DE19540053A1

DE19540053A1 - Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere mit elektrisch nichtleitenden Schichten

Info

Publication number: DE19540053A1
Application number: DE19540053A
Authority: DE
Inventors: Joachim Szczyrbowski; Goetz Teschner; Anton Zmelty
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1997-04-30
Also published as: TW350967B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be schichten eines Substrats, insbesondere mit elek trisch nichtleitenden Schichten von elektrisch leitfähigen Targets in reaktiver (z. B. oxydieren der) Atmosphäre, bestehend aus einer Wechselstrom quelle, die mit Magnete einschließende Kathoden verbunden ist, die elektrisch mit den Targets zu sammenwirken, die zerstäubt werden und deren zer stäubte Teilchen sich auf dem Substrat nieder schlagen.

Es ