig. 9 kann in Kombination mit den feststehenden oder verschiebbaren Abscheide- und Reaktionsvorrichtungen 26, 27, 28 verwendet werden, die in Fig. 7 bzw. 8 dargestellt sind. In/auf der profilierten Scheibe 162A können entweder die festen Substrate 15 oder kleinere Substrathaltescheiben 166 oder beide angeordnet sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) kann das Substrat stationär sein, und die Ionenquellenreaktionsvorrichtung kann eine ringförmige Ionenkanone sein, die konzentrisch um ein S-Kanonen-Zerstäubungstarget angeordnet ist. Die konzentrischen Vorrichtungen sind auf einer xy-Bühne oder einer RΘ-Bühne angeordnet, welche die Abscheidungsvorrichtung und die Reaktionsvorrichtung (wie eine Oxidationseinrichtung) zusammen bewegt, um die Substratfläche zu bedecken.

E. Alternative Abscheidungsquellen und zugeordnete Systemanordnungen

1. Zerstäubungskanone

Fig. 10 zeigt schematisch eine weitere alternative Abscheidungsquellenanordnung 190, die eine sogenannte Punktquellenzerstäubungskanone oder S-Kanone 191 oder vorzugsweise eine Vielzahl oder Vielfalt solcher Zerstäubungskanonen 191 aufweist. Die Zerstäubungskanone(n) 191 kann jede der in großer Anzahl im Handel verfügbaren Zerstäubungskanonen sein, die von VacTec; Balzers; U.S., Inc. und anderen Lieferfirmen zur Verfügung gestellt werden.
Die Vorrichtungen 191 können mit den Substrattransportsystemen von Fig. 7 bis 9 verwendet werden. Die Quelle 191 hat einen lokalisierten Gasdruck, der ihre Verwendung als Zerstäubungsquelle ermöglicht, sie beschichtet jedoch etwas ähnlich wie eine thermische Quelle und kann entfernt in der zugeordneten Vakuumkammer nach Art einer Verdampfungsquelle positioniert und als eine Fernzerstäubungsvorrichtung betrieben werden.

2. Thermische Verdampfungsquellen

a. Widerstandsbeheizte Quelle

Fig. 11 zeigt schematisch eine alternative Zerstäubungsquellenanordnung 200, die eine herkömmliche Thermoverdampfungsquelle 201 in Verbindung mit der Horizontalachse und einen Einzel- oder Doppeldrehtrommel-Substratträger 14 benutzt. In Betrieb wird das Quellenmaterial 202 in einem Tiegel 203 durch eine herkömmliche Einrichtung, wie eine Widerstandsheizung (nicht gezeigt), verdampft, so daß das verdampfte Material 204 auf den Substraten abgeschieden wird, die auf der Trommel 14 gehalten sind.

b. Elektronenstrahlbeheizte Quelle

Fig. 12 zeigt schematisch eine Elektronenstrahlalternative 210 zu der widerstandsbeheizten Anordnung 200 von Fig. 11. Das System hat eine Quelle 212 für Elektronen, beispielsweise eine herkömmliche, handelsüblich verfügbare Hochspannungs-Elektronenstrahlkanone. Die Elektronenkanone 212 erzeugt einen Strahl 213 von Elektronen, die in den Tiegel 203 gerichtet werden, beispielsweise unter Verwendung herkömmlicher Steuereinrichtungen, wie einem Magnetfeld (nicht gezeigt), um das Quellenmaterial 202 zu verdampfen. Eine geeignete Elektronenstrahlheizanordnung ist in der US-A-4 777 908 beschrieben, auf die Bezug genommen wird. Eine geeignete elektronenstrahlbeheizte Plasmaplattierungsanordnung ist auch in der EP-A-0 384 617 beschrieben. Diese benutzt einen abgedeckten/ konstanten Anodentiegel, der eine verbesserte Kontinuität der elektrischen Schaltung und eine verbesserte Plattierungsleistung bereitstellt.

c. Laserbeheizte Quelle

Fig. 13 zeigt schematisch eine weitere alternative thermische Verdampfungsanordnung 215. Das Quellenmaterial 202 wird hier durch einen Laserstrahl 215 verdampft, und gewöhnlich wird ein Steueroptiksystem 208 aus Linsen und/oder anderen geeigneten Steuerelementen verwendet, um den kohärenten Strahl 216 aus dem Laser 217 auf das Quellenmaterial 202 zu richten.

