EP1771600A2 - Vakuumbeschichtungsanlage und verfahren zur vakuumbeschichtung - Google Patents

Vakuumbeschichtungsanlage und verfahren zur vakuumbeschichtung

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Publication number
EP1771600A2
EP1771600A2 EP05773105A EP05773105A EP1771600A2 EP 1771600 A2 EP1771600 A2 EP 1771600A2 EP 05773105 A EP05773105 A EP 05773105A EP 05773105 A EP05773105 A EP 05773105A EP 1771600 A2 EP1771600 A2 EP 1771600A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
substrate
layer
substrates
deposited
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05773105A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marten Walther
Tobias KÄLBER
Stefan Bauer
Hartmut Bauch
Jörn GERBAN
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.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of EP1771600A2 publication Critical patent/EP1771600A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/515—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using pulsed discharges
    • 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

Definitions

  • Vacuum coating system and method for vacuum coating are Vacuum coating system and method for vacuum coating
  • the invention relates generally to the field of vacuum deposition or vacuum deposition on substrates, and more particularly to a vacuum deposition system and method for vacuum coating.
  • WO 00/52221 discloses an apparatus and method for simultaneous PVD and CVD coating of elongate substrates.
  • the elongate substrate such as a fabric or a film, is passed through coating stations for PVD and CVD coating, the respective in a coating station areas of the substrate are coated simultaneously.
  • the coating stations are spatially and vacuum-technically separated from each other by barriers with openings for the substrate.
  • PVD and CVD processes it may be advantageous or even necessary to sequentially operate PVD and CVD coating so that the processes can not interfere with each other.
  • an oxygen-containing atmosphere for CVD coating may result in undesirable oxidation of the target material for a sputtering process if the target surface is not sufficiently protected.
  • the invention is based on the object, the
  • the invention provides a device for vacuum coating of substrates, which comprises a vacuum chamber, a device for holding at least one substrate, at least a first
  • Coating region of the vacuum chamber with at least one device for plasma pulse-induced chemical vapor deposition (PICVD) and at least one second coating region of the vacuum chamber with at least one Device for sputter coating, as well as a transport device for transporting the substrate into the coating areas comprises.
  • PICVD plasma pulse-induced chemical vapor deposition
  • a method for vacuum coating substrates according to the invention which can be carried out in particular with a vacuum coating device according to the invention, at least one substrate is held in a vacuum chamber, at least one layer of a coating in the at least one first coating region of the vacuum chamber on the substrate by means of plasma pulses.
  • PICVD induced chemical vapor deposition
  • PICVD induced chemical vapor deposition
  • Electron cyclotron resonance sputtering ECR sputtering
  • Ion beam sputtering can be used.
  • a coating region in the sense of the invention is understood to mean a region in the vacuum chamber in which a substrate arranged there can be coated.
  • the PICVD coating in the coating area generates the plasma for the vacuum deposition.
  • the substrate can be arranged by means of the transport device sequentially in the coating areas and in the Coating each at least one layer of the coating are deposited to produce multilayer coatings.
  • Coating and sputter coating within a coating system coatings can now be deposited for the first time, which otherwise could be made only in separate systems, which under certain circumstances, an oxidation or other reaction with atmospheric components result.
  • the PICVD method also allows for less
  • a transport device for the simultaneous transport of a plurality of substrates.
  • the substrates can thus be arranged on the transport device and coated successively or simultaneously.
  • Such an arrangement is also useful for laboratory or test operation, since the substrates do not all have to be provided with the same coating. Rather, it can do so without an input or Ausschleusevorgang various coatings deposited and thus for example, measurement or test series are performed.
  • the sputtering may also include reactive sputtering, or the sputter coating device may comprise a device for reactive sputtering.
  • oxide and / or nitride layers can be produced by introducing oxygen and / or nitrogen into the vacuum chamber, in order to bring about a reaction of the deposited layer with the oxygen and / or nitrogen-containing atmosphere in the chamber.
  • This can be carried out according to an embodiment of the invention, for example, each during the sputtering of a layer, without leading to target poisoning cause, according to the gas components, an oxygen and / or nitrogen-containing plasma is generated for sputtering of the target.
  • the gas can be admitted, for example, in the first coating area by means of a gas supply for the device for PICVD coating.
  • a device for generating a nitrogen and / or oxygen-containing plasma is provided for this purpose.
  • Sputter coating also be designed for the production of such a plasma, so that the means for generating a nitrogen and / or oxygen-containing plasma is part of at least one of these devices.
  • An embodiment of the method envisages sputtering a layer of a coating onto the substrate in at least one first coating region of the vacuum chamber, arranging the substrate with the transport device in a second coating region and oxidizing and / or nitriding it there by means of an oxygen- or nitrogen-containing plasma to produce oxide and / or nitride layers.
  • this process can also be carried out several times by repeatedly transporting the substrate between the coating regions.
  • a plasma which can be generated by means of the PICVD coating or the sputter coating device can also advantageously be used to activate or clean the substrate surface by means of the plasma.
  • an oxygen- and / or nitrogen-containing plasma can also be used for this purpose.
  • Activation is beneficial, inter alia, with plastic substrates, such as PMMA substrates, to improve the adhesion of subsequently applied layers.
  • the activation and / or cleaning can be carried out as a pre-intermediate or post-treatment step.
  • the device comprises one or more devices for rotating the substrate.
  • the rotation of the substrate with the transport device can serve, for example, the substrate on a circular transport path in the Move coating areas.
  • the coating regions may be arranged along the circumferential direction of a circular section of the transport path of the transport device, so that the substrates are driven through the coating regions by the rotation along the transport path and arranged and coated in front of the coating devices.
  • the transport path is understood to be the path along which the substrates or substrate holders are moved in the vacuum chamber.
  • a further embodiment of the invention provides for the motion of a plurality of substrates to be controlled independently of one another in order to enable a flexibly adaptable coating process.
  • the transport device may advantageously comprise a plurality of independently controllable devices for moving substrates.
  • the substrate is moved linearly in the vacuum chamber by means of a correspondingly formed transport device.
  • a linear can also be combined with a circular movement of the substrate, such as by the transport path having linear and circular sections, or the substrates are guided linearly on rotatable holders.
  • PICVD plasma pulse-induced chemical vapor deposition
  • the devices for sputter coating along at least one linear Section of the transport path of the transport device are arranged so that the substrates arrive during transport in the individual coating areas.
  • the method provides for moving the substrate during the coating. This is particularly useful to produce uniform coatings, since inhomogeneities of the sputtering or PICVD plasma coating can be averaged out by a movement of the substrate.
  • the transport device may also have other functions in addition to the transport of the substrates.
  • the transport device can also effect a separation of the coating areas. This is useful, inter alia, to maintain a pressure gradient in the vacuum chamber and / or to achieve electromagnetic shielding. Such a separation of the coating areas can be achieved according to a development of the invention in that the
  • Transport means comprises a substrate holder, which is arranged between opposite means for plasma pulse induced chemical vapor deposition (PICVD) and for sputter coating.
  • PICVD plasma pulse induced chemical vapor deposition
  • a shut-off device for shutting off the sputtering target may additionally be present.
  • Cleaning procedure for the removal of water or, for example, an oxide layer can be shut off on the substrate to prevent contamination of the sputtering target.
  • the shut-off device serves during sputtering in the closed position, ie in front of the target surface as a deposition surface of oxidized / nitrided target material, especially when cleaning the target, to protect the substrate surface.
  • Economics can be coated in parallel or sequentially with at least one layer of the coating according to yet another embodiment of the invention, a plurality of substrates.
  • the multiple substrates can be arranged together in a coating area, for example.
  • Several devices for plasma pulse-induced chemical vapor deposition (PICVD) and / or multiple sputter coating devices may also be present.
  • the devices can also be operated at least partially in parallel, so that, for example, one layer of a coating is deposited in each case parallel to one or more substrates arranged in the associated coating region with each of the simultaneously operated coating devices.
  • the substrates can also be moved through the respective coating regions of the devices and in each case a specific layer can be deposited, so that a multilayer coating is formed.
  • a pumping system is determined inter alia by the cross section and the location of the connection of the vacuum chamber to the pumping system.
  • An embodiment of the invention provides to use a pumping device with multiple connections to the vacuum chamber.
  • each coating area at least one port.
  • the pumps connected to the connections can be dimensioned in accordance with the amount of gas accumulating in the various types of coating in their pumping power in order to obtain an optimum pumping performance with minimal effort.
  • at least one device for evaporating a coating is additionally provided. The possibility of also depositing a layer by vapor deposition, the variety of coatable layer systems can be further increased.
  • the method according to the invention or the vacuum coating device according to the invention are a coating by combining PICVD and sputter coatings in a coating chamber to produce a variety of different coatings for substrates, for example for depositing a multilayer coating with layers of different composition, multilayer alternating layers of alternating composition with a deposited adhesion promoter layer, and / or a gradient layer suitable.
  • sputtering at least one metallic and / or magnetic layer can also be deposited and, for example, combined with one or more PICVD layers of the coating.
  • An interesting application is inter alia the sputter coating of plastic substrates. Plastic is often not good to coat with durable layers by sputtering.
  • a primer layer can be applied by means of PICVD, on which the sputtered layer adheres well.
  • the fields of application and the function of layers produced according to the invention are correspondingly diverse.
  • barrier layers can be made which have underlying layers, such as a sputtered one
  • Interference filter layers which can be applied according to the invention.
  • the method is well suited to produce electrically conductive, transparent layers, which then also can be protected with one or more further layers.
  • Such layers can also be applied to a bonding agent layer deposited according to the invention, in particular by means of PICVD, in order to improve the adhesion.
  • the idea is to deposit an indium tin oxide layer.
  • An application for such coatings include displays, such as for a mobile phone or in particular a PDA ("portable digital assistant", or Palm computer) or a touch screen.
