DE102008026000B4

DE102008026000B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung flächiger Substrate

Info

Publication number: DE102008026000B4
Application number: DE200810026000
Authority: DE
Inventors: Jochen Krause; Dr. Milde Falk
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: DE102008026000A1

Abstract

Verfahren zur Beschichtung flächiger Substrate (8) in einer Vakuumkammer (1), bei dem flächige Substrate (8) auf einer Transporteinrichtung (5) in einer Transportrichtung an einer quer zur Transportrichtung erstreckten, über ihre Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate (8) angeordneten Sputterquelle (4) vorbeigeführt werden, wobei eine Schicht eines von der Sputterquelle (4) bereitgestellten Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche des Substrats (8) abgeschieden wird, wobei über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (8) ein erstes Prozessgas in die Vakuumkammer (1) eingelassen wird, im Bereich der Schmalseiten des Substrats (8) ein zweites Prozessgas in die Vakuumkammer (1) eingelassen wird und wobei während der Beschichtung Prozessgas von den Schmalseiten des Substrate (8) her abgesaugt wird.

Description

Nachfolgend werden ein Verfahren zur Erzeugung und Aufrechterhaltung gleichmäßiger Druckverhältnisse in einer Vakuumbeschichtungsanlage bei der Beschichtung flächiger Substrate und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Unter flächigen Substraten sollen dabei scheiben- oder plattenförmige Substrate wie Glasscheiben, Solarzellen und dergleichen verstanden werden, die in ebener Anordnung nacheinander durch die Vakuumbeschichtungsanlage und dabei an einer Sputterquell vorbei bewegt werden. Weiterhin sind mit flächigen Substraten bandförmige Substrate wie Stahlbänder usw., aber auch bahnförmige Substrate wie Folienbahnen usw, gemeint. Der nachfolgend verwendete Begriff der Vakuumbeschichtungsanlage schließt selbstverständlich Vorrichtungen ein, die weitere Behandlungseinrichtungen, beispielsweise Abtragungseinrichtungen wie Sputterätzer oder dergleichen, umfassen.
Aus DD 201 461 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines örtlich konstanten Arbeitsgasdruckes bekannt, bei dem das Arbeitsgas auf der Druckseite einer Vakuumpumpe eingelassen wird. Hierdurch soll erreicht werden, dass ein Teil des an dieser Stelle eingelassenen Arbeitsgases gegen die Arbeitsrichtung der Vakuumpumpe in den Prozessraum zurückströmt und auf diese Weise dem ansonsten innerhalb des Arbeitsraums entstehen den Druckgradienten entgegenwirkt.
DE 41 41 932 A1 offenbart ein Verfahren zur CVD-Beschichtung von Wafern unter Normaldruck, bei dem seitlich am Substrat ein Inertgas eingelassen wird, welches durch einen schräg zur Substratoberfläche verlaufenden Absaugkanal abgesaugt wird.
DE 37 51 755 T2 beschreibt ein Verfahren zur CVD-Beschichtung von Wafern, bei dem ein Inertgas senkrecht auf die Substratoberfläche geleitet wird, ein Reaktivgas parallel zur Substratoberfläche eingeführt wird und die Absaugung der Gase unterhalb der Substratebene erfolgt.
Aus US 4,976,996 A ist ein CVD-Verfahren bekannt, bei dem ein Reaktivgas parallel zur Substratoberfläche eingeführt wird, ein Inertgas so eingeführt wird, dass es nicht mit den Substraten in Berührung kommt und die Absaugung der Gase unterhalb der Substratebene erfolgt.
In DE 103 20 597 A1 wird ein Verfahren zur CVD-Beschichtung von Wafern beschrieben, bei dem ein erstes Reaktionsgas senkrecht auf die Substratoberfläche geleitet wird und ein zweites Reaktionsgas parallel zur Substratoberfläche über das Substrat geleitet wird.
GB 2 222 182 A schlägt ein Verfahren zur CVD-Beschichtung von Wafern vor, bei dem beide Seiten des Substrats einem Spülgasstrom ausgesetzt sind, der jeweils durch gasdurchlässige Wände in den Reaktor eingeleitet wird.
Zur verbesserten Erzeugung und Aufrechterhaltung gleichmäßiger Druckverhältnisse in einer Vakuumbeschichtungsanlage wird bei einem Verfahren zur Beschichtung flächiger Substrate in einer Vakuumkammer, bei dem flächige Substrate auf einer Transporteinrichtung in einer Transportrichtung an einer quer zur Transportrichtung erstreckten, über ihre Lange gesehen parallel zur Transportebene der Substrate angeordneten Sputterquelle vorbeigeführt werden, wobei eine Schicht eines von einer Sputterquelle bereitgestellten Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche des Substrats abgeschieden wird, vorgeschlagen, dass über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats ein erstes