d. Zentrifugalkraftsystem

Fig. 14 zeigt eine thermische Verdampfungsanordnung 220, bei der ein Zentrifugalkraftseitenhaltetiegel 223 horizontal für ein Drehung um eine Achse 226 durch eine Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) angebracht ist. Eine Quelle, wie die gezeigte Elektronenstrahlkanone 212 oder ein Laser, wird dazu verwendet, das Quellenmaterial 202 zu erhitzen, das seitlich zu den Substraten ausgetrieben wird, die an der horizontalen Trommel 14 oder an einem vertikal verschiebbaren Träger 224, usw. angebracht sind. Die durch die Drehung des Tiegels 223 erzeugte Zentrifugalkraft grenzt das Schmelzbad des Materials in dem Tiegel ein.
Es sei vermerkt, daß die Verdampfungsquellen (widerstandsbeheizte, E-Strahlen- und laserbeheizte Quellen) in zweckmäßigerer Weise in einer Horizontalachsen-Trommelform ausgeführt werden, jedoch auch Horizontalbeschichtungsversionen verwendet wurden. Wie bei der obigen S-Kanone 191 werden für große Beschichtungssysteme Mehrfachquellen bevorzugt, beispielsweise eine Linearanordnung von Quellen.

e. Plasmaplattierungs- und zugeordnete Abscheidungssysteme

Fig. 15 zeigt eine modifizierte Drehversion 230 des Plasmaplattierungssystems, das in der US-A-4 777 908 geoffenbart ist. Das letztere System hat einen elektrisch leitenden Tiegel 231, der in der Vakuumkammer 232 angeordnet ist und ihr gegenüber elektrisch isoliert ist, wobei jedoch dazwischen eine elektrische Verbindung mit niedrigem Widerstand vorhanden ist. In der Vakuumkammer ist in der Nähe des Tiegels 231 eine Hochspannungs-Elektronenstrahlquelle 233 angeordnet, die eine Hochspannungs-Elektronenkanone und ein Ablenkmagnetsystem (nicht gezeigt) hat, das angeordnet ist, um den Elektronenstrahl 235 aus der Kanone in den Tiegel abzulenken, um das Quellenmaterial darin zu verdampfen. Das Magnetsystem bildet auch ein Magnetfeld in dem Bereich über dem Tiegel. Eine Niederspannungs-Hochstromplasmaquelle mit einer gesonderten Plasmaerzeugungskammer 234 erzeugt ein starkes erstes Plasma in der Plasmaerzeugungskammer unter Verwendung einer ausgewählten Aktivierungsgasart von einer Quelle 236. Dieses Plasma wird in die Vakuumkammer 232 injiziert. Die Plasmaquelle hat eine elektrische Zwischenverbindung mit dem Tiegel, um den Stromfluß dazwischen zu ermöglichen. Wie gezeigt hat die Kammer einen oder mehrere drehbare horizontale Trommelsubstratträger 14-14, wodurch die Hochgeschwindigkeits-Plasmaplattierungsfähigkeit des angezogenen Temple-et-al. -Systems mit der Gleichförmigkeit und anderen Vorteilen kombiniert wird, die sich durch den Drehsubstrattransport ergeben. Außerdem ist das angezogene Plasmaplattierungsverfahren für Inline-Scheiben- und andere Transportsysteme, die hier beschrieben sind, geeignet.
Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Anordnung füllt die Plasmaquelle die Vakuumkammer mit einem insgesamt verteilten Plasma 237, das mit dem Magnetfeld über dem Tiegel 231 und dem den Tiegel 231 verlassenden verdampften Material zusammenwirkt, so daß ein starkes zweites Plasma 238 in dem Bereich über dem Tiegel gebildet wird, wodurch das durch den Bereich hindurchgehende Verdampfungsmaterial für eine gleichförmige Abscheidung auf den Substraten aktiviert wird, die an dem Einachsen- oder Doppelachsen-Drehtransportsystem angebracht sind. Durch Verwendung des beschriebenen Drehtransport- Plasmaplattierungsschemas können somit Dünnfilme verschiedener Metalle, feuerfester Metalle, Metalloxide usw. gleichförmig und mit hoher Geschwindigkeit auf den Substraten vakuumabgeschieden werden.

