DE102004008425B4

DE102004008425B4 - Gasführungsanordnung in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einer längserstreckten Magnetronanordnung

Info

Publication number: DE102004008425B4
Application number: DE200410008425
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Erbkamm; Götz Teschner; Dr. Schulze Dietmar
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2011-12-29
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: DE102004008425A1

Abstract

Gasführungsanordnung in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einer längserstreckten Magnetronanordnung, wobei die Gasführungsanordnung mit einem eine binäre Struktur aufweisenden Gasverteilsystem versehen ist, über das mindestens eine Gasquelle mit mehreren Gasaustrittsöffnungen verbünden ist, die in einen Rezipienten münden, wobei ein Konstruktionselement (6) angeordnet ist, welches eine sich in Richtung der längserstreckten Magnetronanordnung (2) erstreckende erste Planarfläche (4) aufweist, in deren Oberfläche erste Vertiefungen mit einer ersten binären Struktur eingebracht und mit einer ersten Abdeckplatte (8) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche der ersten Planarfläche (4) zusätzliche zweite oder weitere Vertiefungen mit einer zweiten oder weiteren binären Struktur eingebracht sind und dass das Konstruktionselement (6) eine sich in der Richtung der längserstreckten Magnetronanordnung (2) erstreckende zweite Planarfläche (5) aufweist, in deren Oberfläche weitere Vertiefungen mit einer weiteren binären Struktur eingebracht, und mit einer zweiten Abdeckplatte (8) verschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasführungsanordnung in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einer längserstreckten Magnetronanordnung, wobei die Gasführungsanordnung mit einem eine binäre Struktur aufweisenden Gasverteilsystem versehen ist, über das mindestens eine Gasquelle mit mehreren Gasaustrittsöffnungen verbunden ist, die in einen Rezipienten münden.
Inhomogenitäten in der Gasverteilung, bei einem im Hochvakuum ablaufenden Beschichtungsprozess, haben Auswirkungen auf die Qualität der zu beschichtenden Substrate, wie beispielsweise die gleichmäßige Schichtdicke. Aus diesem Grund ist es notwendig, eine über die Substratoberfläche gleichmäßige und genau regelbare Gasverteilung zu erzeugen.
Aus DE 35 27 259 A1 ist ein Dünnfilm-Herstellungsgerät zum Aufbringen eines Dünnfilmes auf ein sich bewegendes bandförmiges Grundmaterial durch Vakuumaufdampfen mittels eines in ein Vakuumsystem eingebrachten Gases bekannt, das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: eine Vakuumkammer mit einer Verdampfereinrichtung, ein Transportmechanismus zum Bewegen des band förmigen Grundmaterials durch die Vakuumkammer, wenigstens einen Kanal zum Einführen des Gases in die Vakuumkammer, eine Mehrzahl von Düsen, die längs des bandförmigen Grundmaterials in der Vakuumkammer angeordnet sind, und einen mehrstufigen Gasverzweigungsmechanismus, der zwischen dem Kanal und den Düsen angeschlossen ist.
In der DE 44 12 541 A1 ist eine Gasführungsanordnung mit mehreren Gasaustrittsöffnungen dargestellt, bei der die homogene Gasverteilung durch eine Gasleitungsführung realisiert wird, die nach dem Prinzip des sogenannten binären Baums aufgebaut ist. In dieser Anordnung hat jede Gasaustrittsöffnung denselben Widerstandsbeiwert, damit wird durch jede Gasaustrittsöffnung pro Zeiteinheit die gleiche Gasmenge auf die Substratoberfläche geleitet. Die Gaszuführung mit einem in dieser Form aufgebauten Rohrsystem bzw. eine Umsetzung mit einzelnen Gasschläuchen ist relativ kompliziert herzustellen und platzaufwendig.
DE 41 20 176 C1 offenbart eine Vorrichtung zum Beschichten der Innenfläche von kalottenförmigen Substraten mit einem dielektrischen Schichtsystem, insbesondere von Reflektoren mit einer Kaltlichtspiegelbeschichtung, mit einer Beschichtungskammer, die durch das kalottenförmige Substrat und ein mit diesem an den Rändern zusammengesetztes und gasdicht verbundenes, Rezipiententeil gebildet ist, in dem ein Gaseinlasskanal und ein Gasauslasskanal mündet und das einen, einen oder mehrere Kanäle aufweisenden Verdrängungskörper zur Begrenzung der zu reagierenden Gasschicht aufweist, sowie mit Mitteln zur Anregung einer Plasmazone in der zu reagierenden Gasschicht, wobei mindestens zwei Beschichtungskammern unter Ausbildung einer Kalottenbeschichtungsstation nebeneinander angeordnet sind, die an einen für alle Beschichtungskammern gemeinsamen Gaserzeuger und an eine gemeinsame Vakuumpumpe mittels Gasleitungen angeschlossen ist, wobei die Gasleitungen für die Gaszufuhr jeweils ein symmetrisches Gasleitungssystem bilden, wobei die Querschnittsfläche QA(x) und die Querschnittsform QF(x) der Gasleitungen in Abhängigkeit von der Entfernung x vom Gaserzeuger bzw. von der Vakuumpumpe im Wesentlichen gleich ist.