  • PDA portable digital assistant
  • a touch screen Especially for a PDA or a touch screen, information for the information processing system is entered by touching the display, so that anti-scratch protection on the display is advantageous for the life.
  • zirconium, niobium or tantalum containing layers such as their oxides or nitrides or alloys with these materials can be prepared with PICVD generally difficult.
  • PICVD PICVD
  • a further development of the invention provides that at least one layer of the layer by means of
  • Electron cyclotron resonance sputtering (ECR sputtering) is deposited. Layers, which are applied by this deposition method, are often characterized by a particularly high density and freedom from defects.
  • the device according to the invention may comprise a device for electron cyclotron resonance sputtering, in which case the device for sputter coating may be appropriately designed and / or wherein the device for electron cyclotron resonance sputtering may be used in addition to the devices for plasma pulse induced chemical vapor deposition (PICVD ) and may be provided for sputter coating.
  • PICVD plasma pulse induced chemical vapor deposition
  • the device may additionally have a heating device.
  • heating the chamber may be beneficial to prevent deposition of process gas components in the chamber.
  • the heating of the substrate for example, during sputtering of layers may be beneficial to produce very dense layers.
  • Fig. 1 is a schematic plan view of a
  • Fig. 2 is a schematic representation of a
  • FIG. 3 shows an embodiment of a substrate holder of a transport device
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a device according to the invention for the vacuum coating of substrates
  • Fig. 5 shows a variant of that shown in Fig. 4
  • FIG. 6 shows parts of a further embodiment of a device according to the invention with a transport device with conveyor belt
  • FIG. 9 shows a cross section through an inventively coated display screen.
  • the device 1 shows a schematic plan view of a first embodiment of a device according to the invention, designated by the reference numeral 1 as a whole, for the vacuum coating of substrates.
  • the device 1 comprises a vacuum chamber 3, in which a transport device 7 for transporting substrates 5 in coating areas 11, 12 of the vacuum chamber 3 is arranged.
  • the device 1 furthermore has a device 9 associated with the coating region 11 for plasma pulse-induced chemical vapor deposition (PICVD) and a device 13 associated with the coating region 12 for sputter coating.
  • PICVD plasma pulse-induced chemical vapor deposition
  • the transport device 7 comprises a rotatable substrate holder 71, on which a plurality of substrates 5 - in the case of the device shown in FIG. 1, by way of example, four substrates 5 are arranged, simultaneously transported by rotation and simultaneously or successively in certain cases can be coated. Due to the rotation of the substrates 5 on the transport device 7, or its substrate holder 71, the substrates 5 can each be transported into the coating areas 11, 12 for deposition of a PICVD or sputtering layer. Due to this arrangement, in this embodiment, a circular transport path, along which the coating areas 11, 12 are arranged, results.
  • the substrate holder 71 of the transport device 7 is arranged between opposing devices 9, 13 for plasma pulse-induced chemical vapor deposition (PICVD) and sputter coating.
  • PICVD plasma pulse-induced chemical vapor deposition
  • a certain separation of the coating regions 11, 12 with the coating devices 9, 13 is achieved.
  • an at least partially electromagnetic shielding and / or a pressure barrier between the coating regions 11, 12 is achieved.
  • a gas supply 17 is provided, which is connected to gas inlets 171 at the coating areas 11, 12. With the gas inlets 171 can then each have a suitable process process or sputtering gas in the
  • Coating regions 11, 12 for generating a plasma for the PICVD deposition, or for cathode sputtering of a target for sputter coating of a substrate 5 are embedded.
  • the sputter coating device 13 comprises, in addition to the associated gas inlets 171, a sputtering magnetron 131, a high voltage power supply 133 for supplying the sputtering magnetron 131, an arc suppression device 132 connected between the power supply 133 and the magnetron 131, and a sputtering target 135
  • the invention provides a shut-off device 134 for selectively blocking the sputtering target 135.
  • a temporary blocking of the target is particularly advantageous for avoiding contamination during certain treatment steps of the substrate or substrates 5 to be coated.
  • the sputtering target 135 may be shut off during a plasma pulse induced chemical vapor deposition or during a cleaning procedure to remove water or an oxide layer on the substrate 5 to prevent precipitation of a PICVD coating or oxides originating from water or from the substrate.
  • substrates in the chamber may be protected from precipitation of sputtered material.
  • the sputtering gas supplied via the gas inlets 171 can, in addition to the usual noble gases by means of the gas supply 17 also in addition gases are added to the reactive sputter coating. Also, such gases, in particular nitrogen and / or oxygen, can be introduced via the gas inlets 171 of the device 9 for PICVD coating. With these gas constituents, an oxygen and / or nitrogen-containing plasma then forms in the sputter coating. In the plasma, for example, it then comes to the formation of reactive radicals of these gases, which cause oxidation or nitration of the layer components.
  • the device 9 for PICVD coating comprises, in addition to the gas inlets 171 for the inlet of the process gas, an antenna 90 for supplying the electromagnetic radiation for the ignition of the plasma and a generator 92 for the generation of pulsed electromagnetic energy.
  • a tuning unit 91 connected between antenna 90 and generator 92 is provided, with which the coupling of the radiation into the coating area 11 can be set and optimized.
  • the generator 92 may be configured to generate microwaves, for example.
  • a microwave frequency of 2.45 GHz is used for PICVD coating.
  • the device 9 for plasma pulse-induced chemical vapor deposition may also perform other functions than the deposition of a PICVD layer.
  • a device for generating a nitrogen and / or oxygen-containing plasma is provided.
  • the means 9 for plasma pulse-induced chemical vapor deposition can then be used as such means for producing a nitrogen and / or oxygen-containing plasma, by introducing oxygen and / or nitrogen-containing gas through the gas inlets 171 and by operation of the Generators 92 an oxygen and / or nitrogen-containing plasma in the coating area 11 is generated.
  • oxide and / or nitride layers can be deposited on the substrate 5 by sputtering a layer of a coating on the substrate 5 in the coating region 12 of the vacuum chamber 3, the substrate 5 with the transport device 7 in the coating region 11 and arranged there by means of oxygen - or nitrogen-containing plasma is oxidized or nitrided. This process can be repeated several times to produce thicker oxide and / or nitride layers.
  • Such a nitrogen-containing and / or oxygen-containing plasma can also be used to activate and / or clean the substrate surface as a pre-and / or intermediate and / or post-treatment step in coating the substrate according to the invention.
  • a pumping device 15 with a high-vacuum pumping device 151 and a fine-vacuum pumping device 152 is provided.
  • a pumping device 15 with a high-vacuum pumping device 151 and a fine-vacuum pumping device 152 is provided.
  • Pressure control 153 provided.
  • the pumping device 15 is connected via a connection 154 to the chamber 3.
  • the charging device 19 may comprise a loading door, through which the substrates can be inserted and removed from the outside.
  • a heating device 20 is provided with which the vacuum chamber 3 can be heated. This is for example, in the PICVD coating advantageous to prevent precipitation of process gas constituents, in particular of coating precursors.
  • the substrate holder 7 may have a heating device, with which the substrate 5 can be heated. Among other things, heating the substrate may increase the quality of sputter deposited layers.
  • the pumping device 15 comprises a plurality of ports 154, 155 to the vacuum chamber 3.
  • the port 154 with a high-vacuum pumping device 151 and port 155 with a fine vacuum pumping device 152 is connected.
  • the high-vacuum pumping device 151 is connected to a pre-pressure pumping device 160 via the fine-vacuum pumping device 152 as an additional pressure stage, wherein the high-vacuum and fine-vacuum pumping devices 151, 152 can be separated from one another by a valve 156.
  • connections 154, 155 to the differently designed pumping devices are assigned in particular to the different coating regions 11, 12. Since the coating processes generally different gas pressures are used and therefore a
  • FIG. 3 shows a development of the transport device 7 with substrate holder shown in FIG. 1. That in Fig. 2
  • the substrate holder 71 is rotatable about an axis 72, so that the substrates 5, as in the device 1 shown in FIG be transported along a circular transport path.
  • the substrates 5 are each still rotatable about axes 73, wherein the axes 73 are perpendicular to the axis of rotation 72 in the example shown in FIG. 22.
  • a substrate 5 may be moved about one or both axes 72, 73 in the plasma in order to obtain a determination of inhomogeneities of the plasma and thus a uniform coating.
  • the transport device 7 of this embodiment of the invention comprises a rotary drive on which a plurality of substrate holders 71 are arranged. With the rotary device, the substrate holders 71 are conveyed along a circular transport path with the substrates not shown in FIG. 4 for the sake of clarity.
  • the substrate holders 71 may be constructed, for example, according to the embodiment shown in FIG. In particular, in the embodiment of the device 1 shown in FIG. 4, the movement of the substrates can be controlled independently of one another.
  • the substrate holder 71 are arranged independently rotatable on the rotary of the transport device and thus each form independently controllable means for moving the or the substrates attached.
  • each of the substrate holder 71 can be independent be rotated by the other holders 71 on the rotary about its axis of rotation 72.
  • the substrates can also be rotated about a plurality of axes, namely the axis of the rotary traveler and the axis of rotation of the respective substrate holder.
  • a rotation of the substrate about a further axis 73 may also be provided, as is possible, for example, with the substrate holder 71 shown in FIG.
  • the embodiment illustrated in FIG. 4 also has a plurality of plasma pulse-induced chemical vapor deposition (PICVD) devices 94, 95, 96, 97, 98, 99 and a plurality of devices 134, 135, 136 for sputter coating the substrates.
  • PICVD plasma pulse-induced chemical vapor deposition
  • the devices 94, 95, 96, 97, 98, 99 and 134, 135, 136 are in
  • Circumferential direction of the rotor 75 of the transport device 7 arranged so that the coating areas 111, 112, 113, 114, 115, 116 and 121, 122, 123 of the devices 94, 95, 96, 97, 98, 99 for plasma pulse-induced chemical vapor deposition (PICVD), or the means 134, 135, 136 are arranged for sputter coating of the substrates along the circumferential direction of the circular transport path.
