WO2023179997A1 - Shuttersystem zum spaltfreien abschirmen einer beschichtungsquelle und zugehöriges verfahren - Google Patents

Shuttersystem zum spaltfreien abschirmen einer beschichtungsquelle und zugehöriges verfahren Download PDF

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WO2023179997A1
WO2023179997A1 PCT/EP2023/054345 EP2023054345W WO2023179997A1 WO 2023179997 A1 WO2023179997 A1 WO 2023179997A1 EP 2023054345 W EP2023054345 W EP 2023054345W WO 2023179997 A1 WO2023179997 A1 WO 2023179997A1
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shutter
coating source
coating
source
relative movement
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Sven Haeberlein
Marcus SCHUELER
Peggy Kluge
Gregor Hesse
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Fhr Anlagenbau Gmbh
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
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    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
    • H01J37/3411—Constructional aspects of the reactor
    • H01J37/3447—Collimators, shutters, apertures

Definitions

  • the invention relates to a shutter system consisting of a shutter for shielding a coating source in a vacuum system, the shutter being designed to be slidable in front of the coating source.
  • the invention also relates to a method which is carried out using the shutter system according to the invention.
  • Sputtering is a coating technique from the group of PVD processes (physical vapor deposition).
  • Sputtering also known as cathode sputtering, is a physical process in which atoms are released from a solid, the so-called target, by bombarding them with high-energy (noble gas) ions and pass into the gas phase.
  • high-energy (noble gas) ions ions are used.
  • different sputtering technologies are used.
  • sputtering is used to atomize a material, which is then deposited on a substrate and forms a solid layer.
  • shutter systems are used to control the flow of material onto the substrates to be coated and to protect the target from foreign coating.
  • Sputtering takes place in a coating system Vacuum conditions take place.
  • a voltage is applied between two electrodes and a working gas is admitted into the gas space.
  • a plasma forms in the gas space.
  • the target usually forms the negative electrode and a process chamber or the substrate to be coated usually forms the positively charged electrode.
  • an additional magnetic field is arranged behind the cathode plate.
  • argon inert working gas
  • the gases react with the sputtered layer atoms on the target in the vacuum chamber or on the substrate and form new materials.
  • ion beam sputtering a beam of noble gas ions (argon, krypton, xenon) is directed from an ion source onto the target - atomization occurs due to the impinging ion beam.
  • the coating system is switched on, i.e. H . the voltage is applied to the electrodes and the plasma is ignited and the desired operating power is set and retracted for a stable process. Only then is the shutter opened to begin coating the substrates.
  • the coating source is previously shielded by a shutter. To ensure ignition of the plasma, there must be a gap of a few millimeters between the coating source and the shutter.
  • a sheet of metal is swiveled from the side in front of the coating source as a shutter, so that no material from the coating source inadvertently gets onto the substrates to be coated. An undesirable flow of material, so-called cross-contamination, onto the substrates and the environment from the coating source is most effectively prevented if the distance between the sheet and the coating source is as small as possible and the coating source is optimally shielded from the substrates.
  • the shutter plates used have been pushed or pivoted in front of the coating source at a distance of approximately 1 to 4 mm.
  • this distance cannot ensure complete, closed shielding of the coating source.
  • the distance is necessary for sputtering in a coating source. Smaller ones, i.e. H . Smaller distances cannot be implemented in practice, as these usually lead to friction between the shutter plate and the coating source. These friction effects cause many undesirable particles, which can lead to additional contamination of the coated substrates. This usually leads to massive losses in the quality of the layer, such as: B. to a separation of the layers from the substrate up to scrap production.
  • a shutter mechanism in which a shutter is connected to an actuator via a coupling system in such a way that the shutter can be moved in a composite movement from an open position to a closed position via a coating source .
  • the actuator only carries out a linear movement along a translation axis, with a groove curve converting a linear movement of the shutter into a tilting movement and again into a final linear movement until the shutter encloses the sputtering source.
  • the shutter first carries out a linear movement along the translation axis of the actuator, then a rotary movement, e.g. B. by 90°, to the translation axis of the actuator and finally a linear movement again along the translation axis of the actuator.
  • the aim is to achieve a compact arrangement.
  • the arrangement should be low-maintenance and require little effort for repair work.
  • the shutter system should be able to be positioned exactly in any required and desired position.
  • the task is solved by a shutter system according to independent arrangement claim 1.
  • the shutter system consists of a shutter for shielding a coating source in a vacuum system, the shutter being designed to be slidable in front of the coating source.
  • the shutter is by means of a rotary and/or pivoting and/or folding or. Tilting movement over the Coating source can be positioned and the shutter is designed to provide an additional relative movement to the coating source and / or the coating source is designed to provide an additional relative movement to the shutter, the shutter covering the coating source in a sealing and gap-free manner.
