DE69305725T2

DE69305725T2 - Magnetron-Zerstäubungsvorrichtung und Dünnfilm-Beschichtungsverfahren

Info

Publication number: DE69305725T2
Application number: DE69305725T
Authority: DE
Inventors: Barrett E Cole
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2013-12-01
Also published as: DE69305725D1; EP0600429A1; HK1008111A1; EP0600429B1; US5328582A

Description

Gebiet der Erfindung

Die folgende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetron-Zerstäubungseinrichtung und ein Verfahren zur Dünnfilmbeschichtung. Eine Magnetron-Zerstäubungseinrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentnspruches 1 ist beispielsweise aus der US-A-4 437 961 bekannt. Insbesondere offenbart die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Spiegeln hoher Qualität durch Beschichtung eines Substrates mit mehreren Materialien, welche die Reflexionseigenschaften der Substratoberfläche beeinflussen.

Hintergrund der Erfindung

Die Zerstäubungsablagerung von Materialien ist in der Vergangenheit für eine Anzahl von Anwendungen, die Halbleiter, Supraleiter und optische Beschichtungen umfassen, in großem Umfang verwendet worden. Diese Zerstäubungsablagerung ist durch die Verwendung von Gleichspannungs-Diodenzerstäubung, Hochfrequenz-Diodenzerstäubung, Hochfrequenz-Magnetronzerstäubung und andere Zerstäubungsverfahren verwirklicht worden.
Typischerweise wird die Zerstäubung verwirklicht, indem zunächst eine Gasentladung innerhalb einer Kammer gebildet wird. Diese Gasentladung veranlaßt Ionen zur Beschleunigung gegen die Kathode und unter Umständen zur Kollision mit der Kathodenoberfläche. Diese Kollision mit der Kathodenoberfläche veranlaßt die Freigabe von Ionenpartikeln von dieser Oberfläche und die Ablagerung auf anderen Oberflächen in enger Nachbarschaft zu der Kathode. Ein Substrat wird typischerweise in der Nähe der Kathode angeordnet und kann somit mit den Ionenpartikeln beschichtet werden, die von der Kathode freigegeben werden.
Die Magnetronzerstäubung wird erzielt durch Anordnung einer Magnetanordnung hinter der Kathode. Diese Magnetanordnung kann das Plasma enthalten, das durch die Gasentladung gebildet wird. Die Steuerung des Plasmas ist sehr nützlich, da es oftmals die Benutzung der Kathodenoberfläche auf ein Maximum bringt. Durch Veränderung des Entwurfs und der Konfiguration der Magnetanordnung kann somit die Verarmung der Targetoberfläche gesteuert werden und auf ein Maximum gebracht werden.
Bei einer typischen Gasentladung wird ein Plasma direkt vor der Kathode gebildet. Das Plasma nimmt typischerweise eine positive Gesamtladung an. Ein Raum wird zwischen dem Plasma und der Kathodenoberfläche gebildet, der frei von elektrischer Ladung ist. Wenn Elektronen mit der Kathodenoberfläche kollidieren, werden gelegentlich negativ geladene Ionen freigegeben. Diese negativ geladenen Ionen werden durch den Dunkelraum zu dem Plasma auf Grund der Ladung des Plasmas beschleunigt. Nachfolgend werden die Ionen durch das Plasma beschleunigt und sie kollidieren mit irgendwelchen Objekten. die hinter diesem Plasma angeordnet sind. Auf Grund der hohen Beschleunigungsrate und des großen Energiebetrages können diese Ionen eine Zerstörung bzw. eine Störung einer beschichteten Oberfläche verursachen, wenn sie mit dieser Oberfläche kollidieren.
Die Zerstäubungsablagerung wird oftmals benutzt, um optische Spiegel mit hoher Qualität zu erzeugen. Wenn die Zerstäubung für diesen Zweck verwendet wird, ist es erforderlich, abwechselnd Schichten von Dünnfilmen auf einem Substrat abzulagern. Daher ist es notwendig, ein erstes Material bis zu einer bestimmten Dicke auf einem Substrat zu zerstäuben und nachfolgend ein zweites Material bis zu einer gewünschten Dicke auf dem gleichen Substrat zu zerstäuben. Diese Schrifffolge wird sodann so oft wie erforderlich wiederholt.