  • the arrangement of the coating areas 111-116 and 121-123 is adapted to the spacing of the substrate holders 71 on the rotary 75, so that in each case a substrate holder with the substrates is located in one of the coating areas and at least one layer of the coating can be deposited.
  • the substrates can be arranged sequentially in the coating regions 111, 112, 113, 114, 115, 116 and 121, 122, 123, and then at least one layer of the coating can be deposited there.
  • the substrates 5 are removed when they have passed through all the coating areas 111, 112, 113, 114, 115, 116 and 121, 122, 123.
  • this variant of the method according to the invention can also be carried out with only a part of the devices 94-99, 134-136.
  • the devices for PICVD coating can also be operated in parallel so that identical layers of the coating are simultaneously deposited on all substrates arranged in the coating regions 111-116. Likewise, it is also possible to proceed in the coating areas 121, 122, 123. Then, the substrates 5 do not need to go through all the coating areas, but several substrates are coated in parallel and similar. For such an operation, as many as sputtering devices as shown in FIG. 4, as well as devices for PICVD coating may also be provided.
  • One or more sputter coating devices 134, 135, 136 may also include means for electron cyclotron resonance sputtering to deposit, for example, particularly dense layers by ECR sputtering.
  • a separate unloading device is also provided in this embodiment in order to enable a continuous production process.
  • Fig. 5 shows a variant of the embodiment shown in Fig. 4. Similar to the device for vacuum coating of substrates sketched in FIG. 4, the embodiment illustrated in FIG. 5 also has several devices 94, 95, 96, 97, 98, 99 for plasma pulse-induced chemical vapor deposition and a plurality of devices 134, 135, 136 Sputter coating of the substrates. In contrast to the embodiment shown in FIG. 4, however, the substrate holders 17 with the substrates become along a racetrack-shaped
  • the substrates not only along a circular, but also along two linear portions of the transport path to the coating areas 111, 112, 113, 114, 115, 116 and 121, 122, 123 of the devices 94, 95, 96, 97, 98, 99 promoted.
  • the devices 94, 95, 97-99 for PICVD coating and the devices 134, 135, 136 for sputter coating are arranged along the linear sections of the transport path, while the device 93 for PICVD coating Coating is located on a circular section.
  • Fig. 6 shows parts of a device 1 according to the invention with a further embodiment of a
  • the transport device of this embodiment of the invention comprises a transport belt guided on rollers 77, on which the substrates 5 are deposited and conveyed along a linear transport path to the coating regions 111, 121, 112, 122. Accordingly, due to the arrangement as shown in Fig. 6, the conveyor belt 76 constitutes a means for linear movement of the substrates 5.
  • the PICVD coating means 94, 95 and the means 134, 135 are above the conveyor 76 along the linear transport path in this embodiment arranged.
  • other forms of transport paths such as linear and curved, such as circular sections can be realized with a conveyor belt.
  • barriers 21 are additionally barriers 21 as delimitation of the coating regions.
  • the barriers 21 can serve, for example, for maintaining a pressure gradient between the coating areas and / or for electromagnetic shielding. Such barriers 21 may also be present in the other embodiments of devices 1 according to the invention, as shown for example in FIGS. 1 to 5.
  • Fig. 7 shows a first embodiment of a substrate 5 coated according to the invention.
  • the substrate 5 has two opposite sides 51, 52, of which the side 51 has been provided with a coating 6 by vacuum deposition.
  • the coating 6 comprises two layers 61, 62, of which one of the layers with PICVD coating and the other layer was applied by sputtering.
  • the sputtered layer can also be nitrated or oxidized by introducing nitrogen and / or oxygen into the vacuum chamber or even in a nitrogen-containing or oxygen-containing plasma during or after a sputter coating.
  • both the layer 61 and the layer 62 may be deposited by PICVD coating.
  • the lower layer 61 may be a metallic layer that has been deposited by sputtering.
  • the layer 62 can then serve as a barrier coating to protect the metallic layer from oxidation and deposited by means of PICVD.
  • Suitable for this purpose is, for example, a silicon oxide layer which can be produced using a process gas containing hexamethyldisiloxane (HMDSO).
  • HMDSO hexamethyldisiloxane
  • a substrate having a metallic sputtered layer and a PICVD barrier coating may serve as a lamp reflector.
  • Such a SiC 2 layer may also serve as an anti-scratch coating.
  • the sputtered layer 61 can also be nitrided or oxidized with the device according to the invention, for example, before the barrier or anti-scratch layer 62 is applied.
  • the layer in the coating region of the device for PICVD coating in an oxygen and / or nitrogen-containing plasma can be nitrided. It has been found that, in particular with thin layers, it is possible to achieve nitration or oxidation by introducing oxygen and / or nitrogen even without ignition of a plasma. For thicker layers, the process of sputtering and nitriding or oxidizing can also be repeated several times.
  • a nitrided layer 61 such as a nitrided titanium layer, may serve to provide a decorative gold effect.
  • the sputtered layer 61 may also be a magnetic or magnetizable layer, which is then covered by a PICVD-deposited barrier layer 62.
  • Such coated substrates 5 may be about magnetic media.
  • One of the layers 61, 62 may also be, for example, a sputtered layer containing zirconium and / or niobium and / or tantalum.
  • Applications for oxide layers of these elements are, for example, coatings with optical functionality due to the high refractive indices of the oxides.
  • plastics such as Makrolon® (PMMA) or PP, PC can also be used as substrate 5. It often lends itself, before sputtering a primer layer, for example in
  • FIG. 8 shows a PDA or palm-computer 80.
  • the display of the PDA 80 comprises a display disk 81 with one or more substrates 5 coated according to the invention.
  • the display disk 81 serves not only to display but also to input information, similar to a touch screen , For this purpose, such a disk usually has transparent conductive layers.
  • the problem is that the optical properties of the display panel, such as its transparency through the input with the pen and a scratching caused thereby over time can be adversely affected.
  • sputtered conductive layers with anti-scratch layers can be used with the invention. and antireflection layers are combined to permanently preserve the optical properties of such a display panel 81.
  • FIG. 9 shows a cross-section through an embodiment of a display panel 81 coated according to the invention with two substrates 53, 54, each with multilayer coatings 6, as can be used in particular as a display panel for a PDA or a touchscreen.
  • the display screen 81 comprises two substrates 53, 54, both of which are coated according to the invention. Both substrates have on both sides anti-reflection coatings 602 in the form of multilayer alternating layers deposited according to the invention in order to improve the light transmission and the reduction of interfering reflections.
  • the multilayer antireflection layers may be formed, for example, as silicon oxide / titanium oxide alternating layers.
  • the process gas composition is changed during the PICVD coating, whereby titanium chloride (TiCl4) can be used as process gas constituents for the silicon oxide layers HMDSO and for the one or more titanium oxide layers.
  • TiCl4 titanium chloride
  • Such a multi-layered alternating layer can also be used advantageously as a multilayer interference layer for other applications, such as for an optical layer
  • an adhesion promoter layer 600 is deposited by means of PICVD and thereon an indium tin oxide layer (ITO layer) 601 by sputtering.
  • ITO layer indium tin oxide layer
  • the two substrates 53, 54 are for producing a display screen 81 with the indium-tin oxide layers 601 facing each other with a small distance apart.
  • a spacer layer 604 may be present between the substrates 53, 54.
  • the anti-scratching layer 603 and / or the adhesion promoter layer 600 can also advantageously be deposited as layers with a composition which varies gradually with respect to the layer, ie as gradient layers, in order to improve the adhesion of the layers to one another. This can be achieved in the PICVD coating in a simple manner, for example by continuously changing the composition of the process gas.
  • an additional adhesion promoter layer may be deposited on the anti-reflective layer 602.

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Abstract

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten vor, welche eine Vakuumkammer, eine Einrichtung zur Halterung wenigstens eines Substrats, zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur Sputterbeschichtung, sowie eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats in die Beschichtungsbereiche umfasst.

Description

Vakuumbeschichtungsanlage und Verfahren zur VakuumbeSchichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Vakuumbeschichtung oder Vakuumabscheidung auf Substraten, insbesondere betrifft die Erfindung eine Vakuumbeschichtungsanlage und ein Verfahren zur Vakuumbeschichtung.
Es sind verschiedene Verfahren zur Vakuumabscheidung, wie physikalische und chemische Dampfphasenabscheidung bekannt. Die Wahl des Abscheideverfahrens zur Beschichtung eines Substrats hängt dabei unter anderem davon ab, welche
Materialien abgeschieden werden sollen. Im allgemeinen sind dabei insbesondere nicht alle Abscheideverfahren für eine bestimmte Schichtzusammensetzung gleich gut geeignet. So können beispielsweise Schichten mit niedrigem Dampfdruck auch bei hohen Temperaturen nicht oder nur schlecht durch Aufdampfen aufgebracht werden. Andererseits kann es aufgrund von Abschirmeffekten problematisch sein, elektrisch leitende Schichten mittels plasmainduzierter chemischer Damfphasenabscheidung aufzubringen'.
Die WO 00/52221 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur simultanen PVD- und CVD-Beschichtung von langgestreckten Substraten. -Das langgestreckte Substrat, wie beispielsweise ein Gewebe oder eine Folie wird durch Beschichtungsstationen zur PVD- und CVD-Beschichtung geführt, wobei die jeweiligen in einer Beschichtungsstation befindlichen Bereiche des Substrats simultan beschichtet werden. Die Beschichtungsstationen sind dabei räumlich und vakuumtechnisch durch Barrieren mit Öffnungen für das Substrat voneinander getrennt.
Ein solches Verfahren ist aber für viele Substrate aufgrund ihrer geringen Abmessungen nicht möglich.