  • a sealing and gap-free covering means the complete shielding of the coating source from the rest of the process chamber, so that both any cross-contamination on the coating source and unwanted coatings on the substrate to be coated are prevented.
  • the shutter of the shutter system is not only pivoted or rotated or folded or tilted over the coating source according to a first degree of freedom, but the shutter or the coating source are moved in a sealing manner relative to one another according to a second degree of freedom by a relative movement between the shutter and the coating source.
  • the shutter carries out a lifting movement in the direction of the coating source or the coating source carries out a lifting movement in the direction of the shutter, so that the shutter and the coating source are positioned on one another in a sealing manner, i.e. completely closed. Particles are not created due to friction between the shutter plate and the coating source, as is the case when the shutter is simply swiveled over the coating source.
  • the shutter is closed, there is no longer a gap, which prevents contamination of the target material by operating other sources in the same arrangement.
  • the shutter can be operated, for example, by a rotational movement around an axis or by a pivoting movement to the side Driving in to the coating source must be positioned above the coating source. Only then does the relative movement or Stroke movement between shutter and coating source. Both movements can be carried out independently of one another, so that the shutter can be positioned in any required and desired position.
  • the gas plasma is not deflected by the movements of the shutter.
  • the proposed solution allows a much more compact arrangement of different coating sources to take place in a parallel and/or co-coating arrangement (e.g. sputtering arrangement), since cross-contamination of the coating sources is prevented. A large overhang of the shutter plates is no longer necessary.
  • the relative movement between the shutter and the coating source is formed by means of bellows or ring seals and/or sliding feedthroughs. This reduces mechanical wear within the vacuum chamber to a minimum. Contamination due to abrasion or mechanical friction does not occur.
  • the relative movement between the shutter and the coating source occurs by means of a lifting movement, which occurs either through the shutter or through the coating source.
  • a lifting movement which occurs either through the shutter or through the coating source.
  • Implementing the relative movement through the shutter system is usually the simpler method because of its mechanical feasibility.
  • the execution of the relative movement by the coating source comes into play when a diaphragm is shared by several coating sources (e.g. pinhole diaphragms).
  • a distance between the coating source and the shutter is designed to be adjustable. This has the advantage that at the start of the process to ignite the plasma during the sputtering process, the necessary gap between the coating source and the shutter can be set and in the actual coating process, especially with multiple coating sources, the respective coating source can be optimally shielded in a sealing manner. This is made possible by the separately controllable and independently executable movements of the shutter system.
  • the shielding is optimized even further if, in a further embodiment of the shutter system according to the invention, the shutter has a cranked edge. Due to the cranked edge, the shutter acts like a kind of hood over the coating source, so that cross-contamination can be completely prevented.
  • the shutter and the coating source have a round or oval or rectangular or polygonal shape.
  • the shutter can be adapted to the shape of the coating source to be covered in order to seal it optimally. Due to the independently executable movement sequences (rotating and/or pivoting and/or folding or tilting movement as well as the additional relative movement) of the shutter, the shutter system according to the invention can also be adapted to any coating source in the simplest manner.
  • the coating source is a sputtering target.
  • Shutter system is the coating source Electron beam evaporator.
  • the coating source is a boat and/or reversible evaporator.
  • the coating source is an effusion cell.
  • An effusion cell is a device for vaporizing the coating source materials in molecular beam epitaxy. in the production of thin layers in ultra-high and high vacuum. It consists of a crucible (usually, but not exclusively, made of pyrolytic boron nitride (PBN)) in which the coating source material is stored in solid form. The crucible is actively heated until the material evaporates, which then precipitates onto the substrate.
  • PBN pyrolytic boron nitride
  • the shutter system according to the invention can therefore be used for any coating source with a directed particle stream.
  • An effective prevention of cross-contamination of the coating source and contamination of a substrate to be coated is therefore possible in a simple and compact manner.
  • the object is also achieved by a method according to the invention according to independent method claim 10.
  • the method comprises the following steps, the method being carried out with the shutter system according to the invention in accordance with the arrangement claims:
  • the shutter When the coating source is switched off, the shutter seals the coating source. Before switching on the coating source, there is a relative movement of the shutter and the coating source A distance of 1 to 4 mm is set between the shutter and the coating source. As soon as stable process parameters have been established, the shutter is activated by rotating and/or swiveling and/or folding or Tilting movement opened. The shutter remains open during the substrate coating and only after completion of the substrate coating is the shutter swiveled or pushed or folded/tilted over the coating source and the coating source closed again in a sealing and gap-free manner by means of a relative movement between the coating source and the shutter.
  • the control of the shutter system according to the invention allows the shutter to be held in any required and desired position.
  • Fig. 1 Shutter system according to the invention with a coating source (a sputtering target) in a cross-sectional view; the shutter is in different positions above the coating source;
  • a coating source a sputtering target
  • Fig. 2 Shutter system according to the invention with a cranked edge in a coating system a) with the gap-free shutter closed, b) with the shutter open.