In der DE 197 56 162 C2 ist eine weitere Gaszuführungsanordnung dargestellt, mit der eine in Abschnitte aufgeteilte Gaszuführung realisiert ist. Dieser Aufbau ermöglicht zwar eine nach Abschnitten getrennte und separat nach Menge und Zusammensetzung regelbare Gaszuführung, erreicht aber nicht die gleiche Qualität der Homogenität bei der Gasverteilung wie die binäre Variante.
DE 101 00 670 A1 beschreibt eine Zuführvorrichtung zum Zuführen eines Gasstromes, insbesondere eines Precursorgasstromes oder Trägergasstromes, mit mindestens einem Gaseinlass, mehreren Gasauslässen, bei der der Gaseinlass und die Gasauslässe über Kanäle miteinander verbunden sind, die sich jeweils entweder in Verzweigungen symmetrisch in nachgeordnete Kanäle aufteilen oder in einem Gasauslass enden, derartig, dass jede Verbindung von dem Gaseinlass zu einem der Gasauslässe gleiche Kanäle und Verzweigungen aufweist.
US 5 992 453 A offenbart eine Strömungsteilungs- und -Umformungseinrichtung zur Strömungsteilung und Strömungsumformung von fließfähigen und/oder gasförmigen Substanzen, umfassend einen lang sich erstreckenden, eine Körperlängsachse aufweisenden Körper und wenigstens ein Teilungssystem, in dem die Substanzen von einem die Substanz in zusammengefasster Strömung führenden Gesamtstromkanal zu einer Reihe von längs des Körpers angeordneten Öffnungen, die einem in der Körperlänge sich erstreckenden schmalen Austrittsbereich zugeordnet sind, geführt wird, wobei der Gesamtstromkanal in zwei den Gesamtstrom an einer ersten Teilungsstelle teilende, Substanz führende Kanäle einer ersten Teilungsstufe verzweigt und wenigstens eine weitere Teilungsstufe nachgeordnet ist, in der an der zugehörigen Teilungsstelle jedes Kanalende der vorangehenden Stufe in jeweils zwei die Strömung teilende und sie in entgegengesetzte Richtungen entlang der Körperlängsrichtung umlenkende Kanäle verzweigt, bei der der Gesamtstromkanal an der ersten Teilungsstelle in zwei parallel und nebeneinander verlaufende, Substanz in gleiche Richtung führende Abschnitte von Teilstromkanälen übergeht, wobei die Strömung im Bereich vor, an und nach der Teilungsstelle geradlinig oder zumindest nahezu geradlinig verläuft.
Aus US 5 595 606 A ist ein Duschkopf bekannt mit ersten und zweiten Durchlässen zur unabhängigen Einleitung eines ersten und zweiten Reaktivgases, die miteinander reagieren können, in eine Reaktionskammer, umfassend erste, zweite und dritte unabhängig ausgebildete Blöcke mit Löchern, die die ersten und zweiten Durchlässe definieren, wobei der zweite Block zwischen erstem und drittem Block angeordnet ist, so dass die ersten und zweiten Durchlässe jeweils erste und zweite Einlässe zum Einlassen des ersten bzw. zweiten Gases auf dem ersten Block aufweisen, und weiterhin jeweils eine Mehrzahl erster und zweiter Auslässe zur Einleitung des ersten bzw. zweiten Gases in die Reaktionskammer auf dem dritten Block aufweisen, wobei sich die ersten und zweiten Durchlässe vom ersten zum dritten Block verzweigen, weiter umfassend einen im dritten Block nahe den ersten und zweiten Auslässen angeordneten Kühler zum Kühlen der ersten und zweiten Auslässe, einen im ersten und zweiten Block angeordneten Heizer zum Heizen des ersten Durchlasses im ersten und zweiten Block und einen Verbinder zum Verbinden des ersten, zweiten und dritten Blocks.