Außerdem kann es auch wünschenswert sein, verschiedene Schichten nacheinander aufzubringen. Insbesondere bei bestimmten Kombinationen von PVD- und CVD-Prozessen kann es von Vorteil oder sogar notwendig sein, PVD- und CVD- Beschichtung sequentiell zu betreiben, so dass sich die Prozesse gegenseitig nicht stören können. So kann etwa eine sauerstoffhaltige Atmosphäre für eine CVD-Beschichtung zu einer unerwünschten Oxidation des Targetmaterials für einen Sputterprozeß führen, falls die Targetoberfläche nicht ausreichend geschützt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das
Vakuumabscheiden unter Verwendung verschiedener Abscheideverfahren zu verbessern. Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dementsprechend sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten vor, welche eine Vakuumkammer, eine Einrichtung zur Halterung wenigstens eines Substrats, zumindest einem ersten
Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur Sputterbeschichtung, sowie eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats in die Beschichtungsbereiche umfasst.
Bei einem Verfahren zur Vakuumbeschichtung von Substraten gemäß der Erfindung, welches insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung ausgeführt werden kann, wird in einer Vakuumkammer zumindest ein Substrat gehaltert, in zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer auf dem Substrat wenigstens eine Lage einer Beschichtung mittels plasmaimpuls-induzierter chemischer Dampfphasenabscheidung (PICVD) und in zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer wenigsten eine Lage der Beschichtung durch Sputtern abgeschieden und das Substrat mittels einer Transporteinrichtung in die Beschichtungsbereiche transportiert.
Zum Sputtern können alle gängigen Verfahren eingesetzt werden. Insbesondere ist aufgrund der vergleichsweise hohen
Abscheideraten an Magnetron-Sputtereinrichtungen gedacht.
Es können aber auch andere Verfahren, wie
Elektronzyklotronresonanz-Sputtern (ECR-Sputtern) oder
Ionenstrahl-Sputtern eingesetzt werden.
Unter einem Beschichtungsbereich im Sinne der Erfindung wird ein Bereich in der Vakuumkammer verstanden, in welchem ein dort angeordnetes Substrat beschichtet werden kann.
Insbesondere wird beim PICVD-Beschichten im Beschichtungsbereich das Plasma für die Vakuumabscheidung erzeugt.
Insbesondere kann das Substrat mittels der Transporteinrichtung sequentiell in den Beschichtungsbereichen angeordnet und in den Beschichtungsbereichen jeweils zumindest eine Lage der Beschichtung abgeschieden werden, um mehrlagige Beschichtungen zu erzeugen.
Durch die erfindungsgemäße Kombination von PICVD-
Beschichtung und Sputterbeschichtung innerhalb einer Beschichtungsanlage können nun erstmals Beschichtungen abgeschieden werden, die sonst allenfalls nur in getrennten Anlagen hergestellt werden konnten, was unter Umständen dann auch eine Oxidation oder anderweitige Reaktion mit atmosphärischen Komponenten zur Folge hat. Das PICVD- Verfahren erlaubt außerdem bei nur geringer
Temperaturbelastung des Substrats hohe Strahlungsleistungen zur Erzeugung des Plasmas, da die eine hohe Strahlungsleistung nur während der Pulsdauer zugeführt wird. Auf diese Weise sind erfindungsgemäß auch neuartige beschichtete Substrate herstellbar, deren Beschichtung sowohl zumindest eine gesputterte, als auch zumindest eine PICVD-beschichtete Lage aufweisen. Derartige Produkte können unter Verwendung der Erfindung nicht nur wirtschaftlicher und schneller hergestellt werden, aufgrund der in-situ-Kombination dieser Verfahren ohne einen Kontakt zur Atmosphäre weisen derartige Produkte auch eine bessere Qualität, insbesondere hinsichtlich einer geringeren Fremdkontamination der Beschichtung auf.
Um die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahren zu erhöhen, ist es auch zweckmäßig, eine Transporteinrichtung zum gleichzeitigen Transport mehrerer Substrate vorzusehen. Die Substrate können so auf der Transporteinrichtung angeordnet und nacheinander oder gleichzeitig beschichtet werden. Eine derartige Anordnung ist auch für den Labor- oder Testbetrieb sinnvoll, da die Substrate nicht alle mit derselben Beschichtung versehen werden müssen. Vielmehr können damit ohne einen Ein- oder Ausschleusevorgang verschiedenartige Beschichtungen abgeschieden und damit beispielsweise Meß- oder Testserien durchgeführt werden.
Um bestimmte Schichten herzustellen, kann es andererseits auch wünschenswert sein, eine kontrollierte Reaktion bei der Sputterbeschichtung herbeizuführen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann daher das Sputtern auch reaktives Sputtern, beziehungsweise die Einrichtung zur Sputterbeschichtung eine Einrichtung zum reaktiven Sputtern umfassen.
Dabei können insbesondere Oxid- und/oder Nitridschichten erzeugt werden, indem Sauerstoff und/oder Stickstoff in die Vakuumkammer eingelassen wird, um eine Reaktion der abgeschiedenen Schicht mit der Sauerstoff- und/oder stickstoffhaltigen Atmosphäre in der Kammer herbeizuführen. Dies kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beispielsweise jeweils während des Aufsputterns einer Schicht durchgeführt werden, ohne eine Targetvergiftung herbei zu führen, wobei entsprechend den Gasbestandteilen ein Sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Plasma zum Absputtern des Targets erzeugt wird. Das Gas kann beispielsweise im ersten Beschichtungsbereich mittels einer Gaszuführung für die Einrichtung zur PICVD-Beschichtung eingelassen werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Umwandlung einer Beschichtung durch kontrollierte Reaktion ist, zumindest eine abgeschiedene Lage der Beschichtung in der Vakuumkammer mittels eines Sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas zu nitrieren oder oxidieren. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu eine Einrichtung zur Erzeugung eines Stickstoff- und/oder sauerstoffhaltigen Plasmas vorgesehen. Insbesondere kann die Einrichtung zur PICVD-Beschichtung oder die Einrichtung zur
Sputterbeschichtung auch für die Erzeugung eines derartigen Plasmas ausgebildet sein, so dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Stickstoff- und/oder sauerstoffhaltigen Plasmas Bestandteil zumindest einer dieser Einrichtungen ist. Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht dabei vor, dass in zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer eine Lage einer Beschichtung auf das Substrat aufgesputtert, das Substrat mit der Transporteinrichtung in einem zweiten Beschichtungsbereich angeordnet und dort mittels eines Sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas oxidiert und/oder nitriert wird, um Oxid- und/oder Nitridschichten herzustellen. Um größere Schichtdicken solcher Oxid- und/oder Nitridschichten zu erzeugen, kann dieser Vorgang auch mehrmals durch wiederholtes Transportieren des Substrats zwischen den Beschichtungsbereichen ausgeführt werden.
Ein mit der Einrichtung zur PICVD-Beschichtung oder der Einrichtung zur Sputterbeschichtung erzeugbares Plasma kann auch vorteilhaft dazu verwendet werden, die Substratoberfläche mittels des Plasmas zu aktivieren oder zu reinigen. Beispielsweise kann auch hierzu ein Sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Plasma verwendet werden. Das Aktivieren ist unter anderem bei Kunststoff- Substraten, wie etwa PMMA-Substraten günstig, um die Haftung nachfolgend aufgebrachter Schichten zu verbessern. Allgemein kann das Aktivieren und/oder Reinigen als Vor- Zwischen- oder Nachbehandlungsschritt durchgeführt werden.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine oder mehrere Einrichtungen zur Rotation des Substrats. Das Rotieren des Substrats mit der Transporteinrichtung kann beispielsweise dazu dienen, das Substrat auf einer kreisförmigen Transportbahn in die Beschichtungsbereiche zu bewegen. Insbesondere können dabei die Beschichtungsbereiche entlang der Umfangsrichtung eines kreisförmigen Abschnitts der Transportbahn der Transporteinrichtung angeordnet sein, so dass die Substrate durch die Rotation entlang der Transportbahn durch die Beschichtungsbereiche gefahren und vor den Beschichtungseinrichtungen angeordnet und beschichtet werden. Es kann darüber hinaus auch von Vorteil sein, mittels einer entsprechenden Einrichtung das Substrat um mehrere Achsen zu rotieren. Als Transportbahn wird im Sinne der Erfindung der Weg verstanden, entlang welchem die Substrate oder Substrathalter in der Vakuumkammer bewegt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Bewegung mehrerer Substrate unabhängig voneinander anzusteuern, um einen flexibel anpassbaren Beschichtungsprozess zu ermöglichen. Dazu kann die Transporteinrichtung vorteilhaft mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Einrichtungen zur Bewegung von Substraten umfassen.
Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat mittels einer entsprechend ausgebildeten Transporteinrichtung linear in der Vakuumkammer bewegt. Selbstverständlich kann eine lineare auch mit einer kreisförmigen Bewegung des Substrats kombiniert werden, etwa, indem die Transportbahn lineare und kreisförmige Abschnitte aufweist, oder die Substrate auf rotierbaren Haltern linear geführt werden. In Verbindung mit einer linearen Bewegung des Substrats ist es gemäß einer Weiterbildung auch zweckmäßig, wenn zumindest eine der Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) oder die Einrichtungen zur Sputterbeschichtung entlang zumindest eines linearen Abschnitts der Transportbahn der Transporteinrichtung angeordnet sind, so dass die Substrate beim Transport in die einzelnen Beschichtungsbereiche gelangen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht insbesondere vor, das Substrat während der Beschichtung zu bewegen. Dies ist insbesondere sinnvoll, um gleichmäßige Beschichtungen herzustellen, da durch eine Bewegung des Substrats Inhomogenitäten der Sputter- oder PICVD-Plasma-Beschichtung ausgemittelt werden können.