  • Figure 1 shows an embodiment of the shutter system according to the invention in an arrangement with a coating source 1 in different positions of the shutter 2 during a coating process.
  • the coating source 1 When the coating source 1 is switched off, it closes Shutter 2 sealing the coating source 1.
  • the coating source 1 Before switching on the coating source 1, in particular when igniting the plasma during sputtering, a relative movement 4 of the shutter 2 and the coating source
  • a distance 7 of 1 to 4 mm is set between the shutter 2 and the coating source 1.
  • the shutter 2 is rotated and/or swiveled and/or folded or Tilting movement 5 completely opened.
  • the advantage of the shutter system according to the invention is that the shutter completely seals off the coating sources 1. There are no cross-contaminations or unwanted parasitic coatings on the substrate.
  • the control of the shutter system is located outside the vacuum chamber, so that abrasion caused by mechanical components inside the vacuum chamber is reduced to a minimum.
  • FIG. 1 shows the shutter system according to the invention in one
  • Trial Chamber 9 the shutter 2 is above the Coating source 1 positioned sealingly and without gaps. No coating material of the sputtering target 10 can get into the process chamber 9 or onto the substrate 8.
  • the cranked edge 3 of the shutter 2 enables a gap-free arrangement that is completely closed off from the process chamber to be achieved.
  • Figure 2b shows the same arrangement as in Figure 2a, only that the shutter has been turned or pivoted to the side or folded/tilted so that the substrate 8 can now be coated.
  • either the shutter 2 or the coating source 1 carries out a linear stroke movement 4, i.e. H . either the shutter 2 moves away from the coating source 1 or the coating source 1 moves away from the shutter 2 and is then folded/tilted to the side, rotated or pivoted 5.

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Abstract

Die Erfindung offenbart eine ein Shuttersystem bestehend aus einem Shutter zum Abschirmen einer Beschichtungsquelle in einer Vakuumanlage, wobei der Shutter vor die Beschichtungsquelle schiebbar ausgebildet ist, sowie ein Verfahren, welches mittels des erfindungsgemäßen Shuttersystems durchgeführt wird. Die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung für ein Shuttersystem anzugeben, mittels dem die Beschichtungsquelle optimal abgeschirmt werden kann, um sowohl Querkontaminationen als auch unerwünschte Beschichtungen auf einem zu beschichtenden Substrat vollständig zu unterbinden, wird durch ein Shuttersystem gelöst, bei dem der Shutter mittels einer Dreh- und / oder Schwenk- und / oder Klapp-/Kippbewegung über der Beschichtungsquelle positionierbar ist und der Shutter ist ausgebildet eine zusätzliche Relativbewegung zur Beschichtungsquelle auszuführen und / oder die Beschichtungsquelle ist ausgebildet eine zusätzliche Relativbewegung zum Shutter auszuführen, wobei der Shutter die Beschichtungsquelle abdichtend und spaltfrei bedeckt.

Description

Shuttersystem zum spaltfreien Abschirmen einer Beschichtungsquelle und zugehöriges Verfahren
Die Erfindung betri f ft ein Shuttersystem bestehend aus einem Shutter zum Abschirmen einer Beschichtungsquelle in einer Vakuumanlage , wobei der Shutter vor die Beschichtungsquelle schiebbar ausgebildet ist .
Die Erfindung betri f ft ebenfalls ein Verfahren, welches mittels des erfindungsgemäßen Shuttersystems durchgeführt wird .
Das Sputtern ist eine Beschichtungstechnik aus der Gruppe der PVD-Verf ahren (physical vapour deposition) . Unter Sputtern, auch Kathodenzerstäubung genannt , versteht man einen physikalischen Vorgang, bei dem Atome aus einem Festkörper, dem sogenannten Target , durch Beschuss energiereicher (Edelgas- ) Ionen herausgelöst werden und in die Gasphase übergehen . Abhängig von den eingesetzten Materialien sowie den vorgesehenen Schichteigenschaften und Abscheideraten kommen verschiedene Sputtertechnologien zum Einsatz .
Im Bereich der Beschichtungstechnik dient das Sputtern demnach dem Zerstäuben eines Materials , welches sich anschließend auf einem Substrat niederschlägt und eine feste Schicht bildet . Um eine definierte Schichtdicke beim Beschichten, insbesondere beim Sputtern, von verschiedenen Materialien auf ein Substrat zu erzielen, werden Shuttersysteme verwendet , um den Material fluss auf die zu beschichtenden Substrate zu steuern und das Target vor Fremdbeschichtung zu schützen .