Das Erfordernis nach abwechselnden Schichten von zerstäubtem Material bildet ein Problem bei einer typischen Zerstäubungsvorrichtung. Die verschiedenen Materialien müssen auf dem gleichen Substrat zerstäubt werden, ohne unnötig die Substrate selbst handhaben zu müssen. Ebenso ist die konstante Handhabung und Veränderung des Targetmaterials unerwünscht, da dies das Öffnen und Schließen der gasgefüllten Kammer erfordert.
Eine Lösung bestand darin, zahlreiche Targets innerhalb einer Kannner anzuordnen und das Substrat vor dem geeigneten Target zu positionieren. Während dieses Verfahren abwechselnde Schichten ermöglicht, besteht weiterhin das Problem der direkten Kollisionen mit hoher Energie. Zusätzlich ist die Anzahl der Spiegel bechränkt, die gleichzeitig hergestellt werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung ffir die Erzeugung optischer Spiegel mit hoher Qualität vorzugeben. Die vorliegende Erfindung gibt eine Vorrichtung vor, die diese optischen Spiegel durch Zerstäubungsablagerung erzeugt wobei die Substrate senkrecht und in Nachbarschaft zu den Zerstäubungstargets angeordnet sind. Die Anordnung der Substrate in dieser Position außerhalb der Achse vermindert die destruktiven Einflüsse der hochenergetischen Ionen, die durch den Dunkelraum und durch das Plasma der Gasentladung beschleunigt werden.
Die vorliegende Erfindung gibt ein System vor, das ffir die Massenherstellung von optischen Spiegeln geeignet ist. Dieses System kann eine Vorrichtung umfassen, durch welche zwei oder mehr unterschiedliche Materialien auf einem Substrat in abwechselnden Schichten zerstäubt werden können. Bei der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetron, Zerstäubungseinrichtung verwendet, um Material von einer Targetoberfläche zu zerstäuben. Die Substrate sind jedoch in Nachbarschaft und senkrecht zu der Targetoberfläche angeordnet. Obgleich die Anordnung der Substrate auf diese Weise eine beträchtlich geringere Ablagerungsgeschwindigkeit hervorruft, wird ein Dünnfilm mit sehr viel höherer Qualität auf dem Substrat abgelagert.
Dünnfilme hoher Qualität werden erhalten auf Grund dessen, daß die Substratoberfläche nicht mit Ionen extrem hoher Energie bombardiert wird, die aus der Targetoberfläche herausgeschlagen werden. Wie zuvor festgestellt, werden geladene Ionen, die aus der Targetoberfläche herausgeschlagen werden, über einen Dunkelraum zu dem Plasma beschleunigt, welches direkt oberhalb der Targetoberfläche angeordnet ist. Diese Ionen werden sodann durch das Plasma beschleunigt und kollidieren mit Gegenständen die direkt hinter dem Plasma angeordnet sind. Da das Substrat nicht direkt hinter dem Plasma angeordnet ist, wie dies traditionell geschehen ist, kontaktieren keine dieser Ionen mit hoher Energie die Substratoberfläche.
Die Substrate sind auf einer Substrat-Handhabungseinrichtung angeordnet, welche die Substrate nach Planetenart um die Targets zur Drehung veranlaßt. Diese Drehung und Bewegung der Substrate fördert die Gleichförmigkeit in den Beschichtungen und vermeidet irgendwelche Unregelmäßigkeiten, die durch die Konfiguration der Entladung verursacht werden. Ferner besitzt die Substrat-Handhabungseinrichtung Möglichkeiten zum Tragen einer großen Anzahl von Substraten auf einmal. Dies erlaubt eine Massenherstellung von optischen Spiegeln hoher Qualität.