F. Alternative Reaktionsquellen und zuaeordnete Systemanordnungen

1. Geänderte inverse lineare Magnetron-Ionenkanonen

Das Verständnis der Probleme, die durch die geänderten, inversen, linearen Magnetron-Ionenkanonen 40A und 40B, die in Fig. 16A und 16B gezeigt sind, gelöst werden, und ihrer Vorteile kann durch eine Nachprüfung der Schlüsselaspekte des Beschichtungssystems, das in Fig. 1 gezeigt ist, und der oben erörterten Anordnung der inversen, linearen Magnetron-Ionenkanone 40 darauf gefördert werden.
Die Vakuumbeschichtungskammer von Fig. 1 wird in zwei Bereiche getrennt, eine Metallzerstäubungszone, die durch einen hohen Partialdruck des Argons sowie eine hohe Metallzerstäubungsgeschwindigkeit gekennzeichnet ist, und eine unabhängige Reaktionszone, die einen hohen Partialdruck des reaktiven Gases zusammen mit einer lonisierungsvorrichtung enthält, um die Reaktivität zu erhöhen. Die Substrate wechseln zwischen den beiden Zonen auf einer rotierenden Trommel, die mit ausreichender Geschwindigkeit umläuft, um nur einige wenige Monoschichten des Metallmaterials während eines jeden Durchgangs abzuscheiden. Unter Verwendung dieses Verfahrens können optische Dünnfilme mit hohen Geschwindigkeiten abgeschieden werden, wobei keine der Targetreaktionsinstabilitäten auftritt, die der herkömmlichen reaktiven Zerstäubung zugeordnet sind, wie uns diese Technologie bekannt ist.
Die oben beschriebene Methode verwendet zwei Arten von Ionenkanonen, die eine ausreichende Plasmadichte (2 bis 10 A Ausgangsstrom) erzeugen, um die Metallfilme voll reagieren zu lassen: Ein Standard-Magnetrontarget 30 (Fig. 3 und 4), das mit einem vergifteten Modus mit einer niedrigen Geschwindigkeit zerstäubt, und eine inverse, lineare Hochstrom-Niederenergie-Magnetron-Ionenkanone 40 (Fig. 5 und 6). Von den beiden Reaktionsanordnungen wird die inverse, lineare Magnetron-Ionenkanone 40 bevorzugt, da sie den Ionen kinetische Energie gibt, die es ermöglicht, die Trommeldrehgeschwindigkeit zu verlangsamen und/oder die Metallzerstäubungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Es ist bekannt, daß Ionen mit kinetischen Energien im Bereich von 100 eV in dünne metallische Filme auf Tiefen von bis zu drei Monoschichten eindringen und reagieren können, und daß die lineare Magnetronquelle 40 Energie erzeugt, die für diesen Zweck ausreicht. Im Gegensatz dazu können reaktive Gasionen ohne diese kinetische Energie nur mit einer oder zwei Monoschichten reagieren.
Trotz dieser Vorteile der Ionenkanone 40 haben, wie bei jeder Sache einer nicht perfekten Welt, beide der oben beschriebenen zwei Ionenkanonen Bereiche, wo eine Verbesserung möglich ist. Im Falle der Standard-Magnetronionenkanone 30 (Fig. 3 und 4) arbeitet das Magnetron in einem Vergiftungsmodus mit relativ niedriger Geschwindigkeit, der etwas Potential für eine Lichtbogenbildung bei hohen Stromdichten hat und der den abgeschiedenen wachsenden Film verunreinigt. Darüber hinaus ionisiert das vergiftete Magnetron einen relativ geringen Prozentsatz des reaktiven Gases und bildet weder eine Einrichtung zur Erzeugung von atomaren reaktiven Arten oder reaktiven Produkten, wie einatomigem Sauerstoff oder Ozon, noch gibt diese Vorrichtung den Ionen irgendeine kinetische Energie.
Wie oben beschrieben hängt die inverse, lineare Magnetron- Ionenkanone 40 (Fig. 5 und 6) von einem zusätzlichen Plasma ab, das durch die Abscheidungsvorrichtung, d.h. auf einem vorhandenen Plasma, geschaffen wird, um Elektronen für die Initialzündung und den stabilen Betrieb bereitzustellen. Als Folge sind die Betriebseigenschaften der Ionenkanone, wie die Anodenspannung, eine Funktion der vorhandenen Plasmadichten. Wenn das zusätzliche Plasma erlischt, kann die Ionenkanonenspannung um einen Faktor von bis zu drei bis fünf steigen. Die Stromabgabe der linearen Magnetronkanone ist aufgrund der Bogenbildung an den höheren Stromdichten und aufgrund der Elektronenmenge in dem Plasma ebenfalls begrenzt. Eine solche Bogenbildung kann zu Verunreinigungen, Poren und Absorption in dem wachsenden optischen Dünnfilm führen. Darüber hinaus sind die Anoden der inversen, linearen Magnetronkanone dem Plasma ausgesetzt und können durch gestreutes, zerstäubtes Material beschichtet werden. Die Anoden werden aufgrund der Elektronenbeheizung heiß. Zurückgestrahlte Energie kann dann eine beträchtliche Wärmebelastung für die Kammer und die Substrate bilden. Schließlich ist die geschlossene elektrische Schaltung für die Quelle etwas schwer zu bilden, da das Magnetrontarget selbst und die Kammerwände als Kathoden dienen können, um den Schaltkreis zu vervollständigen.