Das Sputtern findet in einer Beschichtungsanlage unter Vakuumbedingungen statt . In Abhängigkeit von der eingesetzten Sputtervariante ( DC-Sputtern, HF-Sputtern, Magnetronsputtern, lonenstrahlsputtern, Reaktives Sputtern, u . a . ) wird zwischen zwei Elektroden eine Spannung angelegt und ein Arbeitsgas in den Gasraum eingelassen . Durch Stoßionisation der Atome des eingesetzten Arbeitsgases , z . B . Argon, bildet sich im Gasraum ein Plasma aus . Das Target bildet zumeist die negative Elektrode und eine Prozesskammer oder das zu beschichtende Substrat bildet zumeist die positiv geladene Elektrode . Beim Magnetronsputtern ist hinter der Kathodenplatte ein zusätzliches Magnetfeld angeordnet . Beim reaktiven Sputtern werden dem inerten Arbeitsgas (Argon) ein oder mehrere reaktive Gase zugesetzt . Die Gase reagieren am Target in der Vakuumkammer oder am Substrat mit den zerstäubten Schichtatomen und bilden neue Materialien . Beim lonenstrahlsputtern wird aus einer lonenquelle ein Strahl von Edelgas- Ionen (Argon, Krypton, Xenon) auf das Target geleitet - es kommt zur Zerstäubung durch den auf tref f enden lonenstrahl .
Für einen stabilen Sputterprozess wird die Beschichtungsanlage eingeschaltet , d . h . die Spannung an die Elektroden angelegt und das Plasma gezündet und die gewünschte Betriebsleistung für einen stabilen Prozess eingestellt und eingefahren . Erst im Anschluss wird der Shutter geöf fnet , um die Beschichtung der Substrate zu beginnen . Zuvor wird die Beschichtungsquelle durch einen Shutter abgeschirmt . Um das Zünden des Plasmas zu gewährleisten, muss ein Spalt von wenigen Millimetern zwischen Beschichtungsquelle und Shutter bestehen . Üblicherweise wird als Shutter ein Blech vor die Beschichtungsquelle von der Seite geschwenkt , so dass kein Material von der Beschichtungsquelle ungewollt auf die zu beschichtenden Substrate gelangt . Ein unerwünschter Material fluss , sogenannte Querkotaminationen, auf die Substrate und die Umgebung von der Beschichtungsquelle wird am ef fektivsten verhindert , wenn der Abstand des Bleches zur Beschichtungsquelle möglichst gering ist und so die Beschichtungsquelle von den Substraten optimal abgeschirmt wird .
Insbesondere bei Anordnungen von mehreren Beschichtungsquellen innerhalb einer Beschichtungs- bzw . Prozesskammer kann es zu einer gegenseitigen Beschichtung der Beschichtungsquellen ( Targets ) durch Querkontamination kommen, wenn die Beschichtungsquellen nicht komplett abgeschlossen werden können . Dadurch ist es oftmals notwendig, die kontaminierten Targets vor dem eigentlichen Beschichtungsvorgang der Substrate durch Sputtern wieder abzutragen, auch Freisputtern genannt , um die Qualität der Beschichtungsmaterialien zu erhalten und zu gewährleisten . Dadurch sind sowohl die Beschichtungsqualität und die Materialausnutzung als auch die Produktivität der Beschichtungsanordnung verringert .
Bisher werden die eingesetzten Shutterbleche in einem Abstand von etwa 1 bis 4 mm vor die Beschichtungsquelle geschoben oder geschwenkt . Dieser Abstand kann eine komplette geschlossene Abschirmung der Beschichtungsquelle j edoch nicht gewährleisten . Der Abstand ist aber für das Einsputtern einer Beschichtungsquelle notwendig . Kleinere , d . h . geringere Abstände können in der praktischen Aus führung nicht realisiert werden, da diese üblicherweise zu Reibung zwischen Shutterblech und Beschichtungsquelle führen . Diese Reibef fekte verursachen viele unerwünschte Partikel , welche zu einer zusätzlichen Kontamination der beschichteten Substrate führen können . Diese führt zumeist zu massiven Qualitätsverlusten der Schicht , wie z . B . zu einer Ablösung der Schichten vom Substrat bis hin zur Ausschussproduktion .
Aus der WO 2021 / 091890 Al ist ein Shutter-Mechanismus bekannt , bei dem ein Shutter über ein Kopplungssystem mit einem Aktor derart verbunden ist , dass der Shutter in einer zusammengesetzten Bewegung aus einer geöf fneten Position in eine geschlossene Position über eine Beschichtungsquelle bewegt werden kann . Dabei führt der Aktor lediglich eine lineare Bewegung entlang einer Translationsachse aus , wobei über eine Nutkurve eine lineare Bewegung des Shutters in eine Kippbewegung und wieder in eine abschließende lineare Bewegung umgewandelt wird bis der Shutter die Sputterquelle umschließt . Der Shutter führt zunächst eine lineare Bewegung entlang der Translationsachse des Aktors aus , anschließend eine Drehbewegung, z . B . um 90 ° , zur Translationsachse des Aktors sowie final eine lineare Bewegung wieder entlang der Translationsachse des Aktors aus . Nachteilig ist , dass diese Bewegungen nicht getrennt und unabhängig voneinander gesteuert werden können, da diese zum einen durch die Nutkurve vorgeben sind und zum anderen eine Feinj ustage des Shutters mittels des Aktors nur sehr begrenzt möglich ist . Insbesondere bei der Verwendung eines pneumatischen Aktors ist das Verharren des Shutters in einer Zwischenposition, z . B . für Ein- bzw . Vorsputterprozesse , also wenige Millimeter über der Sputterquelle , gemäß der in der WO 2021 / 091890 Al beschrieben Lösung ohne zusätzliche technische Vorrichtungen nicht möglich und nur ungenau reproduzierbar .