Wie festgestellt, benötigt man abwechselnde Schichten aus unterschiedlichen Materialien, um optische Spiegel zu erzeugen. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gibt eine Einrichtung vor, bei der Substrate mit Material aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Targets beschichtet werden können, ohne daß die Substrate gehandhabt werden müssen und/oder unterschiedliche Targetmaterialien ersetzt werden müssen.
Dieses Ausführungsbeispiel besitzt zwei alternativ erregbare Kathoden, von denen jede unterschiedliche Targetmaterialien auf der Oberfläche aufweist. Durch einfache Einstellung der Substrat-Handhabungseinrichtung zur Positionierung in Nachbarschaft zu der geigneten Targetoberfläche und durch Erregung der zugeordneten Kathode kann daher die Zerstäubung von dieser Targetoberfläche erzielt werden. Durch erneute Positionierung der Substrat-Handhabungseinrichtung und erneute Erregung des geeigneten Targets kann die Zerstäubung von einer unterschiedlichen Targetoberfläche verwirklicht werden, wodurch abwechselnde Schichten von Material auf den Substraten zerstäubt werden können.
Durch Anordnung von Abschirmungen zwischen den unterschiedlichen Zerstäubungstargets wird die Reinheit der Targetoberfläche aufrechterhalten, wodurch die Reinheit der auf die Substrate zerstäubten Dünnfilme erhalten bleibt. Die Abschirmungen schützen ebenfalls andere Teile der Zerstäubungseinrichtung gegen Ionen mit hoher Energie, die in einer Richtung senkrecht zu der Targetoberfläche herausgeschlagen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht der Magnetron-Zerstäubungseinrichtung ist;
Fig. 2 eine auseinandergezogene Ansicht der Magnetron-Zerstäubungseinrichtung ist, die deren getrennte Teile und die Beziehung zwischen diesen Teilen zeigt:
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Substrat-Handhabungseinrichtung ist;
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Magnetanordnung ist, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Targets im Betrieb ist, die die Magnetlinien zeigt, die durch die Magnetanordnung gebildet werden, und die die Verarmung der Targetoberfläche zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 wird zur Aufrechterhaltung einer Gasentladung Gas innerhalb einer Druckkammer 10 unter Druck gesetzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfaßt die Druckkammer 10 eine zylindrische Außenwand 12 mit einem ersten Deckel 14 und einem zweiten Deckel 114.
Bei der vorliegenden Erfindung kann Material durch zwei getrennte Zerstäubungseinrichtungen 5 und 6 zerstäubt werden. Der Betrieb einer ersten Zerstäubungseinrichtung 5 wird beschrieben, wobei es sich versteht, daß die zweite Zerstäubungseinrichtung 6 in gleicher Weise arbeitet. Spezifische Unterschiede der zwei Zerstäubungseinrichtungen werden später in dieser detaillierten Beschreibung weiter erläutert.
Um Dünnfilmbeschichtungen unter Verwendung der Magnetron-Zerstäubungsablagerung aufzubringen, ist es zunächst erforderlich, eine Gasentladung innerhalb der Gaskammer 10 zu bilden. Diese Gasentladung wird gebildet durch Anlegung eines elektrischen Potentials zwischen einer ersten Kathodenanordnung 19 und einer Anode 22. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die zylindrische Außenwand 12 als Anode 22 verwendet durch elektrische Verbindung der zylindrischen Außenwand 12 mit einem positiven Kontakt 24 einer Hochfrequenzquelle 26. Bin Kontakt 28 der Hochfrequenzquelle 26 ist elektrisch mit der ersten Kathode 20 über einen Targetschalter 32 verbunden. Der elektrische Kontakt zwischen der ersten Kathodenanordnung 19, welche sich innerhalb der Druckkammer 10 befindet und dem Targetschalter 32 erfolgt durch einen leitenden Pfosten 34, der sich durch den Deckel 14 erstreckt. Es ist wichtig, daß die erste Kathodenanordnung von dem Deckel 14 elektrisch isoliert ist und es werden daher Isolatoren 17 verwendet, um diese Isolierung vorzugeben.