Für einen Vakuumbeschichtungsprozess mit gleichbleibender Qualität ist es notwendig, die Gaszuführung in Menge und/oder ihrer Zusammensetzung zu regeln. Durch das relativ große Volumen beider oben aufgeführter Gasführungsanordnungen wirkt sich eine Volumenstromänderung erst nach einer relativ großen Verzögerungszeit an der Substratoberfläche aus. Das Regelsystem arbeitet langsam und zeigt eine Neigung zum Schwingen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Gasverteilungsanordnung mit reproduzierbarer, homogener Gasverteilung entlang einer längserstreckten Magnetronanordnung, mit geringem technischen Aufwand bei der Herstellung und verbesserten Regeleigenschaften anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Gasführungsanordnung in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einer längserstreckten Magnetronanordnung, wobei die Gasführungsanordnung mit einem eine binäre Struktur aufweisenden Gasverteilsystem versehen ist, über das mindestens eine Gasquelle mit mehreren Gasaustrittsöffnungen verbunden ist, die in einen Rezipienten münden, wobei ein Konstruktionselement angeordnet ist, welches eine sich in Richtung der längserstreckten Magnetronanordnung erstreckende erste Planarfläche aufweist, in deren Oberfläche erste Vertiefungen mit einer ersten binären Struktur eingebracht und mit einer ersten Abdeckplatte verschlossen sind, wobei in die Oberfläche der ersten Planarfläche zusätzliche zweite oder weitere Vertiefungen mit einer zweiten oder weiteren binären Struktur eingebracht sind und das Konstruktionselement eine sich in der Richtung der längserstreckten Magnetronanordnung erstreckende zweite Planarfläche aufweist, in deren Oberfläche weitere Vertiefungen mit einer weiteren binären Struktur eingebracht und mit einer zweiten Abdeckplatte verschlossen sind.
In ein beispielsweise aus Aluminium bestehendes Konstruktionselement mit rechteckigen Querschnitt, sind in eine Planar- bzw. Seitenfläche Vertiefungen in Form einer bekannten binären Struktur eingearbeitet. Diese Struktur kann z. B. durch einen Fräsvorgang erzeugt werden. Die Struktur wird durch eine Abdeckplatte verschlossen, welche die Gasführungskanäle abdichtet.
Der Aufbau der binären Struktur ist so gestaltet, dass ein erster Kanal, an den eine Gasquelle angeschlossen ist, zu einer ersten Verzweigung führt. Von dieser Verzweigung führt ein zweiter und ein dritter Kanal zu einer zweiten und einer dritten Verzweigung. Die beiden Kanäle weisen die gleiche Länge und den gleichen Querschnitt auf. An die zweite und dritte T-förmige Verzweigung sind erneut je zwei gleichdimensionierte Kanäle angeschlossen, die entweder zu Gasaustrittsöffnungen oder zu weiteren Verzweigungen führen. Diese Anordnung kann je nach Notwendigkeit weiter strukturiert werden. Durch die Ausführung der Gasführungsanordnung in einer Planarfläche eines Aluminiumprofils wird der Forderung nach platzsparender, robuster und einfach zu fertigender Bauweise entsprochen.
Das durch die binäre Struktur gebildete Volumen in der Gasführungsanordnung ist unter Beachtung der pro Zeiteinheit an den Gasaustrittsöffnungen notwendigen Gasmenge minimiert. Die damit reduzierte Verzögerungszeit des Regelsystems ermöglicht beispielsweise eine Qualitätsverbesserung bei der Realisierung einer gleichmäßigen Beschichtungsdicke der Substrate.
In die Oberfläche sind zusätzliche zweite oder weitere Vertiefungen mit einer zweiten oder weiteren binären Struktur eingebracht.
Neben einer ersten binären Struktur ist eine zweite binäre Struktur in die gleiche Seitenfläche des Konstruktionselementes eingearbeitet. Beide Strukturen werden durch eine gemeinsame erste Abdeckplatte verschlossen. Mit diesen beiden Strukturen wird die Gasführungsanordnung in zwei Abschnitte unterteilt, an die je eine eigene Gasquelle angeschlossen ist. Damit ist es möglich, den Volumenstrom für jeden Bereich separat zu regeln bzw. verschiedene Gase oder Gasgemische zuzuführen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Konstruktionselement eine sich in der Richtung der längserstreckten Magnetronanordnung erstreckende zweite Planarfläche aufweist, in deren Oberfläche weitere Vertiefungen mit einer weiteren binären Struktur eingebracht und mit einer zweiten Abdeckplatte verschlossen sind.
