DE10216671A1

DE10216671A1 - coating plant

Info

Publication number: DE10216671A1
Application number: DE2002116671
Authority: DE
Inventors: Michael Geisler; Albert Kastner; Bernd Szyszka; Andreas Pflug; Niels Malkomes
Original assignee: Applied Films GmbH and Co KG; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG; Fraunhofer Institut fuer Schicht und Oberflaechentechnik IST
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-12-18
Also published as: AU2003232604A1; WO2003087426A2; JP2005522584A; WO2003087426A3; AU2003232604A8; CN1662672A; EP1495152A2

Abstract

Bei einer Beschichtungsanlage ist ein Rezipient (1) durch eine Blende (2) in einen Kathodenraum (3) und einen Substratraum (4) unterteilt. Sowohl der Kathodenraum (3) als auch der Substratraum (4) weisen eine unmittelbare Absaugung (10, 16) und jeweils eine eigene Gaszuführung (8, 14) auf. Die Gaszuführung (8) in den Kathodenraum (3) ist mit einer Prozessgasquelle (9) und die Gaszuführung (14) für den Substratraum (4) mit einer Reaktivgasquelle (15) verbunden.In a coating system, a recipient (1) is divided into a cathode compartment (3) and a substrate compartment (4) by an aperture (2). Both the cathode compartment (3) and the substrate compartment (4) have direct suction (10, 16) and each have their own gas supply (8, 14). The gas supply (8) into the cathode space (3) is connected to a process gas source (9) and the gas supply (14) for the substrate space (4) is connected to a reactive gas source (15).

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage mit einem eine Absaugung und eine Gaszuführung aufweisenden Rezipienten, in welchem eine Zerstäuberkathode und ein Substrathalter untergebracht sind und bei der der Rezipient durch eine zwischen der Zerstäuberkathode und dem Substrathalter angeordnete Blende in einen Kathodenraum und einen Substratraum unterteilt ist. The invention relates to a coating system with a a suction and a gas supply Recipient, in which an atomizing cathode and a Substrate holder are housed and the Recipient by a between the atomizing cathode and the Substrate holder arranged in a cathode space and a substrate space is divided.

Eine Beschichtungsanlage der vorstehenden Art ist Gegenstand der EP 0 795 623. Bei der in dieser Schrift gezeigten Beschichtungsanlage strömt aus Argon und Sauerstoff bestehendes Prozessgas nahe des Substrates in den Substratraum und wird oberhalb der Blende über eine Absaugung am Kathodenraum abgeführt. Eine als Lambda-Sonde ausgeführte Messeinrichtung im Kathodenraum dient dazu, den Sauerstoffgehalt im Kathodenraum zu überwachen und nach dem Sauerstoffgehalt die Leistung der Zerstäuberkathode zu steuern. Durch die gemeinsame Zuführung des Reaktivgases und des Prozessgases und durch die Abführung des Gases über eine Absaugung am Kathodenraum lässt sich nicht vermeiden, dass das Target der Zerstäuberkathode einer beträchtlichen Sauerstoffkonzentration ausgesetzt ist. Dadurch kommt es zu einer unerwünschten Oxidation des Targets, wodurch sich anstelle einer erwünschten hohen metallischen Oxidationsrate eine niedrige oxidische Oxidationsrate ergibt. Die Blende gemäß der EP 0 795 623 hat den Sinn, eine Minderung der Schichtqualität durch Schrägbeschichtung zu unterbinden. A coating system of the above type is Subject of EP 0 795 623. In the in this document coating system shown flows from argon and oxygen existing process gas near the substrate in the Substrate space and is above the aperture over a Suction removed from the cathode compartment. One as a lambda probe measuring device in the cathode compartment serves to monitor the oxygen content in the cathode compartment and according to the oxygen content the performance of the Control atomizer cathode. By feeding the Reactive gas and the process gas and through the discharge of the gas can be extracted via a suction on the cathode compartment do not avoid the target of the atomizing cathode exposed to a significant concentration of oxygen is. This leads to undesirable oxidation of the target, which instead of a desired high metallic oxidation rate low oxidic Oxidation rate results. The aperture according to EP 0 795 623 has the sense of a reduction in the layer quality through To prevent oblique coating.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Beschichtungsanlage der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass eine ausreichend hohe Konzentration von Reaktivgas möglich ist, um eine vollständige Reaktion der sich bildenden Schicht zu ermöglichen, ohne dass dadurch zugleich die Targetoberfläche in unerwünschter Weise mit dem Reaktivgas reagiert und es dadurch zu einer Leistungsverminderung der Beschichtungsanlage kommt. The invention is based on the problem, a To design the coating system of the type mentioned at the beginning that a sufficiently high concentration of reactive gas is possible to get a full response from yourself to enable forming layer, without this at the same time the target surface in an undesirable manner with the Reactive gas reacts, making it a Performance reduction of the coating system comes.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sowohl der Kathodenraum als auch der Substratraum eine unmittelbare Absaugung und jeweils eine eigene Gaszuführung aufweisen und dass die Gaszuführung in den Kathodenraum mit einer Prozessgasquelle und die Gaszuführung für den Substratraum mit einer Reaktivgasquelle Verbindung hat. According to the invention, this problem is solved in that both the cathode space and the substrate space one immediate suction and one each Have gas supply and that the gas supply in the Cathode compartment with a process gas source and the gas supply for the substrate space with a reactive gas source connection Has.