Durch den Umstand, dass bei der in der WO 2021 / 091890 Al beschriebenen Lösung die Drehachse des Shutters nicht parallel zur Längsachse der Beschichtungsquelle liegt , kann es außerdem während des Auf- und Zuschwenkens des Shutters zu einer nachteiligen Krümmung des Gasplasmas kommen, da sich der Winkel zwischen Target- und Shutteroberf lache verändert . Hieraus kann zusätzlich eine unerwünschte Beschichtung der Kammerinnenseite oder der Beschichtungsquelle selbst resultieren .
Ebenfalls nachteilig ist , dass der Aktor in der WO 2021 / 091890 Al mit der Nutkurve innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist . Durch die mechanische Beanspruchung des Kopplungssystems und der damit verbundenen Reibung in der Nutkurve kann es zu einem Abrieb kommen, der in einem Beschichtungssystem mit hohen Reinheitsanforderungen unerwünscht ist . Auch ist die Wartung und / oder Reparatur der Shutter-Ansteuerung damit wesentlich aufwendiger, da diese nur bei Belüftung der Vakuumkammer erfolgen kann .
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung für ein Shuttersystem anzugeben, mittels dem die Beschichtungsquelle optimal abgeschirmt werden kann, um sowohl Querkontaminationen als auch unerwünschte Beschichtungen auf einem zu beschichtenden Substrat vollständig zu unterbinden . Dabei soll eine kompakte Anordnung angestrebt werden . Die Anordnung soll wartungsarm sein und wenig Aufwand bei Reparaturmaßnahmen erforderlich machen . Das Shuttersystem soll exakt in j eder erforderlichen und gewünschten Position positionierbar sein .
Die Aufgabe wird durch ein Shuttersystem gemäß dem unabhängigen Anordnungsanspruch 1 gelöst . Das Shuttersystem besteht aus einem Shutter zum Abschirmen einer Beschichtungsquelle in einer Vakuumanlage , wobei der Shutter vor die Beschichtungsquelle schiebbar ausgebildet ist . Erfindungsgemäß ist der Shutter mittels einer Dreh- und / oder Schwenk- und / oder Klapp- bzw . Kippbewegung über der Beschichtungsquelle positionierbar und der Shutter ist ausgebildet eine zusätzliche Relativbewegung zur Beschichtungsquelle aus zuführen und / oder die Beschichtungsquelle ist ausgebildet eine zusätzliche Relativbewegung zum Shutter aus zuführen, wobei der Shutter die Beschichtungsquelle abdichtend und spaltfrei bedeckt .
Unter einer abdichtenden und spaltfreien Bedeckung wird die vollständige Abschirmung der Beschichtungsquelle vom Rest der Prozesskammer verstanden, so dass sowohl j egliche Querkontaminationen auf die Beschichtungsquelle als auch unerwünschte Beschichtungen auf das zu beschichtende Substrat unterbunden werden .
Vorteilhaft ist , dass der Shutter des Shuttersystems nicht nur über die Beschichtungsquelle gemäß einem ersten Freiheitsgrad geschwenkt oder gedreht oder geklappt oder gekippt wird, sondern der Shutter oder die Beschichtungsquelle gemäß einem zweiten Freiheitsgrad durch eine Relativbewegung zwischen Shutter und Beschichtungsquelle abdichtend zueinander bewegt werden . Entweder der Shutter führt eine Hubbewegung in Richtung Beschichtungsquelle aus oder die Beschichtungsquelle führt eine Hubbewegung in Richtung Shutter aus , so dass der Shutter und die Beschichtungsquelle abdichtend, also vollständig geschlossen, aufeinander positioniert sind . Das Entstehen von Partikeln durch Reibung zwischen Shutterblech und Beschichtungsquelle , wie beim reinen Schwenken des Shutters über die Beschichtungsquelle entstehen dabei nicht . Bei geschlossenem Shutter existiert kein Spalt mehr, wodurch eine Kontamination des Targetmaterials durch den Betrieb anderer Quellen in der gleichen Anordnung verhindert wird .