In das Konstruktionselement sind auf zwei verschiedenen, beispielsweise gegenüberliegenden Seitenflächen binäre Strukturen eingearbeitet, die jeweils über einen eigenen Anschluss für eine Gasquelle verfügen und mit Abdeckplatten verschlossen sind. Durch diese zweiseitige Anordnung können verschiedene Gase oder Gasgemische über eine Gasführungsanordnung zugeführt werden. Zusätzlich wird ein einseitiger Verzug des Konstruktionselementes durch den Temperaturunterschied zwischen dem zugeführten Gas und der Gasführungsanordnung ausgeglichen. Diese Anordnung bietet weiterhin die Möglichkeit, mehrere binäre Strukturen pro Seitenfläche einzubringen, wodurch getrennte Abschnitte ausgebildet werden. Diese Abschnitte können auf beiden Seitenflächen gleich oder unterschiedlich aufgeteilt sein. Damit kann die Gaszufuhr dem Beschichtungsprozess optimal angepasst und abschnittsweise geregelt werden. Diese Ausführung der Gasführungsanordnung von mindestens zwei separaten Gaszufuhrsystemen in einem Konstruktionselement stellt eine robuste und platzsparende Anordnung dar.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die binären Strukturen gleichartig ausgeführt sind.
In dieser Ausführung werden beispielsweise drei gleichgestaltete binäre Strukturen in einer Planarfläche eines Konstruktionselementes eingebracht, wobei sich drei gleichgroße Abschnitte herausbilden. Diese Abschnitte können getrennt voneinander in Gasmenge und Zusammensetzung geregelt werden.
In einer günstigen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine der binären Strukturen gegenüber der oder den anderen verschiedenartig ausgeführt ist.
In einer Gasführungsanordnung können zwei binäre Strukturen in einer Planarfläche eingearbeitet sein, wobei die Strukturen eine unterschiedliche Strukturtiefe (Anzahl der Ebenen oder der Verzweigungen) aufweisen. Da die Anzahl der Gasaustrittsöffnungen bei einer tieferen Strukturierung größer ist, entstehen zwei Bereiche mit verschiedenartiger Gasverteilung.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt.
1 einen Querschnitt durch eine Gasführungsanordnung mit einer einseitig eingebrachten binären Struktur,
2 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Gasführungsanordnung und
3 einen Querschnitt durch eine Gasführungsanordnung mit zwei, auf gegenüberliegenden Seiten eingebrachten binären Strukturen.
In einer Vakuumbeschichtungsanlage, in der Substrate im Durchlaufverfahren mit einer längserstreckten Magnetronanordnung beschichtet werden, ist die in 1 und 2 dargestellte Gasführungsanordnung 1 parallel zur Magnetronanordnung 2 positioniert. Über einen Gasanschluss 3 ist die Anordnung mit einer nicht näher dargestellten Gaszuführungsleitung verbunden. In einer ersten Planarfläche 4 eines aus Aluminium bestehenden Konstruktionselementes 6 sind Gasverteilungskanäle 7 in Form einer binären Struktur durch einen Fräsprozess eingebracht und durch eine Abdeckplatte 8 abgedeckt. Diese binäre Struktur beginnt mit dem ersten eingefrästen Kanal am Gasanschluss 3 und führt zu einer ersten T-förmigen Verzweigung 9 in einer ersten Strukturebene. Von dieser ersten Verzweigung 9 ausgehend, sind zwei weitere Gasverteilungskanäle 7 eingefräst, die wiederum in weitere T-förmige Verzweigungen 10 einer zweiten Strukturebene münden. Beide Gaskanäle 7 weisen den nahezu gleichen Querschnitt und die gleiche Länge auf. Ausgehend von diesen Verzweigungen 10 der zweiten Strukturebene sind weitere zwei Kanäle 7 pro Verzweigung 10 mit den oben aufgeführten Eigenschaften eingearbeitet. Diese Kanäle 7 führen zu weiteren Verzweigungen einer nachfolgenden Strukturebene, an die wiederum je zwei Gaskanäle angeschlossen sind, die in je einer Gasaustrittsöffnung 11 münden. Die Gasaustrittsöffnungen 11 sind an der dem zu beschichtenden Substrat am nächsten gelegenen Planarfläche des Konstruktionselementes 6 in gleichen Abständen zueinander angeordnet.