Durch diese Gestaltung der Beschichtungsanlage kommt es zu weitgehend unabhängigen Gasströmungen in dem Kathodenraum und dem Substratraum. Das Reaktivgas wird erfindungsgemäß durch die Blende vom Sputtervorgang abgeschirmt. Dadurch gelangen nur noch unbedeutende Mengen des Reaktivgases - im Regelfall Sauerstoff - in den Kathodenraum, so dass es zu keiner Reaktion der Targetoberfläche und damit einer Verringerung der Beschichtungsleistung der Beschichtungsanlage kommt. Der Fluss der die Schicht bildenden, von der Targetoberfläche stammenden Teilchen gelangt durch die Öffnung der Blende hindurch zum Substrat. Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung von zwei separaten Gasströmungen im Rezipienten kann die Öffnung in der Blende groß sein, so dass die von der Targetoberfläche stammenden Teilchen auf dem Weg zum Substrat wenig behindert werden, ohne dass umgekehrt unerwünscht viel Sauerstoff die Zerstäubungskathode erreicht und es dort zu einer Oxidation kommt. Es zeigte sich, dass die Abblendwirkung der Blende für die gesputterten Teilchen sich durch die mögliche Ratenerhöhung am Target aufgrund des dort geringeren Reaktivgasanteils überkompensieren lässt. Besonders deutliche Steigerungen der spezifischen Beschichtungsleistung ergaben sich mit der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage bei der Erzeugung von transparenten SnO- und ZnO-Schichten mit reaktiv betriebenen DC- Zerstäuberkathoden. It is through this design of the coating system to largely independent gas flows in the Cathode space and the substrate space. The reactive gas will according to the invention by the aperture from the sputtering process shielded. As a result, only insignificant quantities arrive of the reactive gas - usually oxygen - in the Cathode compartment so that there is no reaction of the Target surface and thus a reduction in Coating performance of the coating system comes. The flow of the Layer forming, originating from the target surface Particles pass through the aperture of the aperture to the substrate. Thanks to the inventive training of the two separate gas flows in the recipient Opening in the bezel should be large, so that of the Particles originating on the target surface on the way to the substrate little to be hindered without the other way around being undesirable much oxygen reaches the sputtering cathode and it there is an oxidation. It turned out that the Dimming effect of the aperture for the sputtered particles due to the possible rate increase at the target overcompensate for the lower proportion of reactive gas there leaves. Particularly significant increases in the specific Coating performance resulted with the Coating plant according to the invention in the production of transparent SnO and ZnO layers with reactive DC Zerstäuberkathoden.

Eine besonders gute Trennung der Gasströme ergibt sich, wenn der Kathodenraum und der Substratraum jeweils mit einem eigenen Unterdruckpumpstand verbunden sind. A particularly good separation of the gas flows results if the cathode space and the substrate space each with are connected to their own vacuum pumping station.