Die geänderten inversen, linearen Magnetron-Ionenkanonenvorrichtungen 40A, Fig. 16A, und 40B, Fig. 16B, sind so ausgelegt, daß die obigen Schwierigkeiten beseitigt werden, indem sie ihr eigenes, unabhängiges, zur Verfügung gestelltes, stabiles zusätzliches Hochleistungsplasma erzeugen und aufrechterhalten. Schlüsselanforderungen zum Erreichen dieser Auslegungsziele sind die Fähigkeit, (1) ein Plasma lokal zu der Ionenkanone zu erzeugen, und (2) einen elektrischen Strom in das Plasma bereitzustellen, der gleich dem Ionenkanonenstrom ist. Es können auch thermionische Elektronenemissionsvorrichtungen, Kalte-Kathoden-Entladungsvorrichtungen und Lichtbogenquellenvorrichtungen verwendet werden, wie sie in den US-A-4 777 908 und EP-A-0 394 612 gezeigt sind. Diese Vorrichtungen sind für eine Klasse von erfolgreichen Quellen repräsentativ, die Elektronen emittieren und als Kathode für die Ionenkanone wirken.
Das thermionische Elektronenemissionssystem 40A gemäß Fig. 16A verbessert die prinzipielle inverse, lineare Magnetron-Ionenkanone 40, die in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, indem eine Thermion-Elektron-Emissionsvorrichtung, beispielsweise ein Wolfram- oder Tantalfaden 240, ausreichend nahe an (in der Darstellung zwischen) den Anodenstangen 46-46 zum Emittieren von Elektronen in dem Magnetfeld B angeordnet wird. Der Faden 240 ist mit einer Energieversorgungsanordnung 241 verbunden, die eine Wechselstrom-Signalquelle 242 von etwa 10 V, die in der Lage ist, Strom mit etwa 10 bis 30 A zuzuführen, und eine Leistungsversorgung 243 für eine Vorspannung von etwa -50 bis -100 V aufweist, um die Fäden ausreichend zu erhitzen, damit eine thermionische Emission von Elektronen erreicht wird. (Die Strom- und Spannungswerte dienen nur der Darstellung und sind nicht beschränkend) Die Energieversorgung 54 (Fig. 5 und 6) legt eine positive Spannung an die Anodenstangen 46-46 an und erzeugt so das vorher erwähnte Magnetfeld mit der Rennbahnform, das quer zum elektrischen Feld ist, d.h. x . Aufgrund des gekreuzten elektrischen und magnetischen Felds werden Elektronen, die aus dem Faden 240 in das Magnetfeld emittiert werden, zu den Anodenstangen 46-46 hin angezogen, jedoch durch das Magnetfeld in Schraubenbahnen um die Linien des Flusses abgelenkt, so daß die Elektronenweglänge erhöht wird ebenso wie die Anzahl der ionisierenden Kollisionen mit den Molekülen des reaktiven Gases, das durch den Verteiler 57- 57 (Fig. 5 und 6) zugeführt wird. Als Folge wird ein Dichtplasmabereich angrenzend an die Anodenstangen 46-46 gebildet, und es ergibt sich eine Hochzahldichte an reaktiven Gasionen, die durch das Potential zwischen den Anodenstangen und dem Substrat zu dem Substrat beschleunigt werden.
Das geänderte inverse, lineare Magnetron-Ionenkanonensystem 408 gemäß Fig. 16B hat eine Elektronenquelle 245, die aus einer Hohlkathodenvorrichtung und der Lichtbogenquelle des angezogenen Patents und der angezogenen Anmeldungen von Temple et al. ausgewählt wird. Die Hohlkathodenvorrichtung enthält ein Material, wie Tantal, das Elektronen über eine Sekundäremission emittiert, und wird auf eine ausreichend hohe Spannung vorgespannt, um Sekundärelektronen bereitzustellen und um die gewünschte Konzentration von Elektronen in den Reaktionsteilnehmergasstrom einzuspeisen, der aus dem Auslaß 246 austritt. Zur Veranschaulichung ist das reaktive Gas Sauerstoff. Beispiele von Hohlkathoden sind die HC-Serien, verfügbar von Ion Tech, Inc. aus Fort Collins, Colorado.
Es sei vermerkt, daß die Funktion der Vorrichtungen 40A und 40B nicht besonders empfindlich gegenüber der Anordnung des Fadens 240 oder der Quelle 245 ist. Das bedeutet, daß der Betrieb effektiv ist, wenn die Elektronen erzeugende Vorrichtung ausreichend nahe an der Vorrichtung ist, um Elektronen zu den Randzonen des Magnetfelds so zuzuführen, daß die Elektronen zu den Stangen durch das zugehörige elektrische x - Feld gezogen werden.

2. Punktquellen-Ionenkanonen

Fig. 17 zeigt ein weiteres alternatives Ionenkanonensystem 40C, bei dem eine sogenannte Punktquellen-Ionenkanone 250 und eine Quelle 251 von reaktivem Gas, wie Sauerstoff, verwendet wird. Vorzugsweise ist eine Vielzahl (oder Vielfalt) von solchen Kanonen längs der Achse der Trommel ausgerichtet, um die erforderliche Abdeckung längs dieser Abmessung bereitzustellen. Die Kanone(n) kann jede einer Vielzahl von im Handel verfügbaren Ionenkanonenquellen sein, die die richtige Energie- und Stromkapazität haben. Ein Beispiel ist die oben erwähnte End-Hall Mark-I-Ionenquelleneinheit, die von der Commonwealth Scientific Corporation, Alexandria, Virginia lieferbar ist und eine Abgabestromfähigkeit von nahezu 1 bis 2 A hat sowie Ionenenergien von 50 bis 250 V bereitstellt.
Im Gegensatz zu den Kathodenzerstäubungsvorrichtungen sind die Betriebsgleichförmigkeit und genaue Plazierung der Reaktionsquelle nicht kritisch. Entscheidend ist, eine Anordnung zu bilden, die eine gesättigte Reaktion erreichen läßt. Diese Sättigungsgrenze kann durch verschiedene Zahlen und Anordnungen von Ionenquellenvorrichtungen erzielt werden.

3. Quellen mit niedriger Ionenenergie

Eine weitere Methode ist die Verwendung von Hochleistungsplasmaquellen mit niedriger Ionenenergie, um die erforderliche Reaktion zur Bildung stöchiometrischer Filme mit gesteuerter Dichte und niedriger Spannung zu erreichen. Solche Plasmen reagieren nur Fraktional-Monoschichten und müssen somit bei relativ hohen Substrattrommel-Drehgeschwindigkeiten oder relativ niedrigeren Metallabscheidungsgeschwindigkeiten verwendet werden. Bei dieser Methode sind Mikrowellen-, HF-, Lichtbogen- und Magnetronsysteme zur Plasmaerzeugung verwendbar sowie zur Erzielung saubererer und stabilerer Plasmen. Viele dieser Quellen haben viel höhere Ionisierungswirkungsgrade als die Magnetron-Ionenquellen. Als Folge wird die Aktivierung der Reaktionsteilnehmergase gesteigert, und es werden die entsprechenden nichtenergetischen Belastungen des reaktiven Gases auf die Kammer und das Verfahren reduziert.
Niederenergie-Ionenquellen können auch Vorteile für die Abscheidung von Filmen, wie Indium-Zinn-Oxid (ITO) und Niedertemperatur-Supraleiter haben, da sie den Schaden an der Filmkristallstruktur verringern, der durch die auftreffenden kinetischen Ionen verursacht wird. Ferner wird auch die Argonimplantation verringert.

a. Mikrowellenquellen

Fig. 18 zeigt ein Mikrowellen-Plasmaquellensystem 40D der oben erwähnten Art. Bei der Mikrowellenvorrichtung 252 wird Mikrowellenenergie an ein reaktives Gas, wie Sauerstoff, angelegt, um ein Plasma 254 zu erzeugen, das eine hohe Konzentration stabiler Metallionen und freie Radikale, wie Ionen, enthält, die für den Einsatz bei der chemischen Dampfabscheidung, beim Ätzen und für die reaktive Abscheidung geeignet sind. Um die Mikrowellenentladung axial längs der Trommel 14 zu erstrecken, wird ein Verteiler 256 verwendet, was bei 258 gezeigt ist, um die erforderliche Überdeckung der rotierenden Trommel zu erreichen. Solche Vorrichtungen enthalten keine zerstäubenden Elemente oder Fäden und haben deshalb lange Einsatzzeiten. Die Mikrowellenentladung kann einen hohen Ionisationswirkungsgrad bei niedrigen Drucken aufrechterhalten, um die Reaktivgasbelastungen auf das Verfahren zu verringern.
Eine Anzahl von im Handel erhältlichen Mikrowellenquellen können als Stromab-Mikrowellenquelle 1 bis 1,5 kW steuerbare Mikrowellenleistung bereitstellen. Beispiele sind die Stromabquellen verfügbar von ASTEX, Applied Science and Technology, Inc., Cambridge, Massachussetts, mit dem Modell DPH 25 Downstream Plasma Head. Weiter verwendbar sind im Handel erhältliche ECR-Quellen (Elektron-Cyclotron-Resonanz), wie die ASTEX ECR Plasmaquelle. Die Kombination solcher Quellen mit einem geeigneten Verteiler, wie 256, ergibt eine wirksame Anordnung mit sauberer Reaktion.