Der Shutter kann beispielsweise durch eine Drehbewegung um eine Achse oder durch eine Schwenkbewegung durch seitliches Hereinfahren zur Beschichtungsquelle über der Beschichtungsquelle positioniert werden . Erst danach erfolgt die Relativbewegung bzw . Hubbewegung zwischen Shutter und Beschichtungsquelle . Beide Bewegungen sind unabhängig voneinander aus führbar, so dass der Shutter in j eder erforderlichen und gewünschten Position positionierbar ist . Eine Ablenkung des Gasplasmas durch die Bewegungen des Shutters erfolgt nicht .
Durch die vorgeschlagene Lösung kann eine wesentlich kompaktere Anordnung verschiedener Beschichtungsquellen in einer Parallel- und/oder Co-Beschichtungsanordnung ( z . B . Sputteranordnung) stattfinden, da eine Querkontamination der Beschichtungsquellen verhindert wird . Ein großer Überstand der Shutterbleche ist nicht mehr notwendig .
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Shuttersystems ist die Relativbewegung zwischen Shutter und Beschichtungsquelle mittels Bälgen oder Ringdichtungen und / oder Schiebedurchführungen ausgebildet . Damit wird die mechanische Abnutzung innerhalb der Vakuumkammer auf ein Minimum reduziert . Kontaminationen durch Abrieb oder mechanische Reibung treten nicht auf .
Die Relativbewegung zwischen Shutter und Beschichtungsquelle erfolgt mittels einer Hubbewegung, die entweder durch den Shutter oder durch die Beschichtungsquelle erfolgt . Die Aus führung der Relativbewegung durch das Shuttersystem ist wegen der mechanischen Umsetzbarkeit üblicherweise die einfachere Methode . Die Aus führung der Relativbewegung durch die Beschichtungsquelle kommt bei geteilter Nutzung einer Blende durch mehrere Beschichtungsquellen ( z . B . Lochblenden) zum Tragen .
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Shuttersystems ist ein Abstand zwischen Beschichtungsquelle und Shutter einstellbar ausgebildet . Das hat den Vorteil , dass bei Prozessbeginn zum Zünden des Plasmas beim Sputtervorgang der notwendige Spalt zwischen Beschichtungsquelle und Shutter eingestellt werden kann und im eigentlichen Beschichtungsprozess , vor allem mit mehreren Beschichtungsquellen, die j eweilige Beschichtungsquelle optimal abdichtend abgeschirmt werden kann . Dies wird durch die getrennt steuerbaren und unabhängig voneinander aus führbaren Bewegungen des Shuttersystems möglich .
Die Abschirmung wird noch weiter optimiert , wenn in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Shuttersystems der Shutter einen gekröpften Rand aufweist . Durch den gekröpften Rand wirkt der Shutter wie eine Art Haube über der Beschichtungsquelle , so dass Querkontaminationen vollständig unterbunden werden können .
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Shuttersystems weisen der Shutter und die Beschichtungsquelle eine runde oder ovale oder rechteckige oder vieleckige Form auf . Damit kann der Shutter an die Form der abzudeckenden Beschichtungsquelle angepasst werden, um diese optimal abzudichten . Durch die unabhängig voneinander aus führbaren Bewegungsabläufe ( Dreh- und / oder Schwenk- und / oder Klapp- bzw . Kippbewegung sowie die zusätzliche Relativbewegung) des Shutters kann das erfindungsgemäße Shuttersystem ebenfalls an j edwede Beschichtungsquelle in einfachster Weise angepasst werden .
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Shuttersystems ist die Beschichtungsquelle ein Sputtertarget .
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Shuttersystems ist die Beschichtungsquelle ein Elektronenstrahlverdampfer .
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Shuttersystems ist die Beschichtungsquelle ein Schi f fchen- und / oder Wendeiverdampfer .
In einer weiteren anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Shuttersystems ist die Beschichtungsquelle eine Ef fusions zelle . Eine Effusionszelle ist ein Gerät zum Verdampfen der Beschichtungsquellenmaterialien in der Molekularstrahlepitaxie bzw . bei der Herstellung dünner Schichten im Ultrahoch- und Hochvakuum . Sie besteht aus einem Tiegel (meist , aber nicht ausschließlich aus pyrolytischem Bornitrid ( PBN) ) , in dem das Beschichtungsquellenmaterial in fester Form eingelagert ist . Der Tiegel wird aktiv bis zum Verdampfen des Materials , welches sich anschließend auf das Substrat niederschlägt , gehei zt .
Damit kann das erfindungsgemäße Shuttersystem für j edwede Beschichtungsquelle mit einem gerichteten Teilchenstrom eingesetzt werden . Eine ef fektive Unterbindung von Querkontaminationen der Beschichtungsquelle und Verunreinigung eines zu beschichtenden Substrats ist damit einfach und kompakt möglich .
Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch 10 gelöst . Das Verfahren umfasst folgende Schritte , wobei das Verfahren mit dem erfindungsgemäßen Shuttersystem gemäß den Anordnungsansprüchen ausgeführt wird :
Bei ausgeschalteter Beschichtungsquelle verschließt der Shutter die Beschichtungsquelle abdichtend . Vor dem Anschalten der Beschichtungsquelle wird durch eine Relativbewegung des Shutters und der Beschichtungsquelle zueinander ein Abstand von 1 bis 4 mm zwischen dem Shutter und der Beschichtungsquelle eingestellt . Sobald sich stabile Prozessparameter eingestellt haben, wird der Shutter durch eine Dreh- und / oder Schwenk- und / oder Klapp- bzw . Kippbewegung geöf fnet . Der Shutter bleibt während der Substratbeschichtung geöf fnet und erst nach Beendigung der Substratbeschichtung wird der Shutter über die Beschichtungsquelle geschwenkt oder geschoben oder geklappt/gekippt und die Beschichtungsquelle mittels einer Relativbewegung zwischen Beschichtungsquelle und Shutter wieder abdichtend und spaltfrei verschlossen . Die Ansteuerung des erfindungsgemäßen Shuttersystems erlaubt es , den Shutter in j eder erforderlichen und gewünschten Position zu halten .
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert werden . Die zugehörigen Zeichnungen zeigen
Fig . 1 Erfindungsgemäßes Shuttersystem mit einer Beschichtungsquelle ( ein Sputtertarget ) in einer Querschnittsdarstellung; der Shutter befindet sich in verschiedenen Positionen über der Beschichtungsquelle ;
Fig . 2 Erfindungsgemäßes Shuttersystem mit gekröpftem Rand in einer Beschichtungsanlage a ) bei geschlossenem, spaltfreiem Shutter, b ) bei geöf fnetem Shutter .
Figur 1 zeigt eine Aus führungs form des erfindungsgemäßen Shuttersystems in einer Anordnung mit einer Beschichtungsquelle 1 in verschiedenen Positionen des Shutters 2 während eines Beschichtungsprozesses . Bei ausgeschalteter Beschichtungsquelle 1 verschließt der Shutter 2 die Beschichtungsquelle 1 abdichtend . Vor dem Anschalten der Beschichtungsquelle 1 , insbesondere beim Zünden des Plasmas beim Sputtern, wird durch eine Relativbewegung 4 des Shutters 2 und der Beschichtungsquelle
1 zueinander ein Abstand 7 von 1 bis 4 mm zwischen dem Shutter 2 und der Beschichtungsquelle 1 eingestellt . Sobald sich stabile Prozessparameter eingestellt haben, wird der Shutter 2 durch eine Dreh- und / oder Schwenk- und / oder Klapp- bzw . Kippbewegung 5 vollständig geöf fnet . Der Shutter
2 bleibt während der Substratbeschichtung geöf fnet und erst nach Beendigung der Substratbeschichtung wird der Shutter 2 wieder über die Beschichtungsquelle 1 geschwenkt oder geschoben oder geklappt/gekippt 5 und die Beschichtungsquelle 1 mittels einer Relativbewegung 4 zwischen Beschichtungsquelle 1 und Shutter 2 wieder abdichtend und spaltfrei verschlossen . D . h . entweder bewegt sich der Shutter 2 über eine Linearhubbewegung 4 auf die Beschichtungsquelle 1 zu oder die Beschichtungsquelle 1 wird durch eine Hubbewegung 4 an den Shutter 2 herangefahren .
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Shuttersystems ist darin zu sehen, dass der Shutter die Beschichtungsquellen 1 vollständig abdichten . Es treten keine Querkontaminationen oder ungewollte parasitäre Beschichtungen auf dem Substrat auf . Die Steuerung des Shuttersystems befindet sich außerhalb der Vakuumkammer, so dass der Abrieb durch mechanische Komponenten innerhalb der Vakuumkammer auf ein Minimum reduziert ist .
Mit dem erfindungsgemäßen Shuttersystem können Bestandsanlagen einfach nachgerüstet werden, um die genannten Vorteile nutzen zu können .
Figur 2 zeigt das erfindungsgemäße Shuttersystem in einer
Prozesskammer 9 . In Figur 2a ist der Shutter 2 über der Beschichtungsquelle 1 abdichtend und spaltfrei positioniert . Kein Beschichtungsmaterial des Sputtertargets 10 kann in die Prozesskammer 9 oder auf das Substrat 8 gelangen . Durch den gekröpften Rand 3 des Shutters 2 ist eine spaltfreie , zur Prozesskammer vollständig abgeschlossene Anordnung realisierbar .
Figur 2b zeigt die gleiche Anordnung wie in Figur 2a nur das der Shutter zur Seite gedreht oder geschwenkt oder geklappt/gekippt wurde , so dass nun das Substrat 8 beschichtet werden kann . Für das Öf fnen des Shutters 2 führt entweder der Shutter 2 oder die Beschichtungsquelle 1 eine lineare Hubbewegung 4 aus , d . h . entweder der Shutter 2 bewegt sich von der Beschichtungsquelle 1 weg oder die Beschichtungsquelle 1 bewegt sich vom Shutter 2 weg und wird anschließend zur Seite geklappt/gekippt , gedreht oder geschwenkt 5 .