Prozessgas in die Vakuumkammer eingelassen wird, im Bereich der Schmalseiten des Substrats ein zweites Prozessgas in die Vakuumkammer eingelassen wird und während der Beschichtung Prozessgas von den Schmalseiten des Substrats her abgesaugt wird. Gegenüber bekannten Verfahren, bei denen zwischen den Beschichtungssektionen einer Vakuumbeschichtungsanlage Pumpsektionen vorgesehen sind, können letztere bei diesem Verfahren eingespart werden, wodurch die Vakuumbeschichtungsanlage deutlich kürzer gestaltet werden kann. Gleichzeitig wird eine gute Pumpleistung dadurch erreicht, dass die Hauptwirkungsrichtung der Vakuumpumpen parallel zur Substratebene und nicht wie sonst üblich senkrecht dazu verläuft.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassene Prozessgas ein Reaktivgas ist. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn ein reaktives Beschichtungsverfahren durchgeführt werden soll, beispielsweise wenn auf der Oberfläche des Substrats eine Metalloxidschicht, Metallnitridschicht usw. dadurch hergestellt wird, dass von einem metallischen Target gesputtert wird und die abgestäubten Metallteilchen sich in der innerhalb der Vakuumkammer herrschenden Prozessatmosphäre mit dem Reaktivgas zu der gewünschten Metallverbindung verbinden bevor sich deren Teilchen zu einer Oberflächenschicht auf dem Substrat niederschlagen. Selbstverständlich kann jedoch das über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassene Prozessgas auch ein Inertgas sein, wenn dies für das durchzuführende Beschichtungsverfahren erforderlich ist.
Das im Bereich der Schmalseiten des Substrats eingelassene Prozessgas kann ein Inertgas sein, und zwar unabhängig davon, welche Art von Prozessgas zwischen dem Substrat und der Beschichtungseinrichtung eingelassen wird. Eigene Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass die Einleitung eines Prozessgases zusätzlich zu dem zwischen das Substrat und die Beschichtungseinrichtung eingeleiteten Prozessgas dazu führt, dass der im Innern der Vakuumkammer aufgrund der Wirkung der Vakuumpumpen entstehende Druckgradient (d. h. die Zunahme des Drucks mit wachsender Entfernung von der Saugöffnung) stark abgeschwächt wird. Bei geeigneter Gestaltung der verwendeten Vakuumbeschichtungskammer kann sogar erreicht werden, dass über der Breite des Substrats keinerlei Druckunterschied mehr messbar ist. Selbstverständlich kann das im Bereich der Schmalseiten des Substrats eingelassene Prozessgas auch ein Reaktivgas sein.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Absaugung des über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassenen Prozessgases behindert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Vakuumpumpen in erster Linie das zusätzlich eingelassene Prozessgas absaugen. Dies ist besonders dann von Nutzen, wenn sich das über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassene Prozessgas und das im Bereich der Schmalseiten des Substrats eingelassene Prozessgas unterscheiden.
Zur Durchführung des Verfahrens wird die nachfolgend beschriebene Vorrichtung vorgeschlagen.
Die Vorrichtung zur Beschichtung flächiger Substrate umfasst eine Vakuumkammer und in der Vakuumkammer eine Transporteinrichtung, eine quer zur Transportrichtung der Substrate erstreckte, über ihre Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate angeordnete Sputterquelle sowie eine erste Gaszufuhreinrichtung zum Einlass eines ersten Prozessgases über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats und eine zweite Gaszufuhreinrichtung zum Einlass eines zweiten Prozessgases im Bereich der Schmalseiten des Substrats, wobei im Arbeitsbereich der Sputterquelle an mindestens einer Kammerwand der Vakuumkammer eine Saugöffnung und an der Saugöffnung mindestens eine Vakuumpumpe so angeordnet ist, dass der Vakuumpumpe eine Schmalseite des flächigen Substrats zugewandt ist.
Die Beschichtungseinrichtung umfasst mindestens eine quer zur Transportrichtung erstreckte, über ihre Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate angeordnete Sputterquelle, beispielsweise eine lineare Magnetron-Sputterquelle.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Gaszufuhreinrichtung mindestens einen quer zur Transportrichtung erstreckten, über seine Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate angeordneten ersten Gasverteiler umfasst, der über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats Gas abgibt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen flächenhaft ausgebildeten Gasverteiler handeln, der mit hoher Gleichmäßigkeit über einer Teiloberfläche des Substrats Gas abgibt. Alternativ kann der Gasverteiler annähernd linear wirken, d. h. entlang einer sich quer über das Substrat erstreckenden Linie Gas abgeben.