b. Nicht ausgeglichene Magnetronquelle

Fig. 19 zeigt ein weiteres Niedertemperatur-Ionenquellensystem 40E bei Verwendung eines nicht im Gleichgewicht befindlichen Magnetrons. Hier wurde eine lineare Standard-Magnetron-Zerstäubungsquelle durch Zugabe von zusätzlichen Seitenmagneten 262 modifiziert, die schwache Magnetfelder 264 zwischen dem Magnetrontarget und der Substrattrommel und senkrecht zu beiden erzeugen. Dieses Magnetfeld besteht zusätzlich zu dem herkömmlichen rennbahnförmigen Feld 266. Diese modifizierte lineare Magnetron-Zerstäubungsquelle 31A grenzt das Plasma zu einem lokalisierten Bereich 268 zwischen den Magnetfeldern 264 ein und erhöht so die Plasmaspannung bezüglich der Kammererdung. Als Folge wird die Gesamtplasmadichte gesteigert, und das rotierende Substrat wird mit einer ionisierten Niederenergie-Reaktivgasart bombardiert, um die gewünschte Reaktion mit dem vorher abgeschiedenen Film zu bewirken.

c. HF-Quellen

Die US-A-4 361 114, auf die hier Bezug genommen wird, offenbart eine HF-Quelle für die Plasmaaktivierung (nicht gezeigt), die mit einer herkömmlichen Verdampfungsquellenanordnung eingesetzt wird. Die Quelle hat ein Rohr aus einem Material, wie Siliziumdioxid, das einen Hohlraum bildet, durch den Sauerstoff strömt. Eine das Rohr umgebende Spule wird von HF- Energie ausreichender Leistung gespeist, um ein gestütztes Plasma zu erzeugen. Das Plasma darf in die Kammer durch einen Verteiler so eintreten, daß eine relative Plasmagleichförmigkeit über der tatsächlichen Länge der zugehörigen Trommel 14 erzeugt wird.

d. Elektronenkanone

Die Niederspannungselektronenkanone 234 (Fig. 18 in EP-A-0 384 616) kann zu einer gesonderten Anode in der Kammer vorgespannt werden, um die Reaktionszone mit Niedertemperatur-Hochenergiedichteionen zu fluten. Es wurde gezeigt, daß eine solche Plasmalichtbogen-Elektronenquelle mit bis zu 100 A Ausgangsstrom arbeitet. Ein großer Anteil des in die Kammer eintretenden Sauerstoffs wird ionisiert.

5. Reaktivitätsverstärker

Die Reaktivität von wachsenden Oxidfilmen wird durch die Anwendung von Verstärkern, wie Ozon und Distickoxid, an die Reaktionszone über die Gaseinlaßverteiler 57, Fig. 5 und 6, gesteigert. Durch im Handel erhältliche Generatoren erzeugtes Ozon kann verflüssigt, gespeichert und in die Kammer durch den Sauerstoffgasverteiler 57 abgegeben werden. In gleicher Weise kann Distickoxid, N&sub2;O, in das Gas in dem Verteiler gegeben werden, um die Reaktivität zu steigern.
Ultraviolett-Eximer-Laserstrahlung erhöht die Reaktivität von Siliziumfilmen ebenfalls, wenn die Photonenenergie gerade über die Sauerstoffdissoziationsenergie angehoben wird. Ähnliche Effekte werden für Materialien wie Tantal und Titan vorhergesagt. Als Folge wird erwartet, daß die Anwendung von Ultraviolett-Eximer-Laserenergie auf wachsende Filme solcher Materialien, beispielsweise durch ein Quartzfenster in der Kammer, allein oder in Kombination mit dem Einsatz von Reaktivgasverstärkern wie den oben beschriebenen und in weiterer Kombination mit irgendeiner der vorstehend erwähnten Reaktionsquellen, die durch unser System bereitgestellte Reaktivität weiter verstärkt.

G. Austauschbare lineare Magnetronzerstäubungs- und Reaktionsquellen

Gemäß Fig. 4 und 5 können die sogenannte "Katzenwanne" (mit der Trennwand 32, Fig. 4, oder wenigstens ihrem Abschnitt vor der Elektrodenanordnung 31, plus dem Verteiler 37) und das Ionengerät, Fig. 6 (mit der Platte 43, den Anoden 46 und dem Verteiler 57) für ein Hin- und Herbewegen über und vor der Elektrodenanordnung 31 angeordnet werden. Dies ermöglicht einen selektiven Einsatz der Elektrode für die Zerstäubungsabscheidung und -reaktion. Beispielsweise können die Katzenwannenanordnung und die Ionengerätanordnung gleitend verschiebbar auf Schienen angeordnet werden, die sich insgesamt parallel zu der Fläche der Elektrodenanordnung 31 und auf ihren beiden Seiten erstrecken, um eine selektive Positionierung der Anordnungen über und auf der Seite der Kathode zu ermöglichen. Wenn die Katzenwanne über der Kathode positioniert ist, wird die Vorrichtung zum Zerstäuben benutzt, während die Positionierung des Ionengeräts über der Elektrodenanordnung die reaktive Funktion der Vorrichtung ermöglicht (beispielsweise Oxidation des durch Zerstäubung abgeschiedenen Films).
Die Anordnungen von Fig. 11 bis 15 und 17 bis 19 zeigen Substratträger in der Form von Drehtrommeln, die kein Teil der vorliegenden Erfindung sind.