Die Transporteinrichtung kann neben der Beförderung der Substrate auch noch weitere Funktionen haben. So kann beispielsweise die Transporteinrichtung auch eine Trennung der Beschichtungsbereiche bewirken. Dies ist unter anderem sinnvoll, um einen Druckgradienten in der Vakuumkammer aufrechtzuerhalten und/oder eine elektromagnetische Abschirmung zu erzielen. Eine derartige Trennung der Beschichtungsbereiche kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die
Transporteinrichtung einen Substrathalter umfasst, welcher zwischen gegenüberliegenden Einrichtungen zur plasmaimpuls- induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zur Sputterbeschichtung angeordnet ist.
Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich eine Absperrvorrichtung zur Absperrung des Sputtertargets vorhanden sein. Damit kann das Sputtertarget während einer plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung oder während einer
Reinigungsprozedur zur Entfernung von Wasser oder z.B. einer Oxidschicht auf dem Substrat abgesperrt werden, um eine Kontamination des Sputtertargets zu verhindern. Gleichzeitig dient die Absperrvorrichtung beim Sputtern in geschlossener Position, d.h. sich vor der Targetoberfläche befindend als Abscheidefläche von oxidiertem/nitriertem Targetmaterial -insbesondere bei einer Reinigung des Targets-, um die Substratoberfläche zu schützen.
Zur Erhöhung des Durchsatzes und Verbesserung der
Wirtschaftlichkeit können gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung mehrere Substrate parallel oder sequentiell mit zumindest einer Lage der Beschichtung beschichtet werden. Die mehreren Substrate können dabei beispielsweise zusammen in einem Beschichtungsbereich angeordnet werden. Es können auch mehrere Einrichtungen zur plasmaimpuls- induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und/oder mehrere Einrichtungen zur Sputterbeschichtung vorhanden sein. Die Einrichtungen können dabei auch zumindest zum Teil parallel betrieben werden, so dass beispielsweise mit jeder der gleichzeitig betriebenen Beschichtungseinrichtungen jeweils parallel auf ein oder mehrere im zugeordneten Beschichtungsbereich angeordnete Substrate eine Lage einer Beschichtung abgeschieden wird. Beispielsweise können die Substrate auch durch die jeweiligen Beschichtungsbereiche der Einrichtungen hindurchbewegt und dabei jeweils eine bestimmte Lage abgeschieden werden, so dass eine mehrlagige Beschichtung entsteht.
Sowohl beim Aufsputtern, als auch beim PICVD-Beschichten wird Prozessgas für das jeweilige Plasma eingesetzt. Um die dabei anfallenden Gasmengen abzuführen, ist es vorteilhaft, ein leistungsfähiges Pumpsystem vorzusehen. Die Leistungsfähigkeit eines Pumpsystems wird unter anderem durch den Querschnitt und den Ort des Anschlusses der Vakuumkammer an das Pumpsystem bestimmt. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht dazu vor, eine Pumpeinrichtung mit mehreren Anschlüssen an die Vakuumkammer zu verwenden. Insbesondere kann gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform jedem Beschichtungsbereich wenigstens ein Anschluss zugeordnet sein. Beispielsweise können die an die Anschlüsse angeschlossenen Pumpen entsprechend den bei den verschiedenen Beschichtungsarten anfallenden Gasmengen in ihrer Pumpleistung dimensioniert werden, um eine optimale Abpumpleistung mit minimalem Aufwand zu erhalten. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsfornm der Erfindung ist zusätzlich noch zumindest eine Einrichtung zum Aufdampfen einer Beschichtung vorgesehen. Durch die Möglichkeit, auch eine Schicht durch Aufdampfen abzuscheiden, kann die Vielfalt der aufbringbaren Schichtsysteme weiter erhöht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren, beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung sind durch die Kombination von PICVD- und Sputterbeschichtungen in einer Beschichtungskammer zur Herstellung einer Vielzahl verschiedener Beschichtungen für Substrate, beispielsweise zur Abscheidung einer mehrlagigen Beschichtung mit Lagen unterschiedlicher Zusammensetzung, mehrlagige Wechselschichten mit abwechselnder Zusammensetzung, eine Beschichtung mit abgeschiedener Haftvermittlerschicht, und/oder einer Gradientenschicht geeignet. Durch das Aufsputtern kann auch zumindest eine metallische und/oder eine magnetische Schicht abgeschieden und beispielsweise mit einer oder mehreren PICVD-Lagen der Beschichtung kombiniert werden. Eine interessante Anwendung ist unter anderem die Sputterbeschichtung von KunststoffSubstraten. Kunststoff ist vielfach nicht gut mit haltbaren Schichten durch Sputtern zu beschichten. Erfindungsgemäß kann aber eine Haftvermittlerschicht mittels PICVD aufgebracht werden, auf der die aufgesputterte Schicht gut haftet. Die Anwendungsbereiche und die Funktion erfindungsgemäß hergestellter Schichten sind entsprechend vielfältig. Beispielsweise können mit der PICVD-Beschichtung Barriereschichten hergestellt werden, welche darunter liegende Schichten, wie etwa eine aufgesputterte
Metallschicht vor Degradation, insbesondere vor Oxidation schützen. Auch Beschichtungen mit Antikratz- und/oder Antihafteigenschaften können abgeschieden werden. Ein weites Feld sind auch Beschichtungen mit optischen Funktionen, wie etwa Vergütungsschichten oder
Interferenzfilterschichten, die erfindungsgemäß aufgebracht werden können.
Auch ist das Verfahren gut geeignet, um elektrisch leitfähige, transparente Schichten herzustellen, die dann außerdem auch noch mit einer oder mehreren weiteren Schichten geschützt werden können. Auch können solche Schichten auf eine erfindungsgemäß insbesondere mittels PICVD abgeschiedene Haftvermittlerschicht aufgebracht werden, um die Haftung zu verbessern. Gedacht ist hier unter anderem an das Abscheiden einer Indium-Zinn- Oxidschicht. Eine Anwendung für solche Beschichtungen sind unter anderem Displays, wie etwa für ein Mobiltelefon oder insbesondere einen PDA ("portable digital assistant", beziehungsweise Palm-Computer) oder einen Touchscreen. Speziell bei einem PDA oder einem Touchscreen werden Informationen für das Informationsverarbeitungssystem durch Berührung des Displays eingegeben, so dass ein Antikratzschutz auf dem Display von Vorteil für die Lebensdauer ist.
Auch Zirkon, Niob oder Tantal enthaltende Schichten, wie beispielsweise deren Oxide oder Nitride oder Legierungen mit diesen Materialien lassen sich mit PICVD im allgemeinen nur unter Schwierigkeiten herstellen. Mittels der Erfindung können solche Schichten aber aufgesputtert und eventuell mit PICVD-Beschichtungen vorteilhaft kombiniert werden.
Noch eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine Lage der Schicht mittels
Elektronzyklotronresonanz-Sputtern (ECR-Sputtern) abgeschieden wird. Schichten, die mit diesem Abscheideverfahren aufgebracht werden, zeichnen sich vielfach durch eine besonders hohe Dichte und Defektfreiheit aus. Zur Herstellung solcher Schichten kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Elektronzyklotronresonanz-Sputtern umfassen, wobei dazu die Einrichtung zur Sputterbeschichtung entsprechend konstruktiv angepasst sein kann, und/oder wobei die Einrichtung zum Elektronzyklotronresonanz-Sputtern zusätzlich zu den Einrichtungen zur plasmaimpuls- induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zur Sputterbeschichtung vorgesehen sein kann.
Noch eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zumindest Teile der Vakuumkammer oder das Substrat beheizt werden. Dazu kann die Vorrichtung zusätzlich eine Heizeinrichtung aufweisen. Eine Beheizung der Kammer kann beispielsweise von Vorteil sein, um einen Niederschlag von Prozessgasbestandteilen in der Kammer zu verhindern. Weiterhin kann das Beheizen des Substrats beispielsweise beim Sputtern von Schichten günstig sein, um besonders dichte Schichten herzustellen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können. Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Aufsicht auf eine
Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer
Beschichtungsvorrichtung mit einer Variante der in Fig. 1 gezeigten Pumpeinrichtung,
Fig. 3 eine Ausführungsform eines Substrathalters einer Transporteinrichtung,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten,
Fig. 5 eine Variante der in Fig. 4 dargestellten
Ausführungsform,
Fig. 6 Teile einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Transporteinrichtung mit Transportband,
Fig. 7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß beschichteten Substrats,
Fig. 8 einen PDA mit einer erfindungsgemäß beschichten Displayscheibe, und
Fig. 9 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß beschichtete Displayscheibe.
In Fig. 1 ist eine schematische Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Vakuumkammer 3, in welcher eine Transporteinrichtung 7 zum Transport von Substraten 5 in Beschichtungsbereiche 11, 12 der Vakuumkammer 3 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine dem Beschichtungsbereich 11 zugeordnete Einrichtung 9 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und eine dem Beschichtungsbereich 12 zugeordnete Einrichtung 13 zur Sputterbeschichtung auf.
Die Transporteinrichtung 7 umfasst bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einen drehbaren Substrathalter 71, auf dem mehrere Substrate 5 -bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung beispielhaft vier Substrate 5- angeordnet, gleichzeitig durch Rotation transportiert und nacheinander oder auch in bestimmten Fällen gleichzeitig beschichtet werden können. Durch die Rotation der Substrate 5 auf der Transporteinrichtung 7, beziehungsweise dessen Substrathalter 71 können die Substrate 5 jeweils in die Beschichtungsbereichen 11, 12 zur Abscheidung einer PICVD- oder Sputterschicht transportiert werden. Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel eine kreisförmige Transportbahn, entlang welcher die Beschichtungsbereiche 11, 12 angeordnet sind.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist außerdem der Substrathalter 71 der Transporteinrichtung 7 zwischen gegenüberliegenden Einrichtungen 9, 13 zur plasmaimpuls- induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und Sputterbeschichtung angeordnet. Auf diese Weise wird eine gewisse Trennung der Beschichtungsbereiche 11, 12 mit den Beschichtungseinrichtungen 9, 13 erreicht. Dadurch wird eine zumindest teilweise elektromagnetische Abschirmung und/oder eine Druckbarriere zwischen den Beschichtungsbereichen 11, 12 erreicht. Zur Bereitstellung des Prozess- und Sputtergases ist eine Gasversorgung 17 vorgesehen, welche an Gaseinlässe 171 an den Beschichtungsbereichen 11, 12 angeschlossen ist. Mit den Gaseinlässen 171 kann dann jeweils ein geeignetes Prozeß-Prozess- oder Sputtergas in die
Beschichtungsbereiche 11, 12 zur Erzeugung eines Plasmas für die PICVD-Abscheidung, beziehungsweise zur Kathodenzerstäubung eines Targets zur Sputterbeschichtung eines Substrats 5 eingelassen werden.