Die erste Kathodenanaordnung 19 besitzt eine erste Kathode 20 mit einem ersten Target 38 auf einer Oberfläche 36. Die Oberfläche 36 ist so angeordnet, daß sie dem Innern der Zersräubungskammer 10 ausgesetzt ist. Durch den Prozeß der Magnetron- Zerstäubungsablagerung werden Partikel des ersten Targets 38 auf mehreren Substraten 50 abgelagert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das erste Target 38 aus Titandioxyd (TiO&sub2;).
Direkt hinter der ersten Kathode 20 und auf der Außenseite 15 des Deckels 14 ist eine Magnetanordnung 40 angeordnet. Gemäß Fig. 4 umfaßt die Magnetanordnung 40 einen inneren ferromagnetischen Ring 42, einen äußeren ferromagnetischen Ring 44 und mehrere radiale magnetische Elemente 46.
Die Polarität der magnetischen Elemente 46 veranlaßt die magnetischen Kraftlinien dazu, das magnetische Element 46 an einem Nordpol 48 zu verlassen und zu dem magnetischen Element 46 an einem Südpol 49 zurückzukehren. Bei einer Konfiguration der magnetischen Elemente 46 nach Art von Speichen sind die magnetischen Kraftlinien ebenfalls nach Art von Speichen konfiguriert.
Magnetron-Sputtereinrichtungen werden in großem Umfang für Dünnfilmbeschichtungen venvendet. Typischerweise wird eine Gasentladung innerhalb einer Gaskammer gebildet, wodurch positiv geladene Ionen zur Bombardierung der Targetoberfläche veranlaßt werden. Die Kollision dieser positiv geladenen Ionen mit der Targetoberfläche veranlaßt die Freigabe von Partikeln des Targetmaterials aus dem Targetmaterial. Diese Partikel von dem Target werden sodann auf anderen Strukturen innerhalb der Nahe des Targets abgelagert. Speziell werden Substrate in enger Nachbarschaft zu der Targetoberfläche angeordnet wodurch das Substrat mit dem Targetmaterial beschichtet wird.
Das durch die Magnetanordnung 40 gebildete magnetische Feld bewirkt eine Konzentration der mehrheitlichen Targetzerstäubung. Die größte Zerstäubung tritt in Bereichen auf entsprechend der magnetischen Geometrie. Bei einer Magnetanordnung 40, die wie in Fig. 4 gezeigt, konfiguriert ist, wird eine Rennstrecke 96 um den Umfang des Targets gebildet. Gemäß Fig. 5 tritt eine mehrheitliche Targetzerstäubung in diesem Rennspurbereich 96 auf. Durch unterschiedliche Konfigurierung der Magnetanordnung kann jedes gewiinschte Muster erzielt werden, an dem eine mehrheitliche Zerstäubung auftritt.
Gemäß erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 wird infolge der Gasentladung ein Plasma 60 innerhalb der Druckkammer 10 gebildet. Das Plasma 60 besteht aus einer Ansammlung von Elektronen und Ionen und besitzt allgemein eine positive Gesamtladung. Das Plasma 60 ist in geringer Entfernung oberhalb des ersten Targets 38 angeordnet. Die magnetischen Kräfte der Magnetanordnung 40 veranlassen das Plasma innerhalb eines bestimmten definierten Bereiches zu bleiben.
Zwischen der Oberfläche des ersten Targets 38 und dem Plasma 60 befindet sich ein Dunkelraum 62. Während der Zerstäubung können negativ geladene Ionen von dem ersten Target 38 freigegeben werden. Auf Grund des positiv geladenen Plasmas 60, das in geringer Entfernung von der Oberfläche des Targets 38 angeordnet ist, werden diese negativ geladenen Ionen zur Beschleunigung durch den Dunkelraum 62 und durch das Plasma veranlaßt. Diese negativ geladenen Ionen kollidieren daher mit irgendwelchen Objekten, die direkt hinter dem Plasma 60 angeordnet sind. Auf Grund des sehr großen Energiebetrags, das die negativ geladenen Ionen besitzen, nachdem sie durch das Plasma 60 beschleunigt worden sind, können sie eine Zerstörung irgendeiner Oberfläche hervorrufen, mit der sie kollidieren. Insbesondere bilden viele Oxyd-Targetverbindungen negative Sauerstoffionen während des Zerstäubens.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Abschirmungsanordnung 70 direkt hinter dem Plasma 60 und parallel zu dem ersten Target 38 angeordnet. Diese Abschirmung ist so angeordnet, daß sie sie die Ionen mit hoher Energie empfängt, die über den Dunkelraum 62 und durch das Plasma 60 beschleunigt werden. Die Abschirmungsanordnung 70 ist aus Targetmaterial zusammengesetzt, um irgendeine Substratverunreinigung während des Zerstäubens zu vermeiden. Wie zuvor erwähnt, würden die negativ geladenen Ionen mit hoher Energie, die aus der Targetoberfläche freigegeben werden, die Gleichmäßigkeit der Dünnfilmoberfläche zerstören, die auf den Substraten abgelagert wird, wenn die Substrate direkt hinter dem Plasma angeordnet würden. Wenn die Zerstäubung verwendet wird, um Spiegel herzustellen, so kann diese Zerstörung zu Spiegeln mit hoher Streuung und hoher Absorption führen.
Zusätzlich zu den negativ geladenen Ionen wird eine große Anzahl neutraler Ionen aus der Targetoberfläche freigegeben, wenn eine Gasentladung gebildet wird. Diese neutralen Ionen werden auf irgendwelchen Elementen in der Nähe der Targetoberfläche abgelagert. Typischerweise erfolgt die Verteilung dieser neutralen Ionen in einem quadratischen Sinusmuster.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 sind Substrate 50 in Nachbarschaft zu dem ersten Target 36 auf einer Substrat-Handhabungseinrichtung 80 angeordnet Die Substrate 50 werden sodann in diesem quadrierten Sinusbereich positioniert, wobei sie sich nicht direkt hinter dem Plasma befinden und nicht den zuvor erwähnten zerstörenden Ionen ausgesetzt sind. Wie erwartet, ist die Ablagerungsgeschwindigkeit, mit der Material auf den Substraten 50 abgelagert wird, in dieser Position sehr viel geringer als sie sein würde, wenn die Substrate direkt gegenüber dem ersten Target 38 angeordnet würden. Da jedoch die Substrate 50 nicht den Ionen mit hoher Energie von dem ersten Target 38 ausgesetzt sind, wird die Gleichförmigkeit und die Qualität der Beschichtung auf den Substraten 50 weitgehend verbessert.
Die bereits langsame Ablagerungsgeschwindigkeit kann verändert werden durch Veränderung des Druckes, mit der die Zerstäubung erfolgt. Wie zuvor erwähnt, tritt die Zerstäubung innerhalb der Druckkammer 10 auf Der Druck, mit der die Zerstäubung ausgeführt wird, beeinflußt die Ablagerungsgeschwindigkeit auf den Substraten 50, da das Gas innerhalb der Drukkammer 10 einen Widerstand für die Partikel vorgibt die von dem Target 38 herausgeschlagen werden. Wenn der Druck innerhalb der Kammer vermindert wird, gibt es weniger Gaspartikel innerhalb der Kammer und somit weniger Widerstand für Partikel, die von dem Target 38 zerstäubt werden. Daher kann ein geringerer Druck helfen, die Ablagerungsgeschwindigkeit anzuheben.
Während des Betriebs wird die Kathode 20 typischerweise auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt. Um bei der Verminderung der Temperatur der Kathode 20 zu helfen, ist eine Kühlspirale 52 direkt hinter der ersten Kathode 20 angeordnet. Diese Kühlspirale besitzt einen Einlaß 54 und einen Auslaß 56, um einem Kühlmittel den Durchfluß zu gestatten.
Gemäß Fig. 3 ist die Substrat-Handhabungseinrichtung 80 in der Lage, mehrere Substrate zu handhaben und sie nach Planetenart zu rotieren, um die Gleichförmigkeit der Beschichtungen zu verbessern. Die Substrat-Iiandhabungseinrichtung 80 besitzt einen Haltering 82 und mehrere Substrathalter 84. Die Substrate 50 sind auf einer nach innen gerichteten Obertläche 86 des Substrathalters 84 angeordnet. Der Haltering 82 wird zur Drehung um eine zentrale Achse 90 veranlaßt. Während der Haltering 82 um die zentrale Achse 90 gedreht wird, wird jeder Substrathalter 84 um eine radiale Achse 92 gedreht. Diese Planetenbewegung der Substrate 50 verbessert die Gleichförmigkeit der Beschichtung.
