EP1759036A1 - Beschichtungsvorrichtung zum beschichten eines substrats, sowie ein verfahren zum beschichten - Google Patents

Beschichtungsvorrichtung zum beschichten eines substrats, sowie ein verfahren zum beschichten

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EP1759036A1
EP1759036A1 EP05744763A EP05744763A EP1759036A1 EP 1759036 A1 EP1759036 A1 EP 1759036A1 EP 05744763 A EP05744763 A EP 05744763A EP 05744763 A EP05744763 A EP 05744763A EP 1759036 A1 EP1759036 A1 EP 1759036A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
substrate
target material
cathode
coating device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05744763A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Vetter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oerlikon Metaplas GmbH
Original Assignee
Metaplas Ionon Oberflaechenveredelungstechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Metaplas Ionon Oberflaechenveredelungstechnik GmbH filed Critical Metaplas Ionon Oberflaechenveredelungstechnik GmbH
Priority to EP05744763A priority Critical patent/EP1759036A1/de
Publication of EP1759036A1 publication Critical patent/EP1759036A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • C23C14/351—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using a magnetic field in close vicinity to the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields

Definitions

  • Coating apparatus for coating a substrate and a method for coating
  • the invention relates to a charging device for coating a substrate, a method for coating, and a coated substrate according to the preamble of the independent claim of the respective category.
  • the particle emission of droplets is naturally much lower in sputtering than in arc vaporization, since the target material is rather “gently” released by individual ionized atoms of the process gas under the action of an electric field from the target and converted into the vapor form. That is, during sputtering, the support material is not transferred to the gas phase by melting portions of the surface of the target as in arc vapor deposition.
  • the object of the invention is therefore to propose a coating apparatus and a method for coating by means of cathode sputtering with which substrates, in particular optical, micromechanical and electronic components, can be coated substantially defect-free, so that the coated surfaces meet the highest quality requirements.
  • the coating device with a process chamber for coating a substrate by means of cathode sputtering, which process chamber for establishing and maintaining a gas atmosphere has an inlet and an outlet for a process gas, comprises an anode and a cathode with a target of the target material to be sputtered, an electrical energy source for Generating an electrical voltage between the anode and the cathode, wherein the electrical energy source comprises an electrical sputtering source, with which the target material of the cathode can be converted by atomization into a vapor form.
  • ionizing means are provided for generating an electrical ionization voltage, so that the atomized target material is at least partially ionizable, wherein a filter device is provided with a magnetic guide component, which filter device is configured and arranged such that the atomized ionized target material by the magnetic guide component of a Surface of the substrate to be coated can be supplied and the atomized non-ionized target material can be filtered out by the filter device before reaching the surface of the substrate.
  • the coating device it is thus possible to supply to a surface of a substrate to be coated essentially only the ionized portion of the atomized target material and to filter out non-ionized portions before reaching the substrate to be coated.
  • this prevents droplet-shaped accumulations of particles, so-called droplets, which have detached themselves from the target at the cathode during the atomization process, from reaching the surface of the substrate.
  • the number of ionized sputtered particles is massively increased by ionizing the sputtered material, most of which is in the gas phase, through the ionizing agents by applying a leaching voltage, thereby increasing the ionized particle content by up to 50%, depending on the process control % and 75%, or more specifically over 75%.
  • This can be achieved by using high, preferably pulsed ionization voltages in the range of, for example, 1000 V for ionization at extremely high electrical currents of, for example, 1000 A. This corresponds to electrical power in the megawatt range, being used with pulse frequencies of the ionization voltage up to a few kHz, preferably with pulse frequencies up to 100Hz, in particular, for example, with a pulse frequency of 50Hz.
  • This sputtering technique which ionizes sputtered target material of the cathode with the aid of ionizing agents, a process which is also familiar under the term “post-ionization”, is often also referred to as "high-performance sputtering", a sputtering technique known per se, which is described, for example, in WO 02/103078 is described in detail, in which with high electrical power, the atomized, often largely electrically neutral material is post-ionized.
  • the ionizing means may, for example, simply comprise a voltage source which is, for example, electrically connected to the anode and the cathode so that, for example, a suitable pulsed voltage can be applied between the anode and the cathode, whereby atomized target material can be ionized.
  • the sputtering source and the ionizing agent can be formed by one and the same voltage source, which is effected by suitable control and / or regulation of this voltage source, for example alternately or simultaneously atomization of the target and post-ionization of the sputtered material.
  • two or more voltage sources are used, which are all connected in common between the anode and cathode, where, for example, a voltage source only for atomization of the material and another voltage source is a suitable ionticiansweakened for post-ionization of the sputtered target material for Provides.
  • the ionization means may of course also comprise one or more separate electrodes, so that the electrical ionization voltage is completely or partially isolated from the electrical sputtering source.
  • the ionizing means may comprise a galvanically separated from the anode and the cathode electrode system to which the electrical ionticianslid can be applied for post-ionization.
  • ionizing agents explained above are, of course, to be understood only by way of example, ie this listing of examples of possible embodiments of ionizing agents is in no way conclusive. Rather, it is essentially only important that a sufficient degree of ionized target material is provided by the ionizing agent, which can then be guided by means of the magnetic guiding component for coating onto the substrate.
  • the post-ionization for example, by other ionization sources, such as ionizing radiation, such as X-rays, laser radiation or can be achieved in other ways.
  • the sputtered target material By massively increasing the degree of ionization of the sputtered target material to a value of e.g. 70% ionized target material, one obtains a sufficiently high yield of coating material, which can be guided by the magnetic guide component of the inventive filter device for coating the substrate on the surface in a predeterminable way.
  • the non-ionized particles and particles, e.g. the droplets are essentially not influenced by the magnetic field of the magnetic guide component in their movement and are therefore not supplied by the filter device to the substrate to be coated.
  • the filter device is simply formed by one or more magnetic field generating sources, which are the magnetic guide components which form a magnetic field designed to guide the ionized sputtered particles, so that they by the magnetic field of the magnetic field generating sources on a predetermined, suitably curved path , are guided on the surface to be coated of the substrate.
  • magnetic field generating sources which are the magnetic guide components which form a magnetic field designed to guide the ionized sputtered particles, so that they by the magnetic field of the magnetic field generating sources on a predetermined, suitably curved path , are guided on the surface to be coated of the substrate.
  • the filter device comprises at least one section which is designed in the form of a hose extending along a longitudinal axis and has an inlet opening and an outlet opening for the atomized target material.
  • the hose may consist of a single section, or of a plurality of composite sections, which may be directly juxtaposed or arranged at a certain distance from each other.
  • the tube may consist of a single suitably curved section, the tube being arranged with respect to the target or cathode and with respect to the substrate such that the atomized particles enter the tube through an entrance opening, the ionized ones Particles are guided by the magnetic guide component in the hose so that they leave the tube in the direction of the substrate to be coated again through an outlet opening, so that the ionized particles in the tube can be guided by the magnetic guiding component for coating on the substrate.
  • the non-ionized particles such as the droplets, do not follow the curved course and therefore are deposited on the walls of the tube and do not reach the surface of the substrate to be coated.
  • This variant of the coating device according to the invention has, among other things, the particular advantage that the process chamber is not contaminated substantially or only slightly by the target material not deposited on the substrate.
  • the tube is arranged in the process chamber so that it can be replaced without dismantling the magnetic guide component.
  • the hose with target and Zerstäuubungstreu is configured and arranged so that the hose itself is provided substantially entirely outside the process chamber and the outlet opening of the hose with an opening of the process chamber cooperates such that the ionized target material from the hose into the interior the chamber for coating a arranged in the process chamber substrate is feasible.
  • This variant has the special Advantage that the coating chamber can be kept relatively small and the tube is particularly easy to replace.
  • the hose consists of a plurality of individual sections, which are arranged spaced apart, for example, the individual sections as such need not necessarily be curved. Rather, in a specific embodiment, the arrangement of a plurality of sections forms a total of a curved path, which follow by suitable design and arrangement of the magnetic guide component, the ionized particles in the direction of the substrate.
  • the individual sections can be designed individually or even individually, even though the entire arrangement forms a more or less curved path. This makes it possible, for example, in case of maintenance, e.g. to exchange only individual sections. In particular, even complex curved geometries can be easily assembled or disassembled by the sectional construction of the arrangement.
  • the hose has at least one bend with a predefinable bend angle with respect to the longitudinal axis in a plane of curvature.
  • the hose may e.g. be bent at any angle. Special bending angles are below 45 °, between 30 ° and 180 °, preferably between 70 ° and 120 °, in particular, the hose may have a bend of about 90 °.
  • the tube has a more complicated curvature geometry.
  • the tube may have multiple bends with respect to a plane of curvature, possibly but not necessarily in opposite directions.
  • the tube may have bends with respect to at least two different planes of curvature.
  • a helical curvature is conceivable.
  • any suitable geometry for the curvature of the tube is conceivable, which makes it possible to direct a sufficiently high proportion of the ionized atomized particles onto the substrate to be coated.
  • the hose itself may be of any suitable material depending on the application and requirements and constructed in any suitable manner.
  • the tube is formed of suitable plastics or composites or may be metal or metal mesh, which may be magnetic or non-magnetic. If the hose itself is wholly or partly constructed of magnetic materials, then the hose itself may be part of the magnetic guide component and contribute to the guidance of the ionized particles.