Claims

1. Beschichtungsvorrichtung mit einer Vakuumkammer, mit einer innerhalb der Kammer angeordneten Trägereinrichtung (162), auf der mehrere Substrate angebracht werden können, mit einer Beschichtungseinrichtung, die wenigstens eine erste Vorrichtung (26, 27) in Form einer Abscheidungsvorrichtung, die angrenzend an die Trägereinrichtung angeordnet und zur Abscheidung eines gewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und wenigstens eine zweite Vorrichtung (28) in Form einer Ionenquellenvorrichtung umfaßt, die angrenzend an die Trägereinrichtung angeordnet und zur Vorsehung eines örtlich intensivierten Plasmas zwischen der Ionenquelle und der Trägereinrichtung geeignet ist, um eine gewählte chemische Reaktion mit dem gewählten Material zu bewirken, wobei die Abscheidungsvorrichtung und die Ionenquellenvorrichtung räumlich getrennt sind, so daß sie jeweils auf einen unterschiedlichen Abschnitt der Trägereinrichtung wirken, die Trägereinrichtung und die Beschichtungseinrichtung für eine Relativbewegung entlang eines gewählten Weges geeignet sind, und die Beschichtungseinrichtung angrenzend an den Bewegungsweg angeordnet ist, wobei die Kombination der Ausgestaltung des Trägers, der Ausgestaltung der Abscheidungsvorrichtung und der Relativbewegung so gewählt ist, daß gesteuerte Dickenprofile des abgeschiedenen Materials vorgesehen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß der Weg kreisförmig ist und die Trägereinrichtung eben ist oder die Ebene der Trägereinrichtung in einem geringen Winkel bezüglich der Normalen (178) der Drehachse (180) ausgerichtet ist und sich entlang des Weges insgesamt parallel zur Beschichtungseinrichtung bewegen kann.

2. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung außerdem eine Einrichtung umfaßt, die die Substrate für eine Bewegung quer zum Rotationsbewegungsweg an ihr anbringt.

3. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trägereinrichtung Substrate in einer Anordnung angebracht werden können, die insgesamt quer zur Rotationsachse der Trägereinrichtung verläuft, und die Trägereinrichtung zur Drehung der Substrate um die Drehachse geeignet ist, und daß die Beschichtungseinrichtung wenigstens eine Filmabscheidungsvorrichtung, die an einer Arbeitsstation angrenzend an die Substratanordnung und dieser zugewandt angeordnet ist und zur Abscheidung eines gewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und wenigstens eine Ionenquellenvorrichtung umfaßt, die angrenzend an die Substratanordnung angeordnet ist und dieser zugewandt ist und zur Schaffung eines Plasmas geeignet ist, um eine chemische Reaktion mit dem abgeschiedenen Material zu bewirken, und daß sich die Vorrichtungen relativ zu der Trägereinrichtung quer zur Drehachse bewegen können.

Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen für eine gewählte Radialbewegung relativ zu der Trägereinrichtung angebracht sind.

5. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungseinrichtung aus einer magnetronverstärkten Vorrichtung, einer Punktquellen-Zerstäuberkanone oder einer Anordnung von Punktquellen-Zerstäuberkanonen, einer stationären Bedampfungsquelle, einer Zentrifugalkraft-Rotationsbedampfungsquelle und einer reaktiven Ionenplattierungsquelle ausgewählt ist und die wenigstens eine Ionenquellenvorrichtung aus einer selbsterregten Magnetronvorrichtung, einer Punktquellenvorrichtung und einer Vorrichtung ausgewählt ist, die ein Plasma mit Ionen geringer Energie erzeugen kann.

6. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquellenvorrichtung eine Elektrodeneinrichtung, die eine gewählte Spannung erhalten kann, um ein gesteuertes Gefälle des elektrischen Feldes zwischen der Ionenquellenvorrichtung und der Trägereinrichtung zu erzeugen, eine Einrichtung zur Aufbringung eines magnetischen Feldes um die Elektrodeneinrichtung quer zu dem elektrischen Feld, eine Verteilereinrichtung für eine örtliche Zufuhr von Gas zu der Elektrodeneinrichtung, und eine Einrichtung für eine örtliche Zufuhr von Elektronen zu der Elektroneneinrichtung und in den Bereich der quer verlaufenden elektrischen und magnetischen Felder umfaßt, um ein Plasma des Gases zu bilden, wodurch reaktive Gasionen durch das Eletrodenpotential entlang des Gefälles des elektrischen Feldes in Richtung der querenden Einrichtungen und Substrate zu beschleunigen.

7. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquellenvorrichtung ein örtlich intensiviertes Plasma in einer langen schmalen Reaktionszone angrenzend an die Trägereinrichtung schaffen kann.

8. Verfahren zur Bildung optischer Beschichtungen auf Substraten, bei dem das Substrat auf einer Trägereinrichtung innerhalb einer Vakuumkammer angebracht wird, eine Beschichtungsvorrichtung vorgesehen wird, die wenigstens eine erste Vorrichtung in Form einer Abscheidungsvorrichtung, die angrenzend an die Trägereinrichtung angeordnet ist und zur Abscheidung eines gewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und wenigstens eine zweite Vorrichtung in der Form einer Ionenquellenvorrichtung umfaßt, die angrenzend an die Trägereinrichtung angeordnet ist und ein Plasma zur Bewirkung einer gewählten chemischen Reaktion mit dem gewählten Material schaffen kann, und bei dem die Beschichtungseinrichtung zur Bildung einer gewählten optischen Beschichtung auf den Substraten betrieben wird, während wenigstens die Trägereinrichtung und/oder die Beschichtungseinrichtung relativ zueinander entlang eines Weges bewegt werden, der zur Schaffung im wesentlichen gleicher Abscheidungsraten für ähnlich ausgebildete im Abstand angeordnete Substrate gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung eben ist oder die Ebene der Trägereinrichtung in einem geringen Winkel bezüglich der Normalen der Drehachse ausgerichtet ist und Substrate auf ihr in einer Ebene angebracht werden können, die insgesamt senkrecht zur Drehachse der Trägereinrichtung verläuft, daß wenigstens eine Abscheidungsvorrichtung vorgesehen wird, die an einer Arbeitsstation angrenzend an die Substratebene und dieser zugewandt angeordnet ist, daß wenigstens eine Ionenquellenvorrichtung vorgesehen wird, die angrenzend an die Substratebene und dieser zugewandt angeordnet ist, um ein lokal intensives Plasma angrenzend an den Werkstückträger zu erzeugen, und daß ein Arbeitsgas und ein reaktives Gas eingeführt wird und die Trägereinrichtung gedreht wird, um die Substrate an der ersten und der zweiten Vorrichtung vorbei durch die Reaktionszone zu bewegen, die der zweiten Reaktionsvorrichtung zugeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem außerdem die Abscheidungsvorrichtung und die Reaktionsvorrichtung wahlweise gleichzeitig oder aufeinanderfolgend betrieben werden, um eine zusammengesetzte Beschichtung zu bilden, die wenigstens eine Vielzahl von Schichten umfaßt, wobei die Zusammensetzung jeder Schicht aus wenigstens einem ersten Metall, einem zweiten Metall, einem Oxid des ersten Metalls, einem Oxid des zweiten Metalls, Mischungen des ersten und zweiten Metalls und Oxiden von Mischungen des ersten und zweiten Metalls ausgewählt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem außerdem wenigstens eine Vielzahl von Abscheidungsvorrichtungen vorgesehen werden, aufeinanderfolgend gewählte Abscheidungsvorrichtungen betrieben werden, um Abscheidungsschichten aus gewählten Materialien auf die Substrate zu sputtern und wahlweise die wenigstens eine Reaktionsvorrichtung in Verbindung mit einer Zufuhr eines ausgewählten Reaktionsgases zu ihr gleichzeitig mit dem Betrieb einer oder mehrerer der Abscheidungsvorrichtungen betrieben wird, während die Trägereinrichtung fortlaufend gedreht wird, um die gewählte Reaktion mit wenigstens gewählten Schichten vor der Sputterabscheidung der nächsten darauffolgenden Schicht zu bewirken.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählte Reaktion eine wahlweise Umwandlung des abgeschiedenen Materials in wenigstens eine Oxid-, Nitrid-, Hydrid-, Sulfid-, Fluorid- oder Carbidverbindung oder -mischung mit sich bringt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählte Reakion das abgeschiedene Material wahlweise in Oxid umwandelt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch die Schritte, daß der Werkstückträger fortlaufend gedreht und eine Reaktionsvorrichtung fortlaufend betrieben wird, während abwechselnd wenigstens zwei der Abscheidungsvorrichtungen zur abwechselnden Abscheidung verschiedener Materialien betrieben werden, wodurch eine Mehrschichtbeschichtung gebildet wird, die Schichten der abwechselnden Materialien umfaßt, die eine Reaktion eingegangen sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquellenvorrichtungen ein lokal intensives Plasma in einer langen, schmalen Reaktionszone angrenzend an den Werkstückträger schaffen.