Bezugszeichenliste 1 Beschichtungsquelle
2 Shutter
3 Gekröpfter Rand
4 Relativbewegung zwischen Shutter und Beschichtungsquelle , Hubbewegung 5 Dreh- und/oder Schwenk und/oder Klapp-/Kippbewegung
6 Ringdichtung oder Schiebedurchführung oder Bälge
7 Abstand zwischen Shutter und Beschichtungsquelle
8 Substrat
9 Prozesskammer 10 Target

Claims

Patentansprüche Shuttersystem bestehend aus einem Shutter (2) zum Abschirmen einer Beschichtungsquelle (1) in einer Vakuumanlage, wobei der Shutter (2) vor die Beschichtungsquelle (1) schiebbar ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Shutter (2) mittels einer Dreh- und / oder Schwenk- und / oder Klapp-/Kippbewegung (5) über der Beschichtungsquelle (1) positionierbar ist und der Shutter (2) ausgebildet ist eine zusätzliche Relativbewegung (4) zur Beschichtungsquelle (1) auszuführen und / oder die Beschichtungsquelle (1) ausgebildet ist eine zusätzliche Relativbewegung (4) zum Shutter (2) auszuführen, wobei der Shutter (2) die Beschichtungsquelle (1) abdichtend und spaltfrei bedeckt. Shuttersystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Relativbewegung (4) zwischen Shutter (2) und Beschichtungsquelle (1) mittels Bälgen oder Ringdichtungen und / oder Schiebedurchführungen (6) ausgebildet ist. Shuttersystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Abstand (7) zwischen Beschichtungsquelle (1) und Shutter (2) einstellbar ausgebildet ist. Shuttersystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Shutter (2) einen gekröpften Rand (3) aufweist. Shuttersystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Shutter (2) und die Beschichtungsquelle (1) eine runde oder ovale oder rechteckige oder vieleckige Form aufweisen. Shuttersystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtungsquelle (1) ein Sputtertarget (10) ist. Shuttersystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtungsquelle (1) ein Elektronenstrahlverdampfer ist. Shuttersystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtungsquelle (1) ein Schiffchen- und / oder Wendeiverdampfer ist. Shuttersystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Beschichtungsquelle (1) eine Effusionszelle ist. . Verfahren zum Abschirmen einer Beschichtungsquelle (1) mit einem Shuttersystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- bei ausgeschalteter Beschichtungsquelle (2) der Shutter (2) die Beschichtungsquelle (1) abdichtend verschließt,
- dass vor dem Anschalten der Beschichtungsquelle (1) durch eine Relativbewegung (4) des Shutters (2) und / oder der Beschichtungsquelle (1) zueinander ein Abstand (7) von 1 bis 4 mm zwischen dem Shutter (2) und der Beschichtungsquelle (1) eingestellt wird,
- dass sobald sich stabile Prozessparameter eingestellt haben, der Shutter (2) geöffnet wird,
- dass der Shutter (2) während der Substratbeschichtung (8) geöffnet bleibt,
- dass nach Beendigung der Substratbeschichtung (8) der Shutter (2) über die Beschichtungsquelle (1) geschwenkt oder geschoben oder geklappt oder gekippt (5) und die Beschichtungsquelle (1) mittels einer Relativbewegung (4) zwischen Beschichtungsquelle (1) und Shutter (2) wieder abdichtend und spaltfrei verschlossen wird.
PCT/EP2023/054345 2022-03-21 2023-02-22 Shuttersystem zum spaltfreien abschirmen einer beschichtungsquelle und zugehöriges verfahren WO2023179997A1 (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58210166A (ja) * 1982-06-02 1983-12-07 Hitachi Ltd スパツタ装置
US20090166195A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Canon Anelva Corporation Sputtering apparatus
US20130153413A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Intermolecular, Inc. Sputter gun shutter
CN106435498A (zh) * 2016-09-26 2017-02-22 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种磁控溅射靶挡板机构
WO2021091890A1 (en) 2019-11-08 2021-05-14 Kurt J. Lesker Company Compound motion vacuum environment deposition source shutter mechanism

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58210166A (ja) * 1982-06-02 1983-12-07 Hitachi Ltd スパツタ装置
US20090166195A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Canon Anelva Corporation Sputtering apparatus
US20130153413A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Intermolecular, Inc. Sputter gun shutter
CN106435498A (zh) * 2016-09-26 2017-02-22 中国电子科技集团公司第四十八研究所 一种磁控溅射靶挡板机构
WO2021091890A1 (en) 2019-11-08 2021-05-14 Kurt J. Lesker Company Compound motion vacuum environment deposition source shutter mechanism

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