Um die Wirksamkeit und Qualität der Zerstäubung zu erhöhen, können die Substrate elektrisch vorgespannt werden, um Partikel von dem ersten Target 38 anzuziehen. Der Vorspannungspegel sollte jedoch relativ gering sein, um die Erzeugung von Kollisionen mit hoher Energie zwischen den Substraten 50 und den zerstäubten Partikeln zu vermeiden.
Wie zuvor erwähnt, ist die vorliegende Erfindung in der Lage, zwei verschiedene Targets zu zerstäuben. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine zweite Kathodenanordnung 119 in der Nähe des zweiten Deckels 114 angeordnet. Erneut ist der zweite Deckel 114 gegen die zylindrische Wand 12 durch einen Isolator 117 isoliert. Die zweite Kathodenanordnung 119 ist elektrisch an die HF-Quelle 26 über den Targetschalter 32 angeschlossen. Es sei vermerkt, daß der Targetschalter 32 ein Umschalter ist, der in der Lage ist, entweder die erste Kathodenanordnung 19 oder die zweite Kathodenanordnung 119 an Spannung zu legen. Wie bei der ersten Kathodenanordnung 19 besitzt die zweite Kathodenanordnung 119 eine zweite Kathode 120 mit einem darauf angeordneten zweiten Target 138. Auf der inneren Obefläche 136 der zweiten Kathode 120 ist das zweite Target 138 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das zweite Target 138 aus Siliciumdioxyd (SiO&sub2;). Direkt hinter der zweiten Kathode 126 ist eine zweite Kühlspirale 152 angeordnet. Ebenfalls hinter der zweiten Kathode 120 und auf einer Außenfläche 115 des zweiten Deckels 114 ist eine zweite Magnetanordnung 140 angeordnet. Die zweite Magnetanordnung 140 ist identisch zu der ersten Magnetanordnung 40 konfiguriert. Es sei ebenfalls vermerkt, daß das zweite Target 138 und die zweite Kathode 120 so angeordnet sind, daß das zweite Target 138 parallel zu der Abschirmungsanordnung 70 ist, wie dies bei dem ersten Target 38 und der ersten Kathode 20 der Fall war.
Es versteht sich, daß die erste Kathode 20 und das erste Target 38 als ein einziges Stück aufgebaut sein können. Ebenfalls kann das erste Target 38 einfach eine dünne Materialschicht auf der Oberfläche 36 der ersten Kathode 20 sein. Alternativ können die erste Kathode 20 und das erste Target 38 getrennte Teile sein. Das gleiche gilt für die zweite Kathode 120 und das zweite Target 138.
Um Material auf das Substrat 50 von dem zweiten Target 138 zu zerstäuben, muß die Substrat-Handhabungseinrichtung 80 neu positioniert werden, um benachbart zu dem zweiten Target 138 zu sein. Dies wird verwirklicht durch eine Verschiebeeinrichtung (nicht dargestellt), die in der Lage ist, die Substrat-Handhabungseinrichtung 80 von einer ersten Position in Nachbarschaft zu dem ersten Target 38 in eine zweite Position in Nachbarschaft zu dem zweiten Target 138 zu bewegen. Um das zweite Target 138 zu zerstäuben, muß der Targetschalter 32 in eine Position bewegt werden, die erlaubt, die zweite Kathode 120 an Spannung zu legen.
Die Zerstäubung von dem zweiten Target 138 ist identisch in der Wirkungsweise zu der Zerstäubung von dem ersten Target 38.
Es versteht sich, daß nur eine einzige Targetanordnung benötigt wird, wenn es erwünscht ist, daß die Substrate nur mit einem Material beschichtet werden. Die Gleichförmigkeit der Beschichtung wird weiterhin verbessert durch Drehung der Substrate 50 um das Target, wie dies zuvor beschrieben wurde.