Zur weiteren Trennung der beiden Gasströme trägt es bei, wenn sowohl im Kathodenraum als auch im Substratraum die Gaszuführung und die Absaugung an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. It contributes to the further separation of the two gas flows, if both in the cathode space and in the substrate space Gas supply and suction on opposite Pages are arranged.

Zur weiteren Verbesserung der Schichtqualität trägt es bei, wenn im Rezipienten zwischen der Zerstäuberkathode und dem Substrat eine Anode angeordnet ist. It helps to further improve the layer quality at if in the recipient between the atomizer cathode and an anode is arranged on the substrate.

Der Einfluss des Plasmaglows auf das Schichtwachstum wird möglichst wenig gehemmt, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Anode im Substratraum von der Blende abgedeckt zwischen der Blende und dem Substrathalter angeordnet ist. Eine solche Anode bewirkt, dass sich der Plasmaglow durch die Blendenöffnung hindurch über die Beschichtungsstelle des Substrates hinweg in Richtung der Schlitzschleuse erstreckt. Hierdurch lassen sich auch die Schichteigenschaften verbessern. Insbesondere ist durch eine solche Anodenanordnung eine hohe Schichtdichte zu erreichen. Da die Anode von der Blende abgedeckt ist, kommt es zu keiner nennenswerten Beschichtung der Anode. The influence of the plasma flow on the layer growth is inhibited as little as possible, if according to another Development of the invention the anode in the substrate space from the Aperture covered between the aperture and the Substrate holder is arranged. Such an anode causes the plasma flow through the aperture opening over the Coating point of the substrate in the direction of Slot lock extends. This also allows the Improve layer properties. In particular, is by such an anode arrangement to a high layer density to reach. Since the anode is covered by the bezel, there is no significant coating of the anode.

Die Anode kann auf übliche Weise ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anode durch zwei unbeheizte Rohre gebildet ist. Da SnO und ZnO eine relativ hohe Leitfähigkeit besitzen, spielt die während des Beschichtungsvorganges des Substrates zwangsläufig erfolgende Beschichtung der Anode und ihr damit eintretender Wirkungsverlust bei solchen Beschichtungsmaterialien keine Rolle. Es kann jedoch auch vorgesehen werden, die Anode, umgeben mit einem schwachen Magnetfeld, pulsweise auf negatives Patential zu setzen, um sie leitfähig und sauber zu halten. The anode can be designed in the usual way. It is particularly advantageous if the anode is divided by two unheated pipes is formed. Because SnO and ZnO are relative possess high conductivity, which plays during the Coating process of the substrate inevitably coating of the anode and its entering Loss of effectiveness with such coating materials not matter. However, it can also be provided that Anode, surrounded by a weak magnetic field, in pulses to put on negative patential to make them conductive and to keep clean.

Möglich ist es jedoch auch vorzusehen, dass die Anode zugleich die Blende bildet. However, it is also possible to provide that the anode at the same time forms the aperture.

Der weiteren Leistungssteigerung der Beschichtungsanlage dient es, wenn die Kathode eine Doppel-Magnetronkathode ist. The further increase in performance of the coating system it serves if the cathode is a double magnetron cathode is.

Das Target wird möglichst gleichmäßig abgetragen und hat deshalb eine möglichst lange Lebensdauer, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Kathode eine Rotationskathode ist. The target is removed and evenly as possible therefore the longest possible lifespan if according to another development of the invention, the cathode Rotary cathode is.