  • the magnetic guiding component for generating a magnetic guiding field which provides typical field strengths up to a few 1000 Gauss, in particular up to 1000 Gauss, in particular between 10 and 500 Gauss, can e.g. an electric magnetic coil, preferably comprise a Helmholtz coil. In an example that is important for practice, several coils are provided, so that the magnetic field generated by the magnetic guiding component can be adapted particularly well to the ionized particles to be guided.
  • Control means may be provided so that the shape and strength of the magnetic guide field generated by the magnetic guide component can be controlled and / or regulated both as a function of location, as well as in dependence on time. So it is e.g. it is possible to selectively control or regulate the amount of coating material which is to reach the substrate per unit of time by correspondingly controlling the magnetic field of the magnetic guiding component, the atomisation of the target being e.g. under stable conditions.
  • the magnetic guide component for generating a magnetic guide field also comprise one or more permanent magnets or form combinations of coils and permanent magnets or current-carrying wires or any other suitable magnetic field generating component, wherein the magnetic guide component in particular well known to those skilled Polschuhmagneten or any suitable combination may comprise said magnetic guide components.
  • At least one retaining screen is provided as a particle trap for filtering non-ionized sputtered target material.
  • This particle trap can be provided, for example, in the vicinity of the substrate at an outlet opening of the hose of the filter device.
  • the particle trap may of course also be arranged at any point within the hose or, for example, as a retaining screen at the inlet opening of the hose.
  • a plurality of particle traps may be provided in a hose.
  • an inner side of the tube has a rib-shaped structure, which rib-shaped structure is designed such that it acts as a particle trap, so that non-ionized target material and / or ionized or non-ionized process gas can be filtered out.
  • the tube is completely missing and the filter device is formed only from a suitably arranged system of one or more particulate traps in conjunction with the magnetic guide component.
  • ionized process gas e.g. Argon, another noble gas or any other suitable process gas, such.
  • Nitrogen, oxygen, etc. may be provided for neutralizing the process gas, in particular for the neutralization of argon, an electron source for injection of electrons, with which ions of the process gas and / or the sputtered material are neutralized, wherein the neutralization of the sputtered material preferably takes place at the end of the tube or at the end of the magnetic guide component.
  • the substrate and / or a substrate holder for the substrate can be set to a predeterminable electrical positive or negative potential.
  • the process chamber includes a sputtering chamber in which the cathode is disposed and a coating chamber in which the substrate is disposed.
  • the sputtering chamber and the coating chamber are connected to one another by the filter device, although further connections between the sputtering chamber and the coating chamber may also exist.
  • the same gas atmosphere prevail or else the gas atmosphere in the process chamber and in the sputtering chamber may be more or less different as required, and appropriate means may be provided for possibly gaseous atmosphere in the respective ones Chambers separately or jointly to taxes and / or rules.
  • more than one cathode and / or more than one anode can be provided in one and the same process chamber or in one and the same sputtering chamber, as already explained above, so that, for example, simultaneously or successively different cathodes of the same or different target material can be atomized , so that, for example, a substrate can be coated simultaneously or in a predeterminable sequence with different materials.
  • the coating device is designed such that at least two different substrates in one and the same coating chamber or in different coating chambers are coatable.
  • a coating device can comprise more than one sputtering chamber and / or more than one coating chamber.
  • target material for coating the substrate preferably comprising carbon or carbon compounds, or else metals or metal alloys, in particular copper.
  • a magnet system comprising the cathode and corresponding cooling and holding means, and the magnet system is preferably designed as a magnetron, the magnetron may be a balanced or an unbalanced magnetron.
  • the coating device according to the invention for coating a substrate is not limited to specific atomization techniques, ie sputtering techniques. Rather, all variants of sputtering can be beneficial in the Coating device according to the invention are used when only the concentration of the ionized sputtered target material can be increased by the ionization to a sufficient predetermined concentration.
  • the above-explained preferred embodiments of the coating device according to the invention are only exemplary and in no way is this list conclusive. Rather, all meaningful possible combinations of the described embodiments for certain applications are also possible and can be used advantageously for coating substrates.
  • the method according to the invention for coating a substrate by means of cathode sputtering is carried out in a coating device with a process chamber, the coating device comprising a sputtering chamber having an inlet and an outlet for a process gas in which a gas atmosphere is established.
  • the coating apparatus further comprises an anode and a cathode having a target of a target material which is atomized to coat the substrate and an electrical energy source with which an electrical voltage is generated between the anode and the cathode, the electrical energy source having an electrical sputtering source with which the target material of the cathode is converted by atomization into a vapor form, and ionizing means for generating an electrical ionticiansschreib is provided, with which the sputtered target material is at least partially ionized.
  • a filter device is provided with a magnetic guide component, which filter device is designed and arranged such that the atomized ionized target material is at least partially supplied by the magnetic guide component of a surface of the substrate to be coated and the atomized non-ionized target material through the filter device before reaching the Surface of the substrate is filtered out to a predetermined proportion.
  • a substrate in particular an optical or electronic component, in particular a computer hard disk, by means of coated coating device according to the invention and / or according to the inventive method.
  • all other substrates such as mechanical and technical components, which highest quality standards are placed on the coated surface or even in the field of aesthetic applications, such as jewelry or ornaments of all kinds the method according to the invention or the coating device according to the invention can advantageously be used.
  • the coating device according to the invention and the method according to the invention are in particular in the field of micromechanics, microelectronics, e.g. can be used particularly advantageously in medical technology and / or for coating elements of nanosensors or for nanomotors.
  • FIG. 1 shows a simple embodiment of a coating device according to the invention
  • FIG. 2 shows a second embodiment according to FIG. 1 with a hose
  • FIG. 2a shows a hose arranged outside the process chamber
  • FIG. 3 shows a filter device with a multiply bent hose
  • FIG. 4 shows a coating device with a separate atomization chamber and coating chamber
  • FIG. 5 shows a coating device with two atomization units
  • the coating apparatus 1 for coating a substrate S e.g. for coating a surface of a computer hard disk S or a sensitive optical component S
  • the coating apparatus 1 for coating a substrate S comprises a process chamber 2 for establishing and maintaining a gas atmosphere, which process chamber 2 has an inlet 3 and an outlet 4 for a process gas, which in the present case is argon.
  • an anode 5 and a cathode 6 are arranged, which is connected to an electrical energy source 7 with electrical sputtering source 8 and form a sputtering arrangement, with which the target material 62 of the cathode 6 can be converted by atomization into the vapor form.
  • ions of the process gas in this case argon ions
  • the positively charged ions of the process gas encountering the negatively charged cathode 6 and a small number of positively charged target ions 622 produce the target material 62
  • a much larger number of individual neutral, ie non-ionized atoms 623 of the target material 62 are generated from the target 61 and, for example microbows produce small, substantially uncharged droplets 624 of the target material, so-called droplets 624.
  • the ionizing means of the 9th is created, created.
  • the ionization voltage 91 is typically up to about 1000 V or more, currents of up to 1000 A or higher may occur, typical pulse frequencies for the ionization voltage 91 being, for example, in the range of 50 Hz.
  • the non-ionized target atoms 623 knocked out of the target 61 are ionized to a considerable extent so that positively charged target ions 622 are formed from the uncharged target atoms 623.
  • the degree of ionization achieved in this way in the vapor form of the target material can be up to 70% and more with appropriate process control.
  • the substrate S to be coated is arranged on a substrate holder 100, which can either be electrically insulated or, in particular, electrically conductively connected to a wall of the process chamber 2 or an electrical energy source, which is not shown here.
  • a filter device 10 which, in the present case, comprises only one magnetic guiding device 11 as an essential component.
  • the magnetic guiding device 11 comprises two pairs of Helmholtz coils, which are designed and arranged such that ionized target ions 622, which penetrate at a speed V from the target into the magnetic guiding field of the magnetic guiding device 11 generated by the Helmholtz coils, pass through the magnetic guiding component 11 a surface of the substrate S are supplied.
  • Uncharged particles and in particular the essentially uncharged droplets 624 can not be influenced by the magnetic guiding field of the guide component 11 in their path and therefore are not impacted by the magnetic guide component 11, ie here by the magnetic guide field generated by the Helmholtz coils, on the surface of the substrate to be coated S guided. Much more The uncharged droplets 624 follow their original direction and either hit one of the Helmholtz coils or are deposited, for example, on a wall of the process chamber, whereby the droplets 624 are filtered out.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment according to FIG. 1, wherein the filter device 10 comprises, in addition to the magnetic guide components 11, a hose 12 extending along a longitudinal axis L.
  • the ionized target material 622 atomized from the target 61 and the droplets 624 enter the tube 12 through the inlet opening 121.
  • the ionized particles 622 of the target material are guided by the magnetic guide component 11 as in the embodiment of FIG. 1 for coating on the surface of the substrate S, which is arranged in the vicinity of the outlet opening 122 of the tube 12.
  • the substantially uncharged droplets 624 are virtually unaffected in their trajectory by the magnetic guide component 11 and are deposited on an inner wall of the tube 12. By using the tube 14, even better filtering of the droplets 624 is possible.
  • the filtering effect can be further improved by the filter device 10 by a more complicated design of the geometry of the tube 12.
  • the tube 12 shown in Fig. 2 in this case has a curvature ⁇ of about 90 °.
  • the angle of curvature ⁇ may also have a value greater than or less than 90 ° as required.
  • FIG. 2 a shows an exemplary embodiment of a coating device 1 according to the invention, in which the tube 12 is arranged outside the process chamber 2.
  • the tube 12 with target 6 and Zerstäuubungs provoke 8 is designed and arranged so that the tube 12 itself is provided substantially entirely outside the process chamber 2 and the outlet opening 121 of the tube 12 cooperates with an opening of the process chamber 2 such that the ionized target material 622 from the tube 12 into the interior of the process chamber 2 for coating in the process chamber.