Die Ausführung der Gasführungskanäle 7 in der binären Struktur mit der Gleichgestaltung der von einer Verzweigung ausgehenden Gaskanäle in Länge und Querschnitt und die Gleichgestaltung der Gasaustrittsöffnungen 11 realisiert einen nahezu gleichen Widerstandsbeiwert für jeden Gasverteilungsweg. Somit ist eine homogene Verteilung eines oder mehrerer zugeführten Gase oder Gasgemische gewährleistet.
Die dargestellte Struktur kann unter Beibehaltung ihrer Eigenschaften beliebig tief gestaltet werden. Das durch die binäre Struktur gebildete Volumen in der Gasführungsanordnung ist unter Beachtung der pro Zeiteinheit an den Gasaustrittsöffnungen 11 notwendigen Gasmenge minimiert. Damit werden kürzere Verzögerungszeiten und damit eine verbessertes Regelverhalten erreicht, welches sich beispielsweise auf eine gleichmäßigere Beschichtungsdicke auf dem Substrat auswirkt.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist in 3 eine Gasführungsanordnung 1 dargestellt, bei der in zwei gegenüberliegenden Planarflächen 4 und 5 je eine binäre Struktur eingebracht ist. Die Gestaltung der Gasführungskanäle 7 erfolgt wie oben beschrieben in einer binären Struktur. Jede Struktur besitzt einen in der 3 nicht näher dargestellten eigenen Gasanschluss 3 mit einer dazugehörigen Gaszuführungsleitung. Über diese Leitungen können den binären Strukturen getrennt voneinander Gase oder Gasgemische zugeführt werden. In diesem Beispiel soll angenommen werden, dass die erste binäre Struktur auf der ersten Planarfläche 4 des Konstruktionselementes 6, von der Strukturtiefe der im ersten Beispiel beschriebenen Aufteilung entspricht. Die auf der zweiten Planarfläche 5 eingebrachte Struktur ist um eine Strukturebene erweitert. Damit verdoppelt sich die Anzahl der Gasaustrittsöffnungen 11 der zweiten Struktur. Die Gasaustrittsöffnungen 11 sind auch auf dieser Seite des Konstruktionselementes 6 substratnah und in gleichen Abständen zueinander angeordnet. Mit dieser Gasführungsanordnung 1 können zwei Gase oder Gasgemische dem Beschichtungsprozess unabhängig voneinander zugeführt werden, die eine durch die Anzahl der Gasaustrittsöffnungen 11 verschiedenartige Gasverteilung ermöglichen. Die Regelung der einer binären Struktur zugeführten Gasmenge und Zusammensetzung kann getrennt voneinander erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Gasführungsanordnung
2: Magnetronanordnung
3: Gasanschluss
4: erste Planarfläche
5: zweite Planarfläche
6: Konstruktionselement
7: Gasverteilungskanäle
8: Abdeckplatte
9: T-förmige Verzweigung der ersten Strukturebene
10: T-förmige Verzweigung der zweiten Strukturebene
11: Gasaustrittsöffnung

Claims

Gasführungsanordnung in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einer längserstreckten Magnetronanordnung, wobei die Gasführungsanordnung mit einem eine binäre Struktur aufweisenden Gasverteilsystem versehen ist, über das mindestens eine Gasquelle mit mehreren Gasaustrittsöffnungen verbünden ist, die in einen Rezipienten münden, wobei ein Konstruktionselement (6) angeordnet ist, welches eine sich in Richtung der längserstreckten Magnetronanordnung (2) erstreckende erste Planarfläche (4) aufweist, in deren Oberfläche erste Vertiefungen mit einer ersten binären Struktur eingebracht und mit einer ersten Abdeckplatte (8) verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in die Oberfläche der ersten Planarfläche (4) zusätzliche zweite oder weitere Vertiefungen mit einer zweiten oder weiteren binären Struktur eingebracht sind und dass das Konstruktionselement (6) eine sich in der Richtung der längserstreckten Magnetronanordnung (2) erstreckende zweite Planarfläche (5) aufweist, in deren Oberfläche weitere Vertiefungen mit einer weiteren binären Struktur eingebracht, und mit einer zweiten Abdeckplatte (8) verschlossen sind.
Gasführungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die binären Strukturen gleichartig ausgeführt sind.
Gasführungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der binären Strukturen gegenüber der oder den anderen verschiedenartig ausgeführt ist.
Gasführungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die binären Strukturen Teil eines Regelsystems sind, in dem der Volumenstrom für jede binäre Struktur separat regelbar ist oder/und verschiedene Gase oder Gasgemische zuführbar sind.