Claims

1. Magnetron-Zerstäubungseinrichtung zur Verwendung bei der Ablagerung eines Dünnfilmmaterials auf einem Substrat, umfassend:

eine luftdichte Zerstäubungskammer (10), die einen Gasdruck aufrechterhalten kann, der für eine Entladung erforderlich ist und eine im wesentlichen zylindrische Außenwand (12) und eine erste (14) und eine zweite Abdeckung (114) senkrecht zu einer zentralen Achse der zylindrischen Außenwand besitzt;

eine Kathodenanordnung (19) innerhalb der Kammer in enger Nachbarschaft zu der ersten Abdeckung (14) der Kammer, wobei die Kathodenanordnung ein Schichtmaterial (38) auf einer ebenen Schichtoberfläche der Kathodenanordnung gegenüber der ersten Abdeckung aulweist;

eine Magnetanordnung (40) hinter der Kathodenanordnung und gegenüber der Schichtoberfläche, wobei die Magnetanordnung magnetische Krafilinien besitzt, die aus der Schichtoberfläche austreten und zu dieser zurückkehren;

eine Hochfrequenzquelle (26) mit einem elektrischen Potential und einem Paar von Kontakten, wobei ein erster Kontakt elektrisch mit der Kammer und ein zweiter Kontakt elektrisch mit der Kathodenanordnung (19) verbunden ist; und eine Substrat-Handhabungseinrichtung (80) innerhalb der Kammer zum Halten mehrerersubstrate (50), dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat- Handhabungseinrichtung (80) in einer solchen Ausrichtung angeordnet ist, daß die zu beschichtende Substratoberfläche senkrecht und benachbart zu der Schichtoberfläche ist, daß die Substrat-Handhabungseinrichtung die Substrate zu einer Drehung um eine erste Achse (90) veranlaßt, die senkrecht zu der Schichtoberfläche gerichtet ist und die Substrate zu einer Drehung um eine zweite Achse (92) veranlaßt, die parallel zu der Schichtoberfläche gerichtet ist.

2. Magnetron-Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zur Verwendung beim Aufbau von Spiegeln durch Zerstäubung einer Kombination von abwechselnden Materialschichten auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Kathodenanordnung umfaßt:

a1) eine erste innerhalb der Kammer (10) in enger Nachbarschaft zu der ersten Abdeckung (14) angeordnete Kathodenanordnung (19), wobei die erste Kathodenanordnung ein erstes Schichtmaterial (38) auf einer ersten Schichtoberfläche der ersten Kathodenanordnung aufweist und die erste Schichtoberfläche entgegengesetzt zu der ersten Abdeckung und senkrecht zur zentralen Achse angeordnet ist; und

a2) eine zweite innerhalb der Kammer in enger Nachbarschaft zu der zweiten Abdeckung (114) der Kammer (10) angeordnete Kathodenanordnung (119), wobei ein zweites Schichtmaterial (138) auf einer zweiten Schichtoberfläche der zweiten Kathodenanordnung angeordnet ist und die zweite Schichtoberfläche entgegengesetzt zu der zweiten Abdeckung und parallel zu der ersten Schichtoberfläche angeordnet ist;

b) eine Zerstäubungsabschirmung (70), die zwischen der ersten Kathodenanordnung (19) und der zweiten Kathodenanordnung (119) angeordnet ist, wobei die Zerstäubungsabschirmung das erste Schichtmaterial auf einer Oberfläche gegenüber der ersten Kathodenanordnung und das zweite Schichtmaterial auf einer Oberfläche gegenüber der zweiten Kathodenanordnung trägt;

c) die Magnetanordnung umfaßt:

c1) eine erste Magnetanordnung (40) hinter der ersten Kathodenanordnung (19) und entgegengesetzt zu der ersten Schichtoberfläche, wobei die erste Magnetanordnung magnetische Kraftlinien besitzt, die die erste Schichtoberfläche verlassen und zu der ersten Schichtoberfläche zurückkehren;

c2) eine zweite Magnetanordnung (140) hinter der zweiten Kathodenanordnung (119) und entgegengesetzt zu der zweiten Schichtoberfläche, wobei die zweite Magnetanordnung magnetische Kraftlinien besitzt, die die zweite Schichtoberfläche verlassen und zu der zweiten Schichtoberfläche zurückkehren; und

d) die Hochfrequenzquelle (26) umschaltbar ist, indem sie mit einem Kontakt an die Kammer angeschlossen ist und mit einem zweiten Kontakt schaltbar entweder mit der ersten Kathodenanordnung (19) oder der zweiten Kathodenanordnung (119) verbindbar ist; und

e) die Substrat-Handhabungseinrichtung (80) zum Positionieren der Substrate in einer von mehreren Positionen angeordnet ist, wobei eine erste Position dergestalt ist, daß ein radialer Vektor senkrecht zur Substratoberfläche die zentrale Achse zwischen der ersten Kathodenanordnung (19) und der Zerstäubungsabschirmung (70) senkrecht schneidet und eine zweite Position dergestalt ist, daß ein radialer Vektor senkrecht zur Substratoberfläche die zentrale Achse zwischen der zweiten Kathodenanordnung (119) und der Zerstäubungsabschirmung (70) senkrecht schneidet.

3. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Handhabungseinrichtung ein ringförmiges Element (80) mit mehreren auf dessen Innenseite befindlichen Substrathaltem (86) umfaßt, wobei die Substrathalter um eine radiale Achse (92) des ringförmigen Elementes gedreht werden können.

4. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrathalter (86) elektrisch mit einer im voraus festgelegten Grundspannung vorgespannt sind.

5. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Handhabungseinrichtung eine erste Dreheinrichtung aufweist, um die Substrate um die zentrale Achse zu drehen und eine zweite Dreheinrichtung aufweist, um die Substrate um eine Achse senkrecht zu der Substratoberfläche zu drehen.

6. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schichtoberfläche kreisförmig ist.

7. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Magnetanordnung (40) den Austritt der magnetischen Kraftlinien aus der ersten Schichtoberfläche (38) in einem zentralen Teil und ein radiales Erstrecken nach außen veranlaßt, bis die Kraftlinien zu der ersten Schichtoberfläche an einem äußeren Teil zurückkehren und wobei die zweite Magnetanordnung (140) den Austritt der magnetischen Kraftlinien aus der zweiten Schichtoberfläche (138) in einem zentralen Teil und ein radiales Erstrecken nach außen veranlassen, bis die Kraftlinien zu der zweiten Schichtoberfläche an einem äußeren Teil zurückkehren.

8. Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurchge kennzeichnet, daß die Zerstäubungsabschirmung (70) ein erstes Schichtmaterial auf einer Oberfläche parallel und gegenüber der ersten Schichtoberfläche aufweist und daß die Zerstäubungsabschirmung das zweite Schichtmaterial auf einer Oberfläche parallel und gegenüber der zweiten Schichtoberfläche aufweist.

9. Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit mehreren Dünnfilmen, umfassend die Schritte:

a. Positionieren eines Substrates (50) gegenüber einer ersten Kathode (19), so daß das Substrat senkrecht zu einer ersten Schichtoberfläche der ersten Kathode ist, wobei die erste Kathode und das Substrat beide innerhalb einer gasgefüllten Kammer angeordnet sind;

b. Anlegen eines elektrischen Potentiales zwischen der ersten Kathode und der gasgefüllten Kammer zur Bildung einer Gasentladung innerhalb der gasgefüllten Kammer und dadurch Hervorrufen einer Zerstäubung von Material von der Schichtoberfläche auf das Substrat und Drehung des Substrates und eine Achse, welche senkrecht zu der ersten Schichtoberfläche ist und gleichzeitige Drehung des Substrates um eine Achse, welche senkrecht zu der Oberfläche des Substrates ist:

c. erneute Positionierung des Substrates (50) gegenüber der zweiten Kathode (119), so daß das Substrat senkrecht zu einer zweiten Schichtoberfläche der zweiten Kathode ist, wobei die zweite Kathode und das Substrat beide innerhalb einer gasgefüllten Kammer angeordnet sind;

d. Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen der zweiten Kathode und der gasgefüllten Kammer, um eine Gasentladung innerhalb der gasgefüllten Kammer zu bilden und dadurch die Zerstäubung von Material von der zweiten Schichtoberfläche auf das Substrat hervorzurufen und gleichzeitige Drehung des Substrates um eine Achse, welche senkrecht zu der zweiten Schichtoberfläche ist, während das Substrat gleichzeitig um eine Achse gedreht wird, die senkrecht zu der Oberfläche des Substrates ist.