Die Einrichtung zur Sputterbeschichtung 13 umfasst neben den zugeordneten Gaseinlässen 171 ein Sputtermagnetron 131, ein Hochspannungs-Netzteil 133 zur Versorgung des Sputtermagnetrons 131, eine zwischen Netzteil 133 und Magnetron 131 geschaltete Einrichtung zur Lichtbogen- Unterdrückung 132 und ein Sputtertarget 135. Zusätzlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Absperrvorrichtung 134 zur wahlweisen Absperrung des Sputtertargets 135 vorgesehen. Eine zeitweise Absperrung des Targets ist insbesondere zur Vermeidung einer Kontamination während bestimmter Behandlungsschritte des oder der zu beschichtenden Substrate 5 vorteilhaft. So kann das Sputtertarget 135 beispielsweise während einer plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung oder während einer Reinigungsprozedur zur Entfernung von Wasser oder einer Oxidschicht auf dem Substrat 5 abgesperrt werden, um einen Niederschlag einer PICVD-Beschichtung, beziehungsweise von Wasser oder vom Substrat stammenden Oxiden vermieden werden. Umgekehrt können bei einer Reinigungsprozedur des Sputtertargets in der Kammer befindliche Substrate vor einem Niederschlag von abgesputtertem Material geschützt werden. Dem über die Gaseinlässe 171 zugeführten Sputtergas können neben den üblichen Edelgasen mittels der Gasversorgung 17 auch zusätzlich Gase zur reaktiven Sputterbeschichtung beigemengt werden. Auch können solche Gase, wie insbesondere Stickstoff und/oder Sauerstoff über die Gaseinlässe 171 der Einrichtung 9 zur PICVD-Beschichtung eingelassen werden. Mit diesen Gasbestandteilen bildet sich dann ein Sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Plasma bei der Sputterbeschichtung. Im Plasma kommt es dann beispielsweise zur Bildung von reaktiven Radikalen dieser Gase, welche eine Oxidation, beziehungsweise Nitrierung der Schichtbestandteile bewirken.
Die Einrichtung 9 zur PICVD-Beschichtung umfasst neben den Gaseinlässen 171 für den Einlass des Prozessgases eine Antenne 90 zur Zuführung der elektromagnetischen Strahlung für die Zündung des Plasmas und einen Generator 92 für die Erzeugung gepulster elektromagnetischer Energie. Zusätzlich ist eine zwischen Antenne 90 und Generator 92 geschaltete Abstimmeinheit 91 vorgesehen, mit welcher die Einkopplung der Strahlung in den Beschichtungsbereich 11 eingestellt und optimiert werden kann. Der Generator 92 kann beispielsweise zur Erzeugung von Mikrowellen eingerichtet sein. Bevorzugt wird eine Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz zur PICVD-Beschichtung verwendet.
Die Einrichtung 9 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung kann auch andere Funktionen als die Abscheidung einer PICVD-Schicht übernehmen. So ist gemäß einer Ausfürungsform der Erfindung eine Einrichtung zur Erzeugung eines Stickstoff- und/oder sauerstoffhaltigen Plasmas vorgesehen. Dabei kann dann die Einrichtung 9 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung als solche Einrichtung zur Erzeugung eines stickstoff- und/oder sauerstoffhaltigen Plasmas verwendet werden, indem Sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Gas durch die Gaseinlässe 171 eingelassen und durch Betrieb des Generators 92 ein Sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Plasma im Beschichtungsbereich 11 erzeugt wird. Auf diese Weise können Oxid- und/oder Nitridschichten auf dem Substrat 5 abgeschieden werden, indem im Beschichtungsbereich 12 der Vakuumkammer 3 eine Lage einer Beschichtung auf das Substrat 5 aufgesputtert, das Substrat 5 mit der Transporteinrichtung 7 im Beschichtungsbereich 11 angeordnet und dort mittels des Sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas oxidiert oder nitriert wird. Dieser Vorgang kann zur Erzeugung dickerer Oxid- und/oder Nitridschichten insbesondere auch mehrmals wiederholt werden.
Auch kann ein solches stickstoffhaltiges und/oder sauerstoffhaltiges Plasma zur Aktivierung und/oder Reinigung der Substratoberfläche als Vor- und/oder Zwischen- und/oder Nachbehalndlungsschritt beim erfindungsgemäßen Beschichten des Substrats verwendet werden.
Zur Evakuierung der Vakuumkammer und zur Abfuhr des Prozessgases ist eine Pumpeinrichtung 15 mit einer Hochvakuum-Pumpeinrichtung 151 und einer Feinvakuum- Pumpeinrichtung 152 vorgesehen. Zur Regelung des Prozessdrucks beim PICVD-Prozess ist zusätzlich eine
Druckregelung 153 vorgesehen. Die Pumpeinrichtung 15 ist über einen Anschluss 154 an die Kammer 3 angeschlossen.
Zum Be- und Entladen der Substrate 5 ist außerdem eine Ladeeinrichtung 19 vorgesehen. Im einfachsten Fall kann die Ladeeinrichtung 19 eine Ladetür umfassen, durch welche die Substrate von außen eingesetzt und entnommen werden können.
Außerdem ist eine Heizeinrichtung 20 vorgesehen, mit welcher die Vakuumkammer 3 beheizt werden kann. Dies ist beispielsweise bei der PICVD-Beschichtung vorteilhaft, um einen Niederschlag von Prozessgas-Bestandteilen, wie insbesondere von Beschichtungs-Precursoren zu verhindern. Auch kann der Substrathalter 7 eine Heizeinrichtung aufweisen, mit welcher die Substrat 5 beheizbar sind. Das Beheizen des Substrats kann unter anderem die Qualität von mittels Sputtern abgeschiedenen Schichten erhöhen.
In Fig. 2 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Pumpeinrichtung 15 mehrere Anschlüsse 154, 155 an die Vakuumkammer 3. Dabei ist der Anschluss 154 mit einer Hochvakuum-Pumpeinrichtung 151 und Anschluss 155 mit einer Feinvakuum-Pumpeinrichtung 152 verbunden. Die Hochvakuum-Pumpeinrichtung 151 ist mit einer Vordruck-Pumpeinrichtung 160 über die Feinvakuum- Pumpeinrichtung 152 als zusätzliche Druckstufe verbunden, wobei die Hoch- und Feinvakuum-Pumpeinrichtungen 151, 152 durch ein Ventil 156 voneinander getrennt werden können.
Die Anschlüsse 154, 155 an die unterschiedlich ausgelegten Pumpeinrichtungen sind insbesondere den verschiedenen Beschichtungsbereichen 11, 12 zugeordnet. Da bei den Beschichtungsverfahren im allgemeinen unterschiedliche Gasdrücke verwendet werden und aufgrund dessen ein
Druckgradient in der Kammer zwischen den Bereichen 11, 12 entstehen kann, sorgt der separate Anschluss der Beschichtungsbereiche an die Pumpeinrichtung 15 für eine besonders effektive und schnelle Evakuierung, so dass nach einem Beschichtungsschritt schnell wieder das für einen weiteren Beschichtungsschritt vorgesehene Prozeß-Prozess¬ oder Sputtergas eingelassen werden kann.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Transporteinrichtung 7 mit Substrathalter. Das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Transporteinrichtung 7 umfasst ebenfalls einen Substrathalter 71 zur Halterung mehrerer Substrate 5. Zum Transport der Substrate 5 in die einzelnen Beschichtungsbereiche ist der Substrathalter 71 um eine Achse 72 rotierbar, so daß die Substrate 5 wie bei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 entlang einer kreisförmigen Transportbahn befördert werden. Zusätzlich sind die Substrate 5 jeweils noch um Achsen 73 rotierbar, wobei die Achsen 73 bei dem in Fig. 22 gezeigten Beispiel senkrecht zur Drehachse 72 stehen. Beispielsweise kann ein Substrat 5 während der Beschichtung im Plasma um eine oder beide Achsen 72, 73 bewegt werden, um eine Ausmittlung von Inhomogenitäten des Plasmas und damit eine gleichmäßige Beschichtung zu erzielen.
Fig. 4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Vakuumbeschichtung von Substraten. Die Transporteinrichtung 7 dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Rundläufer, auf welchem mehrere Substrathalter 71 angeordnet sind. Mit dem Rundläufer werden die Substrathalter 71 mit den in Fig. 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Substraten entlang einer kreisförmigen Transportbahn befördert. Die Substrathalter 71 können beispielsweise entsprechend dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel aufgebaut sein. Insbesondere kann bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 1 die Bewegung der Substrate unabhängig voneinander angesteuert werden. Dazu sind die Substrathalter 71 unabhängig voneinander rotierbar auf dem Rundläufer der Transporteinrichtung angeordnet und bilden damit jeweils unabhängig voneinander ansteuerbare Einrichtungen zur Bewegung des oder der befestigten Substrate. Mit einer geeigneten, nicht dargestellten Steuereinrichtung, wie insbesondere eine rechnergestützte Steuerung kann so jeder der Substrathalter 71 unabhängig von den anderen Haltern 71 auf dem Rundläufer um seine Drechachse 72 rotiert werden. Dementsprechend können die Substrate auch um mehrere Achsen, nämlich der Achse des Rundläufers und der Drehachse des jeweiligen Substrathalters rotiert werden. Außerdem kann auch noch eine Rotation des Substrats um eine weitere Achse 73 vorgesehen sein, wie dies beispielsweise mit dem in Fig. 3 gezeigten Substrathalter 71 möglich ist.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform weist außerdem noch mehrere Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und mehrere Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung der Substrate auf. Die Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 und 134, 135, 136 sind in
Umfangsrichtung des Rundläufers 75 der Transporteinrichtung 7 so angeordnet, dass auch die Beschichtungsbereiche 111, 112, 113, 114, 115, 116 und 121, 122, 123 der Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD), beziehungsweise der Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung der Substrate entlang der Umfangsrichtung der kreisförmigen Transportbahn angeordnet sind. Insbesondere ist die Anordnung der Beschichtungsbereiche 111 - 116 und 121 - 123 an den Abstand der Substrathalter 71 auf dem Rundläufer 75 angepasst, so dass sich jeweils ein Substrathalter mit den Substraten in einem der Beschichtungsbereiche befindet und zumindest eine Lage der Beschichtung abgeschieden werden kann. Auf diese Weise können auch mehrere Substrate auf der Transporteinrichtung angeordnet und gleichzeitig beschichtet werden. Es ist dabei auch daran gedacht, nicht alle Einrichtungen zur Sputter- und PICVD-Beschichtung parallel zu betreiben. Beispielsweise können je nach vorgesehenem Prozessablauf auch gruppenweise betrieben werden. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, die Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung und die Einrichtungen 94 - 99 zur PICVD-Beschichtung jeweils gruppenweise, aber nacheinander bei den im allgemeinen unterschiedlichen Druckbereichen für die PICVD- und Sputterbeschichtung zu betreiben.
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung 1 erlaubt eine Vielzahl verschiedener Betriebsweisen. Beispielsweise können die Substrate sequentiell in den Beschichtungsbereichen 111, 112, 113, 114, 115, 116 und 121, 122, 123 angeordnet und dort dann jeweils zumindest eine Lage der Beschichtung abgeschieden werden. Die Substrate 5 werden entnommen, wenn sie alle Beschichtungsbereiche 111, 112, 113, 114, 115, 116 und 121, 122, 123 durchlaufen haben. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann selbstverständlich auch mit nur einem Teil der Einrichtungen 94 - 99, 134 - 136 durchgeführt werden. Die Einrichtungen zur PICVD- Beschichtung können auch so parallel betrieben werden, dass auf allen in den Beschichtungsbereichen 111 - 116 angeordnete Substraten gleichzeitig gleichartige Lagen der Beschichtung abgeschieden werden. Ebenso kann auch in den Beschichtungsbereichen 121, 122, 123 verfahren werden. Dann brauchen die Substrate 5 nicht alle Beschichtungsbereiche zu durchlaufen, sondern es werden mehrere Substrate parallel und gleichartig beschichtet. Für einen solchen Betrieb können auch -anders als in Fig. 4 dargestellt- ebenso viele Einrichtungen zum Sputtern, wie Einrichtungen zum PICVD-Beschichten vorgesehen sein.
Eine oder mehrere der Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung können auch eine Einrichtung zum Elektronzyklotronresonanz-Sputtern umfassen, um beispielsweise besonders dichte Schichten mittels ECR- Sputtern abzuscheiden. Neben der Ladeeinrichtung 19 ist bei dieser Ausführungsform auch noch eine separate Entladeeinrichtung vorgesehen, um einen kontinuierlichen Produktionsablauf zu ermöglichen.
Fig. 5 zeigt eine Variante der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform. Ähnlich wie die in Fig. 4 skizzierte Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten weist auch die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform mehrere Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 zur plasmaimpuls- induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung und mehrere Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung der Substrate auf. Im Unterschied zu der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform werden die Substrathalter 17 mit den Substraten jedoch entlang eines rennbahnförmigen
Transportweges befördert. Dementsprechend werden die Substrate nicht nur entlang eines kreisförmigen, sondern auch entlang zweier linearer Abschnitte der Transportbahn zu den Beschichtungsbereichen 111, 112, 113, 114, 115, 116 und 121, 122, 123 der Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 befördert. Bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung 1 sind beispielhaft die Einrichtungen 94, 95, 97 - 99 zur PICVD- Beschichtung und die Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung entlang der linearen Abschnitte der Transportbahn angeordnet, während sich die Einrichtung 93 zur PICVD-Beschichtung an einem kreisförmigen Abschnitt befindet.
Fig. 6 zeigt Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer weiteren Ausführungsform einer
Transporteinrichtung. Die Transporteinrichtung dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst ein auf Rollen 77 geführtes Transportband, auf welchem die Substrate 5 abgelegt und entlang eines linearen Transportwegs zu den Beschichtungsbereichen 111, 121, 112, 122 befördert werden. Aufgrund der wie in Fig. 6 gezeigten Anordnung stellt das Transportband 76 dementsprechend eine Einrichtung zur Linearbewegung der Substrate 5 dar. Die Einrichtungen 94, 95 zur PICVD-Beschichtung und die Einrichtungen 134, 135 sind bei dieser Ausführungsform oberhalb des Transportbands 76 entlang des linearen Transportwegs angeordnet. Selbstverständlich können mit einem Transportband aber auch andere Formen von Transportwegen, etwa mit linearen und kurvigen, beispielsweise kreisförmigen Abschnitten realisiert werden.
Um die Beschichtungsbereiche 111, 121, 112, 122 besser voneinander und von anderen Bereichen der Vakuumkammer zu trennen, sind zusätzlich Barrieren 21 als Begrenzung der Beschichtungsbereiche vorhanden. Die Barrieren 21 können beispielsweise zur Aufrechterhaltung eines Druckgradienten zwischen den Beschichtungsbereichen und/oder zur elektromagnetischen Abschirmung dienen. Derartige Barrieren 21 können auch bei den andere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen 1, wie sie etwa in den Fig. 1 bis 5 dargestellt sind, vorhanden sein.
Fig. 7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß beschichteten Substrats 5. Das Substrat 5 weist zwei gegenüberliegende Seiten 51, 52 auf, von welcher die Seite 51 mit einer Beschichtung 6 durch Vakuumabscheiden versehen worden ist. Die Beschichtung 6 umfasst zwei Lagen 61, 62, wovon eine der Lagen mit PICVD- Beschichtung und die andere Lage durch Aufsputtern aufgebracht wurde. Die aufgesputterte Lage kann auch durch Einlassen von Stickstoff und/oder Sauerstoff in die Vakuumkammer oder auch in einem stickstoffhaltigen oder sauerstoffhaltigen Plasma während oder nach einer Sputterbeschichtung nitriert, beziehungsweise oxidiert worden sein. Je nach Funktionalität der Beschichtung kann sowohl die Lage 61, als auch die Lage 62 durch PICVD- Beschichtung abgeschieden sein.
Beispielsweise kann die untere Schicht 61 eine metallische Schicht sein, die durch Sputtern abgeschieden wurde. Die Schicht 62 kann dann als Barrierebeschichtung zum Schutz der metallischen Schicht vor Oxidation dienen und mittels PICVD abgeschieden werden. Geeignet dazu ist beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, die unter Verwendung eines Hexamethyldisiloxan (HMDSO) enthaltenden Prozessgases erzeugbar ist. Ein Substrat mit einer metallischen aufgesputterten Schicht und einer PICVD- Barrierebeschichtung kann beispielsweise als Lampenreflektor dienen. Eine solche SiC^-Schicht kann außerdem auch als Antikratz-Beschichtung dienen.
Die aufgesputterte Schicht 61 kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch beispielsweise nitriert oder oxidiert werden, bevor die Barriere- oder Antikratzschicht 62 aufgebracht wird. Dazu kann die Schicht im Beschichtungsbereich der Einrichtung zum PICVD- Beschichten in einem Sauerstoff- und/oder stickstoffhaltigen Plasma nitriert werden. Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere bei dünnen Schichten möglich ist, durch Einlassen von Sauerstoff und/oder Stickstoff auch ohne Zündung eines Plasmas eine Nitrierung oder Oxidation zu erreichen. Für dickere Schichten kann der Vorgang des Aufsputterns und Nitrierens oder Oxidierens auch mehrmals wiederholt werden. Eine nitrierte Schicht 61, wie etwa eine nitrierte Titanschicht kann beispielsweise zur Erzielung eines dekorativen Goldeffekts dienen. Die aufgesputterte Schicht 61 kann auch eine magnetische oder magnetisierbare Schicht sein, die dann von einer mit PICVD abgeschiedenen Barriereschicht 62 abgedeckt wird. Derartig beschichte Substrate 5 können etwa magnetische Datenträger sein.
Eine der Schichten 61, 62 kann auch beispielsweise eine aufgesputterte Schicht sein, die Zirkon und/oder Niob und/oder Tantal enthält. Anwendungen für Oxidschichten dieser Elemente sind aufgrund der hohen Brechungsindizes der Oxide beispielsweise Beschichtungen mit optischer Funktionalität.
Aufgrund der vergleichsweise geringen Wärmebelastung bei der PICVD-Beschichtung können auch Kunststoffe, wie etwa Makrolon® (PMMA) oder PP, PC als Substrat 5 verwendet werden. Dabei bietet es sich oftmals an, vor dem Aufsputtern eine Haftvermittlerschicht, beispielsweise in
Form einer Grandientenschicht mit einem in Normalenrichtung der Schicht variierenden Kohlenstoffgehalt mittels PICVD abzuscheiden.
In Fig. 8 ist eine weitere Anwendung der Erfindung dargestellt. Fig. 8 zeigt einen PDA, beziehungsweise Palm- Computer 80. Das Display des PDA 80 umfasst eine Displayscheibe 81 mit einem oder mehreren erfindungsgemäß beschichteten Substraten 5. Die Displayscheibe 81 dient neben der Anzeige auch zur Eingabe von Informationen, ähnlich wie auch bei einem Touchscreen. Dazu weist eine solche Scheibe üblicherweise transparente leitfähige Schichten auf.
Problematisch ist, daß sich die optischen Eigenschaften der Displayscheibe, wie etwa dessen Transparenz durch die Eingabe mit dem Stift und ein dadurch verursachtes Zerkratzen im Laufe der Zeit negativ beeinflußt werden können. Mit der Erfindung können jedoch beispielsweise aufgesputterte leitfähige Schichten mit Antikratzschichten- und Antireflexschichten kombiniert werden, um die optischen Eigenschaften einer solchen Displayscheibe 81 dauerhaft zu erhalten.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß beschichteten Displayscheibe 81 mit zwei Substraten 53, 54 mit jeweils mehrlagigen Beschichtungen 6, wie sie insbesondere als Displayscheibe für einen PDA oder einen Touchscreen verwendet werden kann.
Die Displayscheibe 81 umfasst zwei Substrate 53, 54, die beide erfindungsgemäß beschichtet sind. Beide Substrate weisen zur Verbesserung der Lichttransmission und der Reduzierung von störenden Reflexionen beidseitig Antireflexbeschichtungen 602 in Form erfindungsgemäß abgeschiedener mehrlagiger Wechselschichten auf. Die mehrlagigen Antireflexschichten können beispielsweise als Siliziumoxid / Titanoxid-Wechselschichten ausgebildet sein. Dazu wird während der PICVD-Beschichtung die Prozessgas- Zusammensetzung geändert, wobei für die Siliziumoxid-Lagen HMDSO und für die eine oder mehreren Titanoxid-Lagen Titanchlorid (TiCl4) als Prozessgasbestandteile verwendet werden können. Eine solche mehrlagige Wechselschicht kann auch vorteilhaft als mehrlagige Interferenzschicht für andere Anwendungen, wie etwa für einen optischen
Interferenzfilter dienen. Anwendungen für einen solchen Filter sind beispielsweise Farbräder für digitale Projektoren, dichroitische Spiegel oder Farbfilter für LCD- Projektoren. Auf jeweils einer Seite der Substrate 53, 54 ist außerdem eine Haftvermittlerschicht 600 mittels PICVD und darauf eine Indium-Zinn-Oxidschicht (ITO-Schicht) 601 durch Aufsputtern abgeschieden. Die beiden Substrate 53, 54 sind zur Herstellung einer Displayscheibe 81 mit den Indium-Zinn-Oxidschichten 601 zueinander weisend mit geringem Abstand aufeinandergesetzt. Um einen Abstand zwischen den Substraten sicherzustellen, kann zwischen den Substraten 53, 54 beispielsweise eine Abstandsschicht 604 vorhanden sein. Wird mit einem Eingabestift Druck auf die Sichtfläche ausgeübt, werden die Substrate 53, 54 aufeinandergedrückt, so daß die beiden leitfähigen ITO- Schichten lokal unterhalb des Eingabestiftes in Kontakt kommen. Das Auslesen der mit dem Stift vorgenommenen Eingabe erfolgt durch Auswertung des dadurch verursachten lokalen Kurzschlusses.
Um die Eingabeseite der Displayscheibe 81 zu schützen, ist außerdem auf dieser Seite noch eine Antikratzbeschichtung 603, vorzugsweise mittels PICVD aufgebracht. Die Antikratzschicht 603 und/oder die Haftvermittlerschicht 600 können auch vorteilhaft als Lagen mit senkrecht zur Schicht graduell variierender Zusammensetzung, also als Gradientenschichten abgeschieden werden, um die Haftung der Schichten untereinander zu verbessern. Dies ist bei der PICVD-Beschichtung in einfacher Weise zum Beispiel durch kontinuierliche Änderung der Zusammensetzung des Prozessgases erreichbar. Auch kann vor dem Abscheiden der Antikratzschicht 603 eine zusätzliche Haftvermittlerschicht auf der Antireflexschicht 602 abgeschieden werden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können auch die Merkmale der einzelnen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten, welche eine Vakuumkammer, eine Einrichtung zur Halterung wenigstens eines Substrats, zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur plasmaimpuls- induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur
Sputterbeschichtung, sowie eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats in die Beschichtungsbereiche umfasst.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Transporteinrichtung zum gleichzeitigen Transport mehrerer Substrate.
3. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur
Sputterbeschichtung eine Einrichtung zum reaktiven Sputtern umfasst.
4. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Stickstoff- oder sauerstoffhaltigen Plasmas.
5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung die Einrichtung zur Erzeugung eines Stickstoff- oder sauerstoffhaltigen Plasmas umfasst.
6. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung eine oder mehrere Einrichtungen zur Rotation des Substrats umfasst.
7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung eine Einrichtung zur
Rotation des Substrats um mehrere Achsen umfasst.
8. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung eine Einrichtung zur Linearbewegung des Substrats umfasst .
9. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung ein Transportband umfasst.
10. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Einrichtungen zur Bewegung von Substraten umfasst.
11. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung einen Substrathalter umfasst, welcher zwischen gegenüberliegenden Einrichtungen zur plasmaimpuls- induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zur Sputterbeschichtung angeordnet ist.
12. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Absperrvorrichtung zur Absperrung des Sputtertargets .
13. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) .
14. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Einrichtungen zur Sputterbeschichtung.
15. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch entlang der Umfangsrichtung eines kreisförmigen Abschnitts der Transportbahn der Transporteinrichtung angeordnete Beschichtungsbereiche.
16. Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen
Dampfphasenabscheidung (PICVD) oder die Einrichtungen zur Sputterbeschichtung entlang zumindest eines linearen Abschnitts der Transportbahn der Transporteinrichtung angeordnet sind.
17. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pumpeinrichtung mit mehreren Anschlüssen an die Vakuumkammer.
18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Beschichtungsbereich ein Anschluss zugeordnet ist.
19. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aufdampfen einer Beschichtung.
20. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Elektronzyklotronresonanz-Sputtern.
21. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung.
22. Verfahren zur Vakuumbeschichtung von Substraten, bei welchem in einer Vakuumkammer zumindest ein Substrat gehaltert, in zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer auf dem Substrat wenigstens eine Lage einer Beschichtung mittels plasmaimpuls-induzierter chemischer
Dampfphasenabscheidung (PICVD) und in zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer wenigstens eine Lage der Beschichtung durch Sputtern abgeschieden und das Substrat mittels einer Transporteinrichtung in die Beschichtungsbereiche transportiert wird.
23. Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mittels der Transporteinrichtung sequentiell in den Beschichtungsbereichen angeordnet und in den Beschichtungsbereichen jeweils zumindest eine Lage der Beschichtung abgeschieden wird.
24. Verfahren gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Substrate auf der Transporteinrichtung angeordnet und nacheinander oder gleichzeitig beschichtet werden.
25. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mittels reaktivem Sputtern beschichtet wird.
26. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine abgeschiedene Lage der Beschichtung in der Vakuumkammer mittels eines Sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas nitriert oder oxidiert wird.
27. Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer eine Lage einer Beschichtung auf das Substrat aufgesputtert, das Substrat mit der
Transporteinrichtung in einem zweiten
Beschichtungsbereich angeordnet und dort mittels eines
Sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas oxidiert oder nitriert wird.
28. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit der Transporteinrichtung rotiert wird.
29. Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat um mehrere Achsen rotiert wird.
30. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat während der Beschichtung bewegt wird.
31. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung mehrerer Substrate unabhängig voneinander angesteuert wird.
32. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit der Transporteinrichtung entlang eines kreisförmigen oder linearen Abschnitts der Transportbahn zu den Beschichtungsbereichen befördert wird.
33. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einem Transportband bewegt wird.
34. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sputtertarget mit einer Absperrvorrichtung während einer plasmaimpuls- induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung oder während einer Reinigungsprozedur zur Entfernung von Wasser oder einer Oxidschicht auf dem Substrat abgesperrt wird.
35. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen der
Beschichtung auf dem Substrat mittels mehrerer Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) abgeschieden werden.
36. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen der Beschichtung auf dem Substrat mittels mehrerer Einrichtungen zur Sputterbeschichtung abgeschieden werden.
37. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrlagige Beschichtung mit Lagen unterschiedlicher Zusammensetzung abgeschieden wird.
38. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrlagige Wechselschicht mit abwechselnder Zusammensetzung abgeschieden wird.
39. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haftvermittlerschicht abgeschieden wird.
40. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gradientenschicht abgeschieden wird.
41. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine metallische Schicht aufgesputtert wird.
42. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine magnetisierbare Schicht aufgesputtert wird.
43. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Indium- Zinn-Oxidschicht abgeschieden wird.
44. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lage der Schicht mittels Elektronzyklotronresonanz-Sputtern abgeschieden wird.
45. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substrate parallel oder sequentiell mit zumindest einer Lage der Beschichtung beschichtet werden.
46. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile der Vakuumkammer oder das Substrat beheizt werden.
47. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche mittels eines Plasmas aktiviert oder gereinigt wird.
48. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aufgesputtert wird, die Zirkon, Niob oder Tantal enthält.
49. Displayscheibe, insbesondere für einen PDA oder Touchscreen, gekennzeichnet durch zumindest ein mittels einer Vorrichtung oder eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche beschichtetes Substrat.
50. Displayscheibe gemäß Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Beschichtung mit
-einer Haftvermittlerschicht,
-einer Indium-Zinn-Oxidschicht,
-einer mehrlagige Antireflexschicht, -einer Antikratzschicht aufweist.
51. Lampenreflektor, beschichtet mittels einer Vorrichtung oder einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
52. Optischer Interferenzfilter, gekennzeichnet durch eine mehrlagige Interferenzschicht hergestellt mittels einer Vorrichtung oder eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
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