  • 2 arranged substrate S is feasible.
  • This variant has the particular advantage that the coating chamber 2 can be kept relatively small and the tube 12 is particularly easily replaceable.
  • the guide device 10 may additionally comprise one or more retaining apertures 13 as a particle trap.
  • the tube can vary in diameter or shape along its longitudinal axis, whereby particle traps can likewise be realized for filtering out unwanted particles, or the tube 12 can have on its inside a ribbed structure which acts as a paticle trap for non-ionized particles.
  • suitable retaining apertures 13 may be provided as particle trap for the droplets along the path of the ionized target material 622.
  • FIG. 4 shows a coating device 1 with a separate atomization chamber 21 and two coating chambers (22, 22 '). exemplified.
  • the anode 5 and the cathode 6 is arranged, so that in the sputtering chamber 21, the target material 62 is atomized and, as already explained in detail, nach ⁇ ionized.
  • the ionizing means 9 are not shown in FIG. 4 for the sake of clarity.
  • Two substrates S and S 'to be coated are arranged in two different coating chambers 22 and 22'.
  • Each of the chambers may have its own, not shown here inlet 3 and outlet 4 for a process gas. This makes it possible, depending on the requirements in the various chambers to produce different gas atmospheres.
  • the coating of the two substrates can be controlled independently of each other and independently of the sputtering of the target 61 in the sputtering chamber 21 that, for example, another coating, for example with different properties or a different composition, than on the substrate S 'is applied to the substrate S.
  • the rate of the ionized particles available for coating can be reduced by partially directing the particle flow in the tube 13, 13 'by suitably setting the magnetic guide field so that it reaches the surface of the substrate S, S'. at a particulate trap, not shown in Fig. 4, or be intercepted by the walls of the tube 13, 13 '.
  • a special controllable and / or regulatable electron source is provided in the hose or at another suitable location, so that the concentration of the ions 622 of the target material in the hose can be adjusted, whereby the progressing coating process can be set.
  • more than two coating chambers can be provided or that different substrates S and S 1 can be coated by different filter devices 10 and 10 'in a common process chamber, in which possibly also the atomization of anode , Cathode and ionizing agent can be housed.
  • FIG. 5 shows a coating device 1 with two atomizing arrangements with cathodes 6, 6 'and anodes 5, 5'.
  • the two sputtering arrangements with cathodes 6, 6 'and anodes 5, 5' can each be accommodated in a separate sputtering chamber 21 (not shown in FIG. 5), the substrate S being arranged in a corresponding separate coating chamber 22, which is shown in FIG. 5 also not shown, can be arranged.
  • the two atomization units can also be arranged in a common sputtering chamber 21 and the substrate can be placed in a separate coating chamber 22. In a specific case, the entire arrangement shown in Fig.
  • a sputtering unit may be mounted together with the substrate S in a process chamber, while the second sputtering unit is provided in a separate sputtering chamber 21.
  • the substrate can be coated simultaneously or sequentially with two identical or different materials from two different targets. It is also possible here, depending on the requirements and if the substrate and the atomizing units are arranged in different chambers to produce the same or different gas atmospheres in the different chambers.
  • the coating of the substrate independently of one another and independently of the sputtering of the respective other target 61, 61 ' so that a high degree of flexibility is achieved with regard to the layers and their properties to be applied to the substrate,
  • the rate of the ionized particles available for coating from one of the two atomizing units can be reduced by the fact that in the tube 13, 13 'is partially deflected by suitable adjustment of the magnetic guide field of the particle flow so that it is intercepted before reaching the surface of the substrate S at a not shown in Fig. 5 particulate trap or through the walls of the tube 13, 13' or it can, as before explained, an electron source may be provided in the hose.
  • substrates S and S ' can be coated, e.g. by combining the embodiment of FIG. 4 with the features of the example of FIG. 5.
  • the substrate S may be coated with more than two sputtering assemblies simultaneously or sequentially.
  • the coating device according to the invention for coating a substrate by means of cathode sputtering a device is thus available with which a wide variety of substrates can be provided with layers which meet the highest quality requirements.
  • ultra-thin layers such as those required in electronics, optics, micromechanics, microelectronics, or in nanosensor technology or nanomotive technology, or in aesthetic or other applications, can be made free for the first time by the use of the high-performance sputtering technique known per se Droplets are manufactured whose formation, eg by micro arc discharges, can not be completely prevented even during sputtering.
  • these droplets can be reliably filtered out.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsvorrichtung (1) mit einer Prozesskammer (2) zum Beschichten eines Substrats (S) mittels Kathodenzerstäubung, welche Prozesskammer (2) zur Errichtung und Aufrechterhaltung einer Gasatmosphäre einen Einlass (3) und einen Auslass (4) für ein Prozessgas aufweist, sowie eine Anode (5) und eine Kathode (6) mit einem Target (61) aus dem zu zerstäubenden Targetmaterial (62), und eine elektrische Energiequelle (7) zur Erzeugung einer elektrischen Spannung zwischen der Anode (5) und der Kathode (6), wobei die elektrische Energiequelle (7) eine elektrische Zerstäubungsquelle (8) umfasst, mit welcher das Targetmaterial (62) der Kathode (6) durch Zerstäubung in eine Dampfform überführbar ist. Weiterhin sind Ionisierungsmittel (9) zur Erzeugung einer elektrischen lonisierungspannung (91) vorgesehen, so dass das zerstäubte Targetmaterial (62) zumindest teilweise ionisierbar ist, wobei eine Filtereinrichtung (10) mit einer magnetischen Führungskomponente (11) vorgesehen ist, welche Filtereinrichtung (10) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass das zerstäubte ionisierte Targetmaterial (622) durch die magnetische Führungskomponente (11) einer Oberfläche des zu beschichtenden Substrats (S) zuführbar ist und das zerstäubte nicht-ionisierte Targetmaterial (623, 62434) durch die Filtereinrichtung (10) vor Erreichen der Oberfläche des Substrats (S) ausfilterbar ist.

Description

Beschichtunqsvorrichtung zum Beschichten eines Substrats, sowie ein Verfahren zum Beschichten
Die Erfindung betrifft eine Beschickungsvorrichtung zum Beschichten eines Substrats, ein Verfahren zum Beschichten, sowie ein beschichtetes Substrat gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie.
Zum Aufbringen von Schichten oder Schichtsystemen auf die unterschiedlichsten Substrate sind aus dem Stand der Technik eine ganze Reihe verschiedener chemischer, mechanischer und physikalischer Techniken bekannt, die je nach Anforderung und Einsatzgebiet ihre Berechtigung haben und entsprechende Vor- und Nachteile aufweisen.
Zum Aufbringen verhältnismässig dünner Schichten sind insbesondere Verfahren geläufig, bei welchen die Oberfläche eines Targets in einem Lichtbogen in die Dampfform überführt wird, wobei sich der so gebildete Dampf dann als Beschichtung auf einem Substrat niederschlagen kann. Hier sind die Verfahren der anodischen und der kathodischen Vakuumbogenverdampfung zu nennen. Ein Nachteil dieser Verfahren besteht darin, dass bei der Verdampfung des Targets, z.B. eines Targets, das Kohlenstoff oder ein Metall wie z.B. Kupfer enthält, immer Makropartikel, sogenannte Droplets auftreten, die aufwendig ausgefiltert werden müssen, wenn z.B. an die Gleichmässigkeit der aufzubringenden Schicht höchste Qualitätsansprüche gestellt werden. Dabei gelingt in der Regel die Ausfilterung der Droplets nur ungenügend, was natürlich die Qualität der entstehenden Schichten negativ beeinflusst.
Insbesondere zur Darstellung ultradünner defektfreier Schichten wird daher häufig auf die bekannten Verfahren der Kathodenzerstäubung mittels eines ionisierten Prozessgases, wie beispielsweise Argon zurückgegriffen. Diese Zerstäubungsverfahren sind in ihren unterschiedlichen Varianten dem Fachmann unter dem Bergriff "Sputtern" geläufig.
Die Partikelemission von Droplets ist beim Sputtern naturgemäss viel geringer als beim Lichtbogenverdampfen, da das Targetmaterial eher "schonend" durch einzelne ionisierte Atome des Prozessgases unter Einwirkung eines elektrischen Feldes aus dem Target herausgelöst und in die Dampfform überführt wird. D.h., beim Sputtern wird das Tragetmaterial nicht wie beim Lichtbogenverdampfen, durch Schmelzen von Teilen der Oberfläche des Targets in die Gasphase überführt.
Allerdings besteht auch beim Sputtern, also beim Zerstäuben der Oberfläche eines Targets durch ein ionisiertes Prozessgas eine gewisse Gefahr der Partikelemissionen durch parasitäre Entladungen, z.B. durch die Entstehung von sogenannten "Mikrobögen" aufgrund mehr oder weniger spontaner elektrischer Entladungen durch elektrisch inhomogene Verhältnisse. Dabei können unter anderem aufgrund der vorgenannten parasitären Entladungen im Rahmen der Partikelemissionen Droplets in einer Grosse von ca. 10nm- 500nm entstehen, wobei die Grosse der Droplets in bestimmten Fällen auch bedeutend grösser oder kleiner sein kann.
Die vorgenannten Partikelemissionen, auch wenn diese im Vergleich zu den Emissionen beim Lichtbogenverdampfen in Grosse und im Umfang deutlich geringer sind, sind insbesondere bei der Herstellung ultradünner Schichten, oder wenn extrem glatte Oberfläche wie beispielsweise bei optischen oder elektronischen Bauteilen, wie Linsen, Festplatten, usw. häufig nicht akzeptabel.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Beschichtungsvorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten mittels Kathodenzerstäubung, vorzuschlagen mit welchem Substrate, insbesondere optische, mikromechanische und elektronische Komponenten, weitgehend defektfrei beschichtbar sind, so dass die beschichteten Oberflächen allerhöchsten Qualitätsanforderungen genügen.
Die diese Aufgaben in apparativer und verfahrenstechnischer Hinsicht lösenden Gegenstände der Erfindung sind durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs der jeweiligen Kategorie gekennzeichnet.
Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemässe Beschichtungsvorrichtung mit einer Prozesskammer zum Beschichten eines Substrats mittels Kathodenzerstäubung, welche Prozesskammer zur Errichtung und Aufrechterhaltung einer Gasatmosphäre einen Einlass und einen Auslass für ein Prozessgas aufweist, umfasst eine Anode und eine Kathode mit einem Target aus dem zu zerstäubenden Targetmaterial, eine elektrische Energiequelle zur Erzeugung einer elektrischen Spannung zwischen der Anode und der Kathode, wobei die elektrische Energiequelle eine elektrische Zerstäubungsquelle umfasst, mit welcher das Targetmaterial der Kathode durch Zerstäubung in eine Dampfform überführbar ist. Weiterhin sind lonisierungsmittel zur Erzeugung einer elektrischen lonisierungsspannung vorgesehen, so dass das zerstäubte Targetmaterial zumindest teilweise ionisierbar ist, wobei eine Filtereinrichtung mit einer magnetischen Führungskomponente vorgesehen ist, welche Filtereinrichtung derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass das zerstäubte ionisierte Targetmaterial durch die magnetische Führungskomponente einer Oberfläche des zu beschichtenden Substrats zuführbar ist und das zerstäubte nicht-ionisierte Targetmaterial durch die Filtereinrichtung vor Erreichen der Oberfläche des Substrats ausfilterbar ist.
Mit der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung ist es somit möglich, einer zu beschichtenden Oberfläche eines Substrats im wesentlichen nur den ionisierten Anteil des zerstäubten Targetmaterials zuzuführen und nicht ionisierte Anteile vor Erreichen des zu beschichtenden Substrats auszufiltern. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass tröpfchenförmige Ansammlungen von Teilchen, sogenannte Droplets, die sich beim Zerstäubungsvorgang vom Target an der Kathode gelöst haben, die Oberfläche des Substrats erreichen. Dabei wird die Zahl der ionisierten zerstäubten Teilchen massiv erhöht, indem das zerstäubte Material, das sich grösstenteils in der Gasphase befindet, durch die lonisierungsmittel durch Anlegen einer lonsierungsspannung ionisiert wird, wodurch der Anteil der ionisierten Teilchen bis zu 50%, je nach Prozessführung zwischen 50% und 75% oder im speziellen auch über 75% liegen kann. Das ist dadurch erreichbar, dass zur Ionisierung hohe, bevorzugt gepulste lonisierungsspannungen im Bereich von z.B. 1000V bei extrem hohen elektrischen Strömen von z.B. 1000A Verwendung finden. Das entspricht elektrischen Leistungen im Megawatt-Bereich, wobei mit Pulsfrequenzen der lonisierungsspannung bis zu einigen KHz, bevorzugt mit Pulsfrequenzen bis 100Hz, im speziellen z.B. mit einer Pulsfrequenz von 50Hz gearbeitet wird. Diese Kathodenzerstäubungstechnik, die mit Hilfe von lonisierungsmitteln zerstäubtes Targetmaterial der Kathode ionisiert, ein Prozess, der auch untern dem Begriff "Nach-Ionisierung" geläufig ist, wird oft auch als "Hochleistungssputtern" bezeichnet, eine an sich bekannte Sputtertechnik, die z.B. in der WO 02/103078 eingehend beschrieben ist, bei welcher mit hohen elektrischen Leistungen das zerstäubte, oft grösstenteil elektrisch neutrale Material, nach-ionisiert wird. Die lonisierungsmittel können z.B. einfach eine Spannungsquelle umfassen, die z.B. elektrisch mit der Anode und der Kathode verbunden sind, so dass beispielsweise eine geeignete gepulste Spannung zwischen Anode und Kathode anlegbar ist, wodurch zerstäubtes Targetmaterial ionisierbar ist. Dabei kann die Zerstäubungsquelle und die lonisierungsmittel durch ein und dieselbe Spannungsquelle gebildet werden, die durch geeignete Steuerung und/oder Regelung dieser Spannungsquelle beispielsweise abwechselnd oder gleichzeitig eine Zerstäubung des Targets und eine Nach-Ionisation des zerstäubten Materials bewirkt wird. Natürlich ist es auch möglich, dass zwei oder mehr Spannungsquellen zum Einsatz kommen, die alle gemeinsam zwischen Anode und Kathode geschaltet sind, wobei z.B. eine Spannungsquelle nur zur Zerstäubung des Materials dient und eine weitere Spannungsquelle eine geeignete lonisierungsspannung zur Nach-Ionisierung des zerstäubten Targetmaterials zur Verfügung stellt.
Weiter können die lonisierungsmittel natürlich auch eine oder mehrere eigene Elektroden umfassen, so dass die elektrische lonisierungsspannung von der elektrischen Zerstäubungsquelle ganz oder teilweise isoliert ist. Zum Beispiel können die lonisierungsmittel ein galvanisch von der Anode und der Kathode getrenntes Elektrodensystem umfassen, an welches zur Nach-Ionisierung die elektrische lonisierungsspannung anlegbar ist.
Die zuvor erläuterten Beispiele von lonisierungsmitteln sind selbstverständlich nur exemplarisch zu verstehen, d.h. diese Aufzählung von Beispielen möglicher Ausführungsformen von Inonisierungsmitteln ist keineswegs abschliessend. Vielmehr kommt es im wesentlichen nur darauf an, dass durch die lonisierungsmittel ein ausreichender Grad an ionisiertem Targetmaterial bereitgestellt wird, das dann mittels der magnetischen Führungskomponente zur Beschichtung auf das Substrat führbar ist. In ganz speziellen Fällen kann die Nach-Ionisierung z.B. auch durch andere lonisierungsquellen, wie ionisierende Strahlung, z.B. Röntgenstrahlung, Laserstrahlung oder auf andere Weise erreicht werden.
Durch die massive Erhöhung des lonisierungsgrades des zerstäubten Targetmaterials auf einen Wert von z.B. 70% ionisiertes Targetmaterial, erhält man eine genügend hohe Ausbeute an Beschichtungsmaterial, das durch die magnetische Führungskomponente der erfindungsgemässen Filtereinrichtung zum Beschichten des Substrats auf dessen Oberfläche auf einem vorgebbaren Weg führbar ist. Die nicht-ionisierten Teilchen und Partikel, wie z.B. die Droplets, sind in ihrer Bewegung vom magnetischen Feld der magnetischen Führungskomponente im wesentlichen nicht beeinflussbar und werden daher durch die Filtereinrichtung nicht dem zu beschichtenden Substrat zugeleitet.
Im einfachsten Fall wird die Filtereinrichtung einfach durch eine oder mehrere magnetfelderzeugende Quellen gebildet, welche die magnetischen Führungskomponenten sind, die ein derart gestaltetes Magnetfeld zur Führung der ionisierten zerstäubten Teilchen bilden, so dass diese durch das Magnetfeld der magnetfelderzeugenden Quellen auf einer vorgebbaren, geeignet gekrümmten Bahn, auf die zubeschichtende Oberfläche des Substrats geführt werden. Die nicht ionisierten Teilchen, insbesondere die Droplets, die durch die elektrische lonisierungspannung im wesentlichen nicht ionisiert werden, werden durch das Magnetfeld der magnetischen Führungskomponenten praktisch nicht beeinflusst und folgen in ihrer Bewegung daher nicht der gekrümmten Bahn des Magnetfeldes, so dass die nicht-ionisierten Teilchen die Oberfläche nicht erreichen, sondern in der Prozesskammer, z.B. an deren Wänden, oder z.B. an geeignet angebrachten Auffangeinrichtungen, z.B. an Auffangblechen oder Auffangblenden, abgeschieden werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Filtereinrichtung zumindest einen in Form eines entlang einer Längsachse sich erstreckenden Schlauchs ausgebildeten Abschnitt, der eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für das zerstäubte Targetmaterial aufweist. Dabei kann der Schlauch aus einem einzigen Abschnitt bestehen, oder aus mehreren zusammengesetzten Abschnitten, die unmittelbar aneinandergesetzt oder in gewissem Abstand zueinander angeordnet sein können.
Im speziellen kann der Schlauch aus einem einzigen geeignet gekrümmten Abschnitt bestehen, wobei der Schlauchs in Bezug auf das Target bzw. die Kathode und in Bezug auf das Substrat so angeordnet ist, dass die zerstäubten Teilchen durch eine Eintrittsöffnung in den Schlauch eintreten, wobei die ionisierten Teilchen durch die magnetische Führungskomponente im Schlauch so geführt werden, und dass sie durch eine Austrittsöffnung den Schlauch in Richtung des zu beschichtenden Substrat wieder verlassen, so dass die ionisierten Teilchen im Schlauch durch die magnetische Führungskomponente zur Beschichtung auf das Substrat führbar sind.
Die nicht ionisierten Teilchen, wie beispielsweise die Droplets, folgen dem gekrümmten Verlauf nicht und werden daher an den Wänden des Schlauchs abgeschieden und erreichen die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats nicht. Diese Variante der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung hat unter anderem den besonderen Vorteil, dass die Prozesskammer im wesentlichen nicht oder nur wenig von dem auf dem Substrat nicht abgeschiedenen Targetmaterial verschmutzt wird. Bevorzugt ist der Schlauch so in der Prozesskammer angeordnet, dass er ohne die magnetische Führungskomponente zu demontieren, ausgetauscht werden kann.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Schlauch mit Target und Zerstäuubungsquelle so ausgestaltet und angeordnet, das der Schlauch selbst im wesentlichen ganz ausserhalb der Prozesskammer vorgesehen ist und die Austrittsöffnung des Schlauchs mit einer Öffnung der Prozesskammer derart zusammenwirkt, dass das ionisierte Targetmaterial aus dem Schlauch ins innere der Kammer zur Beschichtung eines in der Prozesskammer angeordneten Substrats führbar ist. Diese Variante hat den besonderen Vorteil, dass die Beschichtungskammer relativ klein gehalten werden kann und der Schlauch besonders leicht austauschbar ist.
Besteht der Schlauch aus mehreren einzelnen Abschnitten, die zum Beispiel beabstandet voneinander angeordnet sind, brauchen die einzelnen Abschnitte als solche nicht unbedingt gekrümmt zu sein. Vielmehr bildet in einem speziellen Ausführungsbeispiel die Anordnung mehrerer Abschnitte insgesamt eine gekrümmte Bahn, der durch geeignete Ausgestaltung und Anordnung der magnetischen Führungskomponente die ionisierten Teilchen in Richtung auf das Substrat folgen. Die einzelnen Abschnitte können dabei jedes für sich oder auch nur einzelne, gerade ausgebildet sein, obwohl die gesamte Anordnung eine mehr oder weniger gekrümmte Bahn bildet. Dadurch ist es beispielsweise möglich, im Wartungsfall z.B. nur einzelne Abschnitte auszutauschen. Insbesondere können durch den abschnittsweisen Aufbau der Anordnung auch komplizierte Krümmungsgeometrien leicht montiert oder demontiert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Schlauch in Bezug auf die Längsachse in einer Krümmungsebene mindestens eine Biegung mit einem vorgebbaren Biegungswinkel auf. So kann der Schlauch z.B. unter einem beliebigen Winkel gebogen sein. Spezielle Biegungswinkel liegen unterhalb von 45°, zwischen 30° und 180°, bevorzugt zwischen 70° und 120°, im besonderen kann der Schlauch eine Biegung von ca. 90° aufweisen.
Besonders gute Filterergebnisse sind erzielbar, wenn der Schlauch eine kompliziertere Krümmungsgeometrie aufweist. So kann der Schlauch in Bezug auf eine Krümmungsebene mehrere Biegungen, eventuell, aber nicht notwendig, in entgegengesetzte Richtungen aufweisen. Auch kann der Schlauch in Bezug auf mindestens zwei verschiedene Krümmungsebenen Biegungen aufweist. So ist beispielsweise in einem vorgebbaren Abschnitt bezüglich der Längsachse eine spiralförmige Krümmung denkbar. Dabei ist grundsätzlich jedoch jede geeignete Geometrie für die Krümmung des Schlauchs denkbar, die es gestattet, einen genügend hohen Anteil der ionisierten zerstäubten Teilchen auf das zu beschichtende Substrat zu leiten. Der Schlauch selbst kann je nach Anwendung und Anforderungen aus jedem geeigneten Material bestehen und auf jede geeignete Weise aufgebaut sein. Bevorzugt, aber nicht notwendig, ist der Schlauch aus geeigneten Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen ausgebildet oder kann aus Metali oder aus Metallgeflechten bestehen, die magnetisch oder unmagnetisch sein können. Ist der Schlauch selbst ganz oder teilweise aus magnetischen Materialien aufgebaut, so kann der Schlauch selbst Teil der magnetischen Führungskomponente sein und zur Führung der ionisierten Teilchen beitragen.
Die magnetische Führungskomponente zur Erzeugung eines magnetischen Führungsfeldes, welches typische Feldstärken bis zu einigen 1000 Gauss, im speziellen bis zu 1000 Gauss, im besonderen zwischen 10 und 500 Gauss liefert, kann z.B. eine elektrische Magnetsspule, bevorzugt eine Helmholtzspule umfassen. In einem für die Praxis wichtigen Beispiel sind mehrere Spulen vorgesehen, so dass das durch die magnetische Führungskomponente erzeugte Magnetfeld besonders gut an die zu führenden ionisierten Teilchen angepasst werden kann. So können z.B. Regelmittel vorgesehen sein, so dass die Form und die Stärke des durch die magnetische Führungskomponente erzeugten magnetischen Führungsfeldes sowohl in Abhängigkeit vom Ort, als auch in Abhängigkeit von der Zeit gesteuert und / oder geregelt werden kann. So ist es z.B. möglich, die Menge an Beschichtungsmaterial, die pro Zeiteinheit das Substrat erreichen soll, gezielt zu steuern oder zu regeln, in dem das Magnetfeld der magnetischen Führungskomponente entsprechend gesteuert wird, wobei die Zerstäubung des Targets z.B. unter stabilen Bedingungen weiter fortgesetzt werden kann.
Dadurch ist es unter anderem möglich, wie unten noch näher beschrieben wird, verschiedene Substrate durch Zerstäuben ein und desselben Targets unter unterschiedlichen Bedingungen zu beschichten. Oder aber ein und dasselbe Substrat z.B. aus der Zerstäubung von zwei oder mehr verschiedenen Targets mit Beschichtungsmaterial zu beschichten, wobei die verschiedenen Targets insbesondere aus verschiedenen Targetmaterialien bestehen können und bevorzugt von jedem Target eine separate Filtereinrichtung zu dem zu beschichtenden Substrat führt. Damit ist es möglich, ein Substrat gleichzeitig oder nacheinander mit verschiedenen oder gleichen Materialien gezielt zu beschichten, wobei durch Steuerung und / oder Regelung der magnetischen Führungskomponente auf besonders einfache Weise die Parameter der aufzutragenden Schicht, wie z.B. Schichtdicke, Schichtzusammensetzung, physikalische und chemische Eigenschaften usw. einstellbar sind.
Dabei kann selbstverständlich die magnetische Führungskomponente zur Erzeugung eines magnetischen Führungsfeldes auch einen oder mehrere Permanentmagnete umfassen oder Kombinationen von Spulen und Permanentmagneten bilden oder stromdurchflossene Drähte oder jede andere geeignete magnetfelderzeugende Komponente umfassen, wobei die magnetische Führungskomponente insbesondere auch einen dem Fachmann wohlbekannten Polschuhmagneten oder jede geeignete Kombination der genannten magnetischen Führungskomponenten umfassen kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung ist zur Filterung von nicht-ionisiertem zerstäubtem Targetmaterial mindestens eine Rückhaltblende als Partikelfalle vorgesehen. Diese Partikelfalle kann beispielsweise in der Nähe des Substrats an einer Austrittsöffnung des Schlauchs der Filtereinrichtung vorgesehen sein. Vorteilhaft kann die Partikelfalle natürlich auch an einer beliebigen Stelle innerhalb des Schlauch oder beispielsweise als Rückhalteblende an der Eintrittsöffnung des Schlauchs angeordnet sein. Insbesondere können mehrere Partikelfallen in einem Schlauch vorgesehen sein. In einem speziellen Ausführungsbeispiel weist eine Innenseite des Schlauch eine rippenförmige Struktur auf, welche rippenförmige Struktur so ausgestaltet ist, dass sie als Partikelfalle wirkt, so dass nicht ionisiertes Targetmaterial und / oder auch ionisiertes oder nicht ionisiertes Prozessgas herausfilterbar ist.
In einem speziellen Ausführungsbeispiel fehlt der Schlauch ganz und die Filtereinrichtung wird nur aus einem geeignet angeordneten System einer oder mehrerer Partikelfallen in Verbindung mit der magnetischen Führungskomponente gebildet. Es versteht sich von selbst, dass alle zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten von Partikelfallen auch in geeigneten Kombinationen vorteilhaft Verwendung finden können und die Aufzählung möglicher Partikelfallen nicht abschliessend ist.
Zur Steuerung und / oder Regelung der Konzentration an ionisiertem Prozessgas, das z.B. Argon, ein anderes Edelgas oder auch jedes andere geeignete Prozessgas, wie z.B. Stickstoff, Sauerstoff, usw. sein kann, kann zur Neutralisation des Prozessgases, insbesondere zur Neutralisation von Argon, eine Elektronenquelle zur Injektion von Elektronen vorgesehen sein, mit welcher Ionen des Prozessgases und / oder des gesputterten Materials neutralisierbar sind, wobei die Neutralisation des gesputterten Materials bevorzugt am Ende des Schlauchs bzw. am Ende der magnetischen Führungskomponente stattfindet.
Um den Beschichtungsvorgang des Substrats mit den ionisierten Teilchen zu optimieren, ist in einem besonderen Ausführungsbeispiel das Substrat und / oder ein Substrathalter für das Substrat auf ein vorgebbares elektrisches positives oder negatives Potential einstellbar.
Für spezielle Anwendungen umfasst die Prozesskammer eine Zerstäubungskammer, in welcher die Kathode angeordnet ist, und eine Beschichtungskammer, in welcher das Substrat angeordnet ist. Die Zerstäubungskammer und die Beschichtungskammer sind dabei durch die Filtereinrichtung miteinander verbunden, wobei jedoch auch weitere Verbindungen zwischen Zerstäubungskammer und Beschichtungskammer bestehen können. Dabei kann in der Zerstäubungskammer und in der Prozesskammer dieselbe Gasatmosphäre herrschen oder aber die Gasatmosphäre in der Prozesskammer und in der Zerstäubungskammer können sich je nach Anforderung mehr oder weniger stark verschieden sein, und es können entsprechende Mittel vorgesehen sein, um eventuell die Gasatmosphäre in den jeweiligen Kammern getrennt oder gemeinsam zu Steuern und / oder zu Regeln. Dabei können in ein und derselben Prozesskammer bzw. in ein und derselben Zerstäubungskammer, wie oben bereits erläutert, auch mehr als eine Kathode und / oder mehr als eine Anode vorgesehen sein, so dass z.B. gleichzeitig oder nacheinander verschiedene Kathoden aus gleichem oder verschiedenem Targetmaterial zerstäubbar sind, so dass z.B. ein Substrat gleichzeitig oder in einer vorgebbaren Abfolge mit verschiedenen Materialien beschichtbar ist.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Beschichtungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass mindestens zwei verschiedene Substrate in ein und derselben Beschichtungskammer oder in verschiedenen Beschichtungskammem beschichtbar sind.
Dazu kann eine erfindungsgemässe Beschichtungsvorrichtung mehr als eine Zerstäubungskammer und / oder mehr als eine Beschichtungskammer umfassen.
Als Targetmaterial zur Beschichtung des Substrats kommen grundsätzlich alle geeigneten Targetmaterialien in Frage, wobei das Target bevorzugt Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen, oder auch Metalle oder Metalllegierungen, insbesondere Kupfer umfasst.
Zur Verbesserung der Zerstäubungseigenschaften der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung ist bevorzugt, aber nicht notwendig, ein Magnetsystem vorgesehen, umfassend die Kathode und entsprechende Kühl- und Haltemittel, und das Magnetsystem bevorzugt als Magnetron ausgebildet ist, wobei das Magnetron ein balanziertes oder ein unbalanziertes Magnetron sein kann. Der Einsatz und die Verwendung von Magnetrons aller Art im Rahmen der hier beschriebenen, häufig als Sputtem bezeichneten Beschichtungstechnik, ist dem Fachmann wohlbekannt und braucht daher nicht im Detail beschrieben zu werden.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemässe Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten eines Substrats, nicht auf bestimmte Zerstäubungstechniken, d.h. Sputtertechniken beschränkt ist. Vielmehr können alle Varianten des Sputtems vorteilhaft in der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung zum Einsatz kommen, wenn nur die Konzentration des ionisierten zerstäubten Targetmaterials durch die lonisierungsmittel auf eine ausreichende vorgebbare Konzentration erhöhbar ist. Insbesondere sind die zuvor erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung nur exemplarisch und keinesfalls ist diese Aufzählung abschliessend zu verstehen. Vielmehr sind alle sinnvoll möglichen Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele für bestimmte Anwendungen ebenfalls möglich und können vorteilhaft zum Beschichten von Substraten Verwendung finden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Beschichten eines Substrats mittels Kathodenzerstäubung wird in einer Beschichtungsvorrichtung mit einer Prozesskammer durchgeführt, wobei die Beschichtungsvorrichtung eine Zerstäubungskammer mit einem Einlass und einem Auslass für ein Prozessgas umfasst, in der eine Gasathmosphere errichtet wird. Weiter umfasst die Beschichtungsvorrichtung eine Anode und eine Kathode mit einem Target aus einem Targetmaterial, das zur Beschichtung des Substrats zerstäubt wird und eine elektrische Energiequelle, mit welcher eine elektrische Spannung zwischen der Anode und der Kathode erzeugt wird, wobei die elektrische Energiequelle eine elektrische Zerstäubungsquelle aufweist, mit welcher das Targetmaterial der Kathode durch Zerstäubung in eine Dampfform überführt wird, und lonisierungsmittel zur Erzeugung einer elektrischen lonisierungsspannung vorgesehen ist, mit welcher das zerstäubte Targetmaterial zumindest teilweise ionisiert wird. Dabei ist eine Filtereinrichtung mit einer magnetischen Führungskomponente vorgesehen, welche Filtereinrichtung derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass das zerstäubte ionisierte Targetmaterial durch die magnetische Führungskomponente einer Oberfläche des zu beschichtenden Substrats zumindest teilweise zugeführt wird und das zerstäubte nicht-ionisierte Targetmaterial durch die Filtereinrichtung vor Erreichen der Oberfläche des Substrats zu einem vorgebbaren Anteil ausgefiltert wird.
Erfindungsgemäss wird weiter ein Substrat, insbesondere ein optisches oder elektronisches Bauteil, im speziellen eine Computerfestplatte, mittels der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung und / oder gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren beschichtet. Dabei versteht sich von selbst, dass selbstverständlich ausser den zuvor genannten speziellen Beispielen auch alle anderen Substrate, wie mechanische und technische Komponenten, an welche höchste Qualitätsansprüche an die beschichtete Oberfläche gestellt werden oder auch z.B. im Bereich ästhetischer Anwendungen, wie Schmuck oder bei Verzierungen aller Art das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfindungsgemässe Beschichtungsvorrichtung mit Vorteil einsetzbar ist.
Dabei ist die erfindungsgemässe Beschichtungsvorrichtung und das erfindungsgemässe Verfahren insbesondere im Bereich der Mikromechanik, der Mikroelektronik, z.B. in der Medizintechnik und / oder zur Beschichtung von Elementen der Nanosensorik oder für Nanomotoren besonders vorteilhaft einsetzbar.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein einfaches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 mit einem Schlauch;
Fig. 2a ein ausserhalb der Prozesskammer angeordneter Schlauch;
Fig. 3 eine Filtereinrichtung mit einem mehrfach gebogenen Schlauch;
Fig. 4 eine Beschichtungsvorrichtung mit separater Zerstäubunggskammer und Beschichtungskammer; Fig. 5 eine Beschichtungsvorrichtung mit zwei Zerstäubungseinheiten;
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein einfaches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung, die im folgenden mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet wird. Die Beschichtungsvorrichtung 1 zum Beschichten eines Substrats S, z.B. zum Beschichten einer Oberfläche einer Computerfestplatte S oder einer empfindlichen optischen Komponente S, umfasst eine Prozesskammer 2 zur Errichtung und Aufrechterhaltung einer Gasatmosphäre, welche Prozesskammer 2 einen Einlass 3 und einen Auslass 4 für ein Prozessgas, welches im vorliegenden Fall Argon ist. In der Beschichtungsvorrichtung 1 ist eine Anode 5 und eine Kathode 6 angeordnet, die mit einer elektrischen Energiequelle 7 mit elektrischer Zerstäubungsquelle 8 verbunden ist und eine Zerstäubungsanordnung bilden, mit welcher das Targetmaterial 62 der Kathode 6 durch Zerstäubung in die Dampfform überführbar ist.
Bei diesem als Sputtern wohlbekannten Prozess werden Ionen des Prozessgases, also hier Argon Ionen, im elektrischen Feld zwischen Anode 5 und Kathode 6 beschleunigt, wobei die positiv geladenen Ionen des Prozessgases auf die negativ geladene Kathode 6 treffen und dabei eine geringe Anzahl positiv geladener Targetionen 622 des Targetmaterials 62 erzeugen, eine sehr viel grossere Anzahl einzelner neutraler, also nicht ionisierter Atome 623 des Targetmaterials 62 aus dem Target 61 erzeugt werden und, z.B. durch Mikrobögen kleine, im wesentlichen ungeladene Tröpfchen 624 des Targetmaterials, sogenannte Droplets 624 erzeugt werden.
An das Elektrodenpaar aus Anode 5 und Kathode 6 ist weiterhin eine pulsförmige elektrische lonisierungsspannung 91 , die vom lonisierungsmittel 9 erzeugt wird, angelegt. Die lonisierungsspannung 91 beträgt typischerweise bis zu ca. 1000V oder mehr, es können dabei Ströme bis zu 1000A oder höher entstehen, wobei typische Pulsfrequenzen für die lonisierungsspannung 91 zum Beispiel im Bereich von 50Hz liegen. Durch die angelegte lonisierungspannung 91 werden die aus dem Target 61 herausgeschlagenen nicht ionisierten Targetatome 623 zu einem erheblichen Teil ionisiert, so dass aus den ungeladenen Targetatomen 623 positiv geladene Targetionen 622 entstehen. Der so erreichte lonisierungsgrad des sich in der Dampfform befindenden Targetmaterials kann bei entsprechender Prozessführung bis zu 70% und mehr betragen.
Desweiteren ist in der Prozesskammer 2 das zu beschichtende Substrat S an einem Substrathalter 100 angeordnet, der entweder elektrisch isoliert oder im speziellen auch elektrisch leitend mit einer Wand der Prozesskammer 2 oder einer elektrischen Energiequelle verbunden sein kann, die hier nicht gezeigt ist.
Erfindungsgemäss ist eine Filtereinrichtung 10 vorgesehen, die im vorliegenden Fall als wesentliche Komponente nur eine magnetische Führungsvorrichtung 11 umfasst. Die magnetische Führungsvorrichtung 11 umfasst zwei Paare von Helmholtzspulen, die so ausgestaltet und angeordnet sind, dass ionisierte Targetionen 622, die mit einer Geschwindigkeit V vom Target her kommend in das durch die Helmholtzspulen erzeugte magnetische Führungsfeld der magnetischen Führungsvorrichtung 11 eindringen, durch die magnetische Führungskomponente 11 einer Oberfläche des Substrat S zugeführt werden. Ungeladene Teilchen und insbesondere die im wesentlichen ungeladenen Droplets 624 sind durch das magnetische Führungsfeld der Führungskomponente 11 in ihrer Bahn nicht beeinflussbar und werden daher durch die magnetische Führungskomponente 11 , also hier durch das durch die Helmholtzspulen erzeugte magnetische Führungsfeld nicht auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrats S geführt. Vielmehr verfolgen die ungeladenen Droplets 624 ihre ursprüngliche Richtung und treffen entweder auf eine der Helmholtzspulen oder werden z.B. an einer Wand der Prozesskammer abgeschieden, wodurch die Droplets 624 ausgefiltert werden.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 dargestellt, wobei die Filtereinrichtung 10 neben den magnetischen Führungskomponenten 11 einen entlang einer Längsachse L sich erstreckenden Schlauch 12 umfasst. Das aus dem Target 61 zerstäubte ionisierte Targetmaterial 622, sowie die Droplets 624 treten durch die Eintrittsöffnung 121 in den Schlauch 12 ein. Die ionisierten Teilchen 622 des Targetmaterials werden durch die magnetischen Führungskomponente 11 wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zum Beschichten auf die Oberfläche des Substrats S geführt, das in der Nähe der Austrittsöffnung 122 des Schlauchs 12 angeordnet ist. Die im wesentlichen ungeladenen Droplets 624 werden durch die magnetische Führungskomponente 11 in ihrer Flugbahn praktisch nicht beeinflusst und werden an einer Innenwand des Schlauchs 12 abgeschieden. Durch Verwendung des Schlauchs 14 ist eine noch bessere Ausfilterung der Droplets 624 möglich.
Dabei kann die Filterungwirkung durch die Filtereinrichtung 10 durch eine kompliziertere Gestaltung der Geometrie des Schlauchs 12 noch weiter verbessert werden. Der in Fig. 2 dargestellte Schlauch 12 weist dabei eine Krümmung α von ca. 90° auf. Selbstverständlich kann der Krümmungswinkel α je nach Anforderung auch einen grosseren oder kleineren Wert als 90° haben.
In Fig. 2a ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung 1 dargestellt, bei welcher der Schlauch 12 ausserhalb der Prozesskammer 2 angeordnet ist. Der Schlauch 12 mit Target 6 und Zerstäuubungsquelle 8 ist dabei so ausgestaltet und angeordnet, das der Schlauch 12 selbst im wesentlichen ganz ausserhalb der Prozesskammer 2 vorgesehen ist und die Austrittsöffnung 121 des Schlauchs 12 mit einer Öffnung der Prozesskammer 2 derart zusammenwirkt, dass das ionisierte Targetmaterial 622 aus dem Schlauch 12 ins innere der Prozesskammer 2 zur Beschichtung des in der Prozesskammer 2 angeordneten Substrats S führbar ist. Diese Variante hat den besonderen Vorteil, dass die Beschichtungskammer 2 relativ klein gehalten werden kann und der Schlauch 12 besonders leicht austauschbar ist.
Komplizierte Geometrien des Schlauch 12, wie beispielsweise der in Fig. 3 gezeigte mehrfach gebogene Schlauch 12 erlauben die Herstellung höchst gleichmässiger Schichten von besonders hoher Qualität, weil auch Droplets, die beispielsweise nach einer Reflexion an einer geeigneten Stelle innnerhalb des Schlauchs 12 die Oberfläche des Substrats S noch erreichen können, in der komplizierten Geometrie des Schlauchs 12 der Fig. 3 ebenfalls herausgefiltert werden können. Desweiteren kann die Führungseinrichtung 10 zusätzlich eine oder mehrere Rückhalteblenden 13 als Partikelfalle umfassen. Dabei kann die Rückhalteblende 13 z.B. wie in Fig.3 dargestellt im Schlauch 12 angeordnet sein. Ausserdem ist es möglich, dass der Schlauch entlang seiner Längsachse in Durchmesser oder Form variiert, wodurch ebenfalls Partikelfallen für das Herausfiltern unerwünschter Partikel realisierbar sind, oder der Schlauch 12 kann an seiner Innenseite eine gerippte Struktur aufweisen, die als Patrikelfalle für nicht ionisierte Teilchen wirkt.
Aber auch bei Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung 1 , bei welchem kein Schlauch 12 vorgesehen ist, wie z.B. bei der Beschichtungsvorrichtung 1 gemäss Fig. 1 können entlang des Weges des ionisierten Targetmaterials 622 geeignet Rückhalteblenden 13 als Partikelfalle für die Droplets vorgesehen sein.
In Fig. 4 ist eine Beschichtungsvorrichtung 1 mit separater Zerstäubunggskammer 21 und zwei Beschichtungskammem (22, 22') exemplarisch dargestellt. In der Zerstäubungskammer 21 ist die Anode 5 und die Kathode 6 angeordnet, so dass in der Zerstäubungskammer 21 das Targetmaterial 62 zerstäubt und, wie bereits eingehend erläutert, nach¬ ionisiert wird. Die lonisierungsmittel 9 sind dabei der Übersichtlichkeit halber in Fig. 4 nicht dargestellt. Zwei zu beschichtende Substrate S und S' sind in zwei verschiedenen Beschichtungskammern 22 und 22' angeordnet. Die Zerstäubungskammer 21 bildet zusammen mit den Beschichtungskammern 22 und 22' gesamthaft die Prozesskammer 2 der Beschichtungsvorrichtung 1. Jede der Kammern kann über einen eigenen, hier nicht dargestellten Einlass 3 und Auslass 4 für ein Prozessgas verfügen. Dadurch ist es möglich, je nach Anforderungen in den verschiedenen Kammern verschiedene Gasatmosphären herzustellen. Insbesondere kann durch die geeignete separate Steuerung und / oder Regelung der beiden magnetischen Führungskomponenten 11 und 11' der beiden verschiedenen Filtereinrichtungen 10 und 10' die Beschichtung der beiden Substrate unabhängig voneinander und unabhängig von der Zerstäubung des Targets 61 in der Zerstäubungskammer 21 kontrolliert werden, so dass z.B. auf dem Substrat S eine andere Beschichtung, z.B. mit anderen Eigenschaften oder anderer Zusammensetzung als auf dem Substrat S' aufgebracht werden. So kann unter anderem die Rate der zur Beschichtung zur Verfügung stehenden ionisierten Teilchen dadurch reduziert werden, dass im Schlauch 13, 13' durch geeignete Einstellung des magnetischen Führungsfeldes der Teilchenstrom teilweise so gelenkt wird, dass er vor Erreichen der Oberfläche des Substrats S, S' an einer in Fig. 4 nicht dargestellten Partikelfalle oder aber durch die Wände des Schlauchs 13, 13' abgefangen werden.
Auch ist es denkbar, dass z.B. im Schlauch oder an anderer geeigneter Stelle eine spezielle Steuer- und / oder regelbare Elektronenquelle vorgesehen ist, so dass die Konzentration der Ionen 622 des Targetmaterials im Schlauch einstellbar ist, wodurch der fortschreitende Beschichtungsvorgang einstellbar ist. Dabei versteht es sich von selbst, dass z.B. auch mehr als zwei Beschichtungskammern vorgesehen sein können oder, dass verschiedene Substrate S und S1 über verschiedene Filtereinrichtungen 10 und 10' auch in einer gemeinsamen Prozesskammer beschichtet werden können, in der eventuell auch die Zerstäubungsanordnung aus Anode, Kathode und lonisierungsmittel untergebracht sein können.
In Fig. 5 ist eine Beschichtungsvorrichtung 1 mit zwei Zerstäubungsanordnungen mit Kathoden 6, 6' und Anoden 5, 5' dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Prozesskammer 2 nur andeutungsweise dargestellt. Die zwei Zerstäubungsanordnungen mit Kathoden 6, 6' und Anoden 5, 5' können dabei jeweils in einer separaten Zerstäubunggskammer 21 (in Fig. 5 nicht dargestellt) untergebracht sein, wobei das Substrat S in einer entsprechenden separaten Beschichtungskammer 22, die in Fig. 5 ebenfalls nicht gezeigt ist, angeordnet sein kann. Es versteht sich, dass auch die zwei Zerstäubungseinheiten in einer gemeinsamen Zerstäubungskammer 21 angeordnet sein können und das Substrat in einer eigenen Beschichtungskammer 22 plaziert sein kann. In einem speziellen Fall kann auch die gesamte in Fig. 5 gezeigte Anordnung in ein und derselben Prozesskammer 2 untergebracht sein, oder z.B. eine Zerstäubungseinheit gemeinsam mit dem Substrat S in einer Prozesskammer montiert sein, während die zweite Zerstäubungseinheit in einer separaten Zerstäubungskammer 21 vorgesehen ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung gemäss Fig. 5 ist das Substrat gleichzeitig oder nacheinander mit zwei gleichen oder verschiedenen Materialien von zwei verschiedenen Targets beschichtbar. Dabei ist es auch hier möglich, je nach Anforderungen und wenn das Substrat und die Zerstäubungseinheiten in verschiedenen Kammern angeordnet sind, in den verschiedenen Kammern gleiche oder verschiedene Gasatmosphären herzustellen. Insbesondere kann durch die geeignete separate Steuerung und / oder Regelung der beiden magnetischen Führungskomponenten 11 und 11" der beiden verschiedenen Filtereinrichtungen 10 und 10' und / oder der beiden Zerstäubungsanordnungen die Beschichtung des Substrats unabhängig voneinander und unabhängig von der Zerstäubung des jeweiligen anderen Targets 61 , 61' kontrolliert werden, so dass eine hohe Flexibilität bezüglich der auf das Substrat aufzubringenen Schichten und deren Eigenschaften erreicht wird. So kann z.B. die Rate der zur Beschichtung zur Verfügung stehenden ionisierten Teilchen aus einem der beiden Zerstäubunseinheiten dadurch reduziert werden, dass im Schlauch 13, 13' durch geeignete Einstellung des magnetischen Führungsfeldes der Teilchenstrom teilweise so gelenkt wird, dass er vor Erreichen der Oberfläche des Substrats S an einer in Fig. 5 nicht dargestellten Partikelfalle oder aber durch die Wände des Schlauchs 13, 13' abgefangen wird oder es kann, wie zuvor erläutert, eine Elektronenquelle im Schlauch vorgesehen sein.
Dabei versteht es sich von selbst, dass z.B. auch verschiedene Substrate S und S' beschichtet werden können, z.B. indem das Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 mit den Merkmalen des Beispiels aus Fig. 5 kombiniert wird. Auch kann das Substrat S mit mehr als zwei Zerstäubungsanordnungen gleichzeitig oder nacheinander beschichtet werden.
Mit der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten eines Substrats mittels Kathodenzerstäubung steht somit eine Vorrichtung zur Verfügung, mit welcher verschiedenste Substrate mit Schichten versehen werden können, die höchsten Qualitätsansprüchen genügen. Insbesondere können ultradünne Schichten, wie sie z.B. in der Elektronik, der Optik, der Mikromechanik, der Mikroelektronik, oder auch in der Nanosensorik oder Nanomotorentechnik, oder auch in ästhetischen oder anderen Anwendungen benötigt werden, durch den Einsatz der an sich bekannten Hochleistungssputtertechnik erstmals frei von Droplets hergestellt werden, deren Entstehung, z.B. durch Mikrobogenentladungen, auch beim Sputtern nicht vollständig unterbunden werden kann. Durch die erfindungsgemässe Filtervorrichtung sind insbesondere diese Droplets zuverlässig herausfilterbar. Dadurch, dass durch das Führungsfeld der magnetischen Führungskomponente im wesentlichen nur elektrisch geladene Ionen des Beschichtungsmaterials die zu beschichtende Oberfläche des Substrats erreichen, ist zusätzlich eine Aktivierung und Reinigung der zu beschichtenden Oberflächen erreichbar, so dass mit der erfindungsgemässen Beschichtungsvorrichtung und dem erfindungsgemässen Verfahren Oberflächen allerhöchster Güte, die praktisch völlig fehlerfrei sind, selbst in ausserordentlich dünner Ausführung im Dickenbereich von wenigen Angström bis zu einigen Nanometem hergestellt werden können, wobei die maximal erzeugbare Schichtdicke selbstverständliche prinzipiell auch bedeutend grösser sein kann.

Claims

Patentansprüche
1. Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten eines Substrats (1 ) mittels Kathodenzerstäubung, umfassend eine Prozesskammer (2) zur Errichtung und Aufrechterhaltung einer Gasatmosphäre, die einen Einlass (3) und einen Auslass (4) für ein Prozessgas aufweist, sowie:
- eine Anode (5) und eine Kathode (6) mit einem Target (61 ) aus dem zu zerstäubenden Targetmaterial (62);
- eine elektrische Energiequelle (7) zur Erzeugung einer elektrischen Spannung zwischen der Anode (5) und der Kathode (6), wobei
- die elektrische Energiequelle (7) eine elektrische Zerstäubungsquelle (8) umfasst, mit welcher das Targetmaterial (62) der Kathode (6) durch Zerstäubung in eine Dampfform überführbar ist,
- und lonisierungsmittel (9) zur Erzeugung einer elektrischen lonisierungspannung (91) vorgesehen sind, so dass das zerstäubte Targetmaterial (62) zumindest teilweise ionisierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Filtereinrichtung (10) mit einer magnetischen Führungskomponente (11) vorgesehen ist, welche Filtereinrichtung (10) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass das zerstäubte ionisierte Targetmaterial (622) durch die magnetische Führungskomponente (11 ) einer Oberfläche des zu beschichtenden Substrats (1 ) zuführbar ist und das zerstäubte nicht- ionisierte Targetmaterial (623, 624) durch die Filtereinrichtung (10) vor Erreichen der Oberfläche des Substrats (S) ausfilterbar ist.
2. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Filtereinrichtung (10) zumindest einen, in Form eines entlang einer Längsachse (L) sich erstreckenden Schlauchs (12) ausgebildeten Abschnitt umfasst, der eine Eintrittsöffnung (121) und eine Austrittsöffnung (122) für das zerstäubte Targetmaterial (62) aufweist.
3. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Schlauch (12) in Bezug auf die Längsachse (L) in einer Krümmungsebene mindestens eine Biegung mit einem vorgebbaren Biegungswinkel (α) aufweist.
4. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Schlauch (12) in Bezug auf eine Krümmungsebene mehrere Biegungen in entgegengesetzte Richtungen aufweist.
5. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Schlauch (12) in Bezug auf mindestens zwei verschiedene Krümmungsebenen Biegungen aufweist.
6. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Schlauch (12) in einem vorgebbaren Abschnitt bezüglich der Längsachse (L) spiralförmig ausgebildet ist.
7. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei die magnetische Führungskomponente (11) zur Erzeugung eines magnetischen Führungsfeldes eine elektrische Magnetsspule, bevorzugt eine Helmholtzspule umfasst.
8. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorrangehenden Ansprüche, wobei die magnetische Führungskomponente (11 ) zur Erzeugung eines magnetischen Führungsfeldes einen Permanentmagneten umfasst.
9. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Filterung von nicht-ionisiertem zerstäubtem Targetmaterial (623, 624) mindestens eine Rückhalteblende (13) als Partikelfalle vorgesehen ist.
10. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zur Neutralisation des Prozessgases und / oder des gesputterten Materials, insbesondere zur Neutralisation von Argon, eine Elektronenquelle zur Injektion von Elektronen vorgesehen ist, mit welcher Ionen des Prozessgases neutralisierbar sind.
11. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Substrat (1 ) und / oder ein Substrathalter (100) auf ein vorgebbares elektrisches positives oder negatives Potential einstellbar ist.
12. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Prozesskammer (2) eine Zerstäubungskammer (21), in welcher die Kathode (6) angeordnet ist, und eine Beschichtungskammer (22), in welcher das Substrat (S) angeordnet ist, umfasst.
13. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehr als eine Kathode (6) und / oder mehr als eine Anode (5) vorgesehen ist.
14. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beschichtungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass mindestens zwei verschiedene Substrate (S) beschichtbar sind.
15. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehr als eine Zerstäubungskammer (21) und / oder mehr als eine Beschichtungskammer (22) vorgesehen ist.
16. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Target (61 ) Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen umfasst.
17. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Target (61) Metalle oder Metalllegierungen, insbesondere Kupfer umfasst.
18. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, bevorzugt an der Kathode (6), ein Magnetron (600) vorgesehen ist.
19. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche wobei, bevorzugt an der Kathode (6), ein balanziertes Magnetron (601) vorgesehen ist.
20. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, bevorzugt an der Kathode (6), ein unbalanziertes Magnetron (602) vorgesehen ist.
21. Verfahren zum Beschichten eines Substrats (S) mittels Kathodenzerstäubung in einer Beschichtungsvorrichtung (1) umfassend::
- eine Prozesskammer (2) mit einem Einlass (3) und einem Auslass (4) für ein Prozessgas zur Errichtung einer Gasatmosphäre;
- eine Anode (5) und eine Kathode (6) mit einem Target (61 ) aus einem Targetmaterial (62), das zur Beschichtung des Substrats (S) zerstäubt wird;
- eine elektrische Energiequelle (7), mit welcher eine elektrische Spannung zwischen der Anode(5) und der Kathode (6) erzeugt wird, wobei
- die elektrische Energiequelle (7) eine elektrische Zerstäubungsquelle (8) aufweist, mit welcher das Targetmaterial (62) der Kathode (6) durch Zerstäubung in eine Dampfform überführt wird,
- und ein lonisierungsmittel (9) zur Erzeugung einer elektrischen lonisierungsspannung (91) vorgesehen ist, mit welcher das zerstäubte Targetmaterial (62) zumindest teilweise ionisiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Filtereinrichtung (10) mit einer magnetischen Führungskomponente (11) vorgesehen ist, welche Filtereinrichtung (10) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass das zerstäubte ionisierte Targetmaterial (622) durch die magnetische Führungskomponente (11) einer Oberfläche des zu beschichtenden Substrats (S) zumindest teilweise zugeführt wird und das zerstäubte nicht-ionisierte Targetmaterial (623, 624) durch die Filterein richtung (10) vor Erreichen der Oberfläche des Substrats (S) zu einem vorgegebenen Anteil ausgefiltert wird.
22. Substrat, insbesondere ein optisches oder elektronisches Bauteil, im speziellen eine Computerfestplatte, das mittels einer Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 oder nach einem Verfahren nach Anspruch 21 beschichtet ist.
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