Oxidische und damit geringe Erosionsraten des Targets lassen sich zuverlässig vermeiden, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung im Kathodenraum eine Messeinrichtung für Reaktivgas angeordnet ist und die Beschichtungsanlage eine Leistungsregelung der Zerstäuberkathode in Abhängigkeit von der Konzentration des Reaktivgases in dem Kathodenraum aufweist. Oxidic and therefore low erosion rates of the target can be reliably avoided if according to a another development of the invention in the cathode compartment Measuring device for reactive gas is arranged and the Coating system a power control of Atomizer cathode depending on the concentration of the Has reactive gas in the cathode compartment.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn das Verhältnis der in Transportrichtung des Substrates gemessenen Blendenöffnungslänge der Blende zur in Transportrichtung des Substrates gemessenen Breite der Zerstäuberkathode weniger als 0,75, vorzugsweise 0,5 bis 0,3 beträgt. It turned out to be particularly advantageous if the ratio of the substrate in the transport direction measured aperture length of the aperture to in Transport direction of the substrate measured width of the Atomizing cathode less than 0.75, preferably 0.5 to 0.3 is.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. The invention permits various embodiments. To further clarify its basic principle is one of which is shown schematically in the drawing and is described below.

Die Zeichnung zeigt im Schnitt eine erfindungsgemäße Beschichtungsanlage. Diese hat einen Rezipienten 1, der durch eine Blende 2 in einen Kathodenraum 3 und einen Substratraum 4 unterteilt ist. Im Kathodenraum 3 befindet sich eine elektrisch gegenüber dem Rezipienten 1 isolierte Zerstäuberkathode 5, die bei diesem Ausführungsbeispiel als Magnetronkathode ausgebildet ist und an der Seite der Blende 2 ein Target 6 aufweist. Unterhalb der Blende 2 und von dieser abgedeckt ist im Substratraum 4 eine Anode 7 angeordnet. In der Zeichnung gesehen an der linken Seite des Kathodenraumes 3 befindet sich eine Gaszuführung 8, die mit einer Prozessgasquelle 9 verbunden ist. An der gegenüberliegenden Seite des Kathodenraumes 3 ist eine Absaugung 10 mit einem Unterdruckpumpstand 11 angeordnet. The drawing shows a coating system according to the invention in section. This has a recipient 1 , which is subdivided into a cathode space 3 and a substrate space 4 by an aperture 2 . In the cathode compartment 3 there is an atomizer cathode 5 which is electrically insulated from the recipient 1 and which in this embodiment is designed as a magnetron cathode and has a target 6 on the side of the screen 2 . An anode 7 is arranged in the substrate space 4 below the aperture 2 and covered by it. As seen in the drawing, on the left side of the cathode chamber 3 there is a gas supply 8 which is connected to a process gas source 9 . On the opposite side of the cathode chamber 3 , a suction 10 with a vacuum pumping station 11 is arranged.

Im Substratraum 4 befindet sich ein Substrathalter 12 mit einem zu beschichtenden Substrat 13. Das Verhältnis der in Transportrichtung des Substrates 13 gemessenen Blendenöffnungslänge der Blende 2 zur in Transportrichtung des Substrates 13 gemessenen Breite der Zerstäuberkathode 5 beträgt weniger als 0,75, vorzugsweise 0,5 bis 0,3. Genau wie der Kathodenraum 3 hat der Substratraum 4 an der gleichen Seite wie der Kathodenraum 3 eine Gaszuführung 14, die mit einer Reaktivgasquelle 15 Verbindung hat. Weiterhin ist der Gaszuführung 14 gegenüberliegend eine Absaugung 16 mit einem Unterdruckpumpstand 17 vorgesehen. In the substrate space 4 there is a substrate holder 12 with a substrate 13 to be coated. The ratio of the measured in the direction of transport of the substrate 13 aperture length of the diaphragm 2 to the measured in the direction of transport of the substrate 13 the width of the sputter cathode 5 is less than 0.75, preferably 0.5 to 0.3. Just like the cathode space 3 , the substrate space 4 has a gas supply 14 on the same side as the cathode space 3 , which has a connection to a reactive gas source 15 . Furthermore, a suction 16 with a vacuum pumping station 17 is provided opposite the gas supply 14 .