Insbesondere bei annähernd linearen Beschichtungsquellen, d. h. Beschichtungsquellen, die sich über die Breite des Substrats erstrecken, jedoch in der Transportrichtung der Substrate nur eine geringe Ausdehnung aufweisen, kann es sinnvoll sein vorzusehen, dass in der Transportrichtung der Substrate gesehen vor und hinter jeder Beschichtungsquelle je ein erster Gasverteiler vorgesehen ist, d. h. ein Gasverteiler, der ein Prozessgas über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats abgibt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die zweite Gaszufuhreinrichtung mindestens einen im Bereich einer Schmalseite des Substrats und einer Saugöffnung angeordneten zweiten Gasverteiler umfasst, der im Bereich der Schmalseiten des Substrats Gas abgibt.
Wenn das von den ersten und zweiten Gasverteilern abgegebene Gas unterschiedlich sein soll, beispielsweise weil über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats ein Reaktivgas benötigt wird und im Bereich der Schmalseiten des Substrats ein Inertgas abgegeben werden soll, kann weiter vorgesehen sein, dass die Gaszufuhreinrichtungen mindestens zwei getrennte Versorgungsanschlüsse zur Versorgung der ersten und zweiten Gasverteiler mit unterschiedlichen Gasen umfasst.
Schließlich kann weiterhin vorgesehen sein, dass auf der dem Substrat zugewandten Seite eines vor einer Saugöffnung angeordneten zweiten Gasverteilers ein Strömungsleitelement angeordnet ist, um die Absaugung des über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassenen Prozessgases zu behindern und auf diese Weise zu erreichen, dass die Vakuumpumpen in erster Linie das zusätzlich eingelassene Prozessgas absaugen.
Nachfolgend wird die beschriebene Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 eine Beschichtungssektion einer Vakuumbeschichtungsanlage im Querschnitt, und
2 die Vakuumbeschichtungsanlage aus 1 im Höhenschnitt.
In einer Vakuumkammer 1 sind eine Beschichtungseinrichtung, umfassend eine lineare Beschichtungsquelle 4, eine Transporteinrichtung, umfassend eine Anordnung von quer zur Transportrichtung angeordneten und in Lagerbänken 51 drehbar gelagerten Transportwalzen 5, sowie eine erste Gaszufuhreinrichtung, umfassend zwei erste Gasverteiler 2 mit je einem ersten Versorgungsanschluss 21 und eine zweite Gaszufuhreinrichtung, umfassend zwei zweite Gasverteiler 3 mit je einem zweiten Versorgungsanschluss 31, angeordnet. Die flächigen Substrate 8 werden im Betrieb der Vorrichtung auf der Transporteinrichtung an der Beschichtungseinrichtung und den Gaszufuhreinrichtungen vorbeigeführt, wobei eine Schicht aus einem Beschichtungsmaterial auf der der Beschichtungseinrichtung zugewandten Seite der Substrate 8 abgeschieden wird.
Die lineare Beschichtungsquelle 4 erstreckt sich über die gesamte Breite des Substrats 8, so dass die zu beschichtende Oberfläche des Substrats 8 während des Transports vollständig beschichtet wird. Zur Schaffung einer homogenen Druckverteilung sind, in der Transportrichtung der Substrate 8 gesehen, vor und hinter der Beschichtungsquelle 4, je ein erster Gasverteiler 2 angeordnet, die sich ebenfalls linear über die gesamte Breite des Substrats 8 erstrecken.
Beiderseits der Beschichtungsquelle 4 sind in den Wänden der Vakuumkammer 1 Saugöffnungen 61 vorgesehen, an welche Vakuumpumpen 6 angeflanscht sind, so dass ihre Wirkungsrichtung parallel zur Transportebene der Substrate 8 verläuft. Die zweiten Gasverteiler 3 sind jeweils vor einer der Saugöffnungen 61 angeordnet. Auf der jeweils der Saugöffnung 61 gegenüberliegenden Seite der zweiten Gasverteiler 3 ist ein Strömungsleitelement 7 angeordnet, das die Wirkung der Vakuumpumpen in der Richtung der Substratebene behindert, so dass in erster Linie das durch die zweiten Gasverteiler 3 eingeleitete Prozessgas abgesaugt wird. Dadurch wird die zwischen dem Substrat 8 und der Beschichtungsquelle 4 herrschende homogene Druckverteilung, die durch die ersten Gasverteiler 2 erzeugt wird, nicht gestört.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumkammer
2: erster Gasverteiler
21: erster Versorgungsanschluss
3: zweiter Gasverteiler
31: zweiter Versorgungsanschluss
4: Beschichtungsquelle
5: Transportwalze
51: Lagerbank
6: Vakuumpumpe
61: Saugöffnung
7: Strömungsleitelement
8: Substrat

Claims

Verfahren zur Beschichtung flächiger Substrate (8) in einer Vakuumkammer (1), bei dem flächige Substrate (8) auf einer Transporteinrichtung (5) in einer Transportrichtung an einer quer zur Transportrichtung erstreckten, über ihre Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate (8) angeordneten Sputterquelle (4) vorbeigeführt werden, wobei eine Schicht eines von der Sputterquelle (4) bereitgestellten Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche des Substrats (8) abgeschieden wird, wobei über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (8) ein erstes Prozessgas in die Vakuumkammer (1) eingelassen wird, im Bereich der Schmalseiten des Substrats (8) ein zweites Prozessgas in die Vakuumkammer (1) eingelassen wird und wobei während der Beschichtung Prozessgas von den Schmalseiten des Substrate (8) her abgesaugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (8) eingelassene erste Prozessgas ein Reaktivgas ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das im Bereich der Schmalseiten des Substrats (8) eingelassene zweite Prozessgas ein Inertgas ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugung des über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (8) eingelassenen ersten Prozessgases behindert wird.
Vorrichtung zur Beschichtung flächiger Substrate (8), umfassend eine Vakuumkammer (1) und in der Vakuumkammer (1) eine Transporteinrichtung (5), eine quer zur Transportrichtung der Substrate (8) erstreckte, über ihre Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate (8) angeordnete Sputterquelle (4) sowie eine erste Gaszufuhreinrichtung (2) zum Einlass eines ersten Prozessgases über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (8) und eine zweite Gaszufuhreinrichtung (3) zum Einlass eines zweiten Prozessgases im Bereich der Schmalseiten des Substrats (8), wobei im Arbeitsbereich der Sputterquelle (4) an mindestens einer Kammerwand der Vakuumkammer (1) eine Saugöffnung (61) und an der Saugöffnung (61) mindestens eine Vakuumpumpe (6) so angeordnet ist, dass der Vakuumpumpe (6) eine Schmalseite des flächigen Substrats (8) zugewandt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gaszufuhreinrichtung mindestens einen quer zur Transportrichtung erstreckten, über seine Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate (8) angeordneten ersten Gasverteiler (2) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Transportrichtung der Substrate (8) gesehen vor und hinter jeder Sputterquelle (4) je ein erster Gasverteiler (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gaszufuhreinrichtung mindestens einen im Bereich einer Schmalseite des Substrats (8) und einer Saugöffnung (61) angeordneten zweiten Gasverteiler (3) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei getrennte Versorgungsanschlüsse (21, 31) zur Versorgung der ersten und zweiten Gaszufuhreinrichtung mit unterschiedlichen Gasen vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Substrat (8) zugewandten Seite eines vor einer Saugöffnung (61) angeordneten zweiten Gasverteilers (3) ein Strömungsleitelement (7) angeordnet ist.