Zur Regelung des Beschichtungsvorganges ist in dem Kathodenraum 3 eine als Lambdasonde ausgebildete Messeinrichtung 18 mit einer Sondenheizung 20 angeordnet, welche mit einer Leistungsregelung 19 der Zerstäuberkathode 5 Verbindung hat. Dadurch wird die Konzentration des Reaktivgases in dem Kathodenraum 3 - im Regelfall die Sauerstoffkonzentration - gemessen und danach die Spannung der Zerstäuberkathode 5 geregelt. Bezugszeichenliste 1 Rezipient
2 Blende
3 Kathodenraum
4 Substratraum
5 Zerstäuberkathode
6 Target
7 Anode
8 Gaszuführung
9 Prozessgasquelle
10 Absaugung
11 Unterdruckpumpstand
12 Substrathalter
13 Substrat
14 Gaszuführung
15 Reaktivgasquelle
16 Absaugung
17 Unterdruckpumpstand
18 Messeinrichtung
19 Leistungsregelung
20 Sondenheizung
In order to regulate the coating process, a measuring device 18 designed as a lambda probe and having a probe heater 20 is arranged in the cathode chamber 3 and has a connection to a power regulator 19 of the atomizing cathode 5 . As a result, the concentration of the reactive gas in the cathode chamber 3 - as a rule the oxygen concentration - is measured and the voltage of the atomizing cathode 5 is then regulated. Reference list 1 recipient
2 aperture
3 cathode compartment
4 substrate space
5 atomizer cathode
6 target
7 anode
8 gas supply
9 process gas source
10 suction
11 vacuum pumping station
12 substrate holder
13 substrate
14 gas supply
15 reactive gas source
16 suction
17 vacuum pumping station
18 measuring device
19 Power regulation
20 probe heating

Claims

1. Coating system with a suction device and a gas supply recipient ( 1 ), in which an atomizer cathode ( 5 ) and a substrate holder ( 12 ) are accommodated and in which the recipient ( 1 ) by a between the atomizer cathode ( 5 ) and the substrate holder ( 12 ) arranged screen ( 2 ) is subdivided into a cathode space ( 3 ) and a substrate space ( 4 ), characterized in that both the cathode space ( 3 ) and the substrate space ( 4 ) have a direct suction ( 10 , 16 ) and each have its own gas supply ( 8 , 14 ) and that the gas supply ( 8 ) in the cathode space ( 3 ) has a process gas source ( 9 ) and the gas supply ( 14 ) for the substrate space ( 4 ) has a reactive gas source ( 15 ).

2. Coating system according to claim 1, characterized in that the cathode space ( 3 ) and the substrate space ( 4 ) are each connected to their own vacuum pumping station ( 11 , 17 ).

3. Coating system according to claims 1 or 2, characterized in that both in the cathode space ( 3 ) and in the substrate space ( 4 ) the gas supply ( 8 , 14 ) and the suction ( 10 , 16 ) are arranged on opposite sides.

4. Coating system according to at least one of the preceding claims, characterized in that an anode ( 7 ) is arranged in the recipient ( 1 ) between the atomizing cathode ( 5 ) and the substrate ( 13 ).

5. Coating system according to claim 4, characterized in that the anode ( 7 ) is arranged in the substrate space ( 4 ) covered by the screen ( 2 ) between the screen ( 2 ) and the substrate holder ( 12 ).

6. Coating plant according to claim 4, characterized in that the anode ( 7 ) is formed by two unheated tubes.

7. Coating plant according to at least one of the preceding claims, characterized in that the anode ( 7 ) also forms the diaphragm ( 2 ).

8. Coating system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the atomizing cathode ( 5 ) is a double magnetron cathode.

9. Coating system according to at least one of the preceding claims, characterized in that the atomizing cathode ( 5 ) is a rotating cathode.

10. Coating system according to at least one of the preceding claims, characterized in that a measuring device ( 18 ) for reactive gas is arranged in the cathode compartment ( 3 ) and the coating system has a power control ( 19 ) of the atomizing cathode ( 5 ) as a function of the concentration of the reactive gas in the Has cathode space ( 3 ).

11. A coating installation according to at least one of the preceding claims, characterized in that the ratio of in the transport direction of the substrate (13) measured aperture length of the aperture (2) for in the direction of transport of the substrate (13) measured width of the sputter cathode (5) is less than 0, 75, preferably 0.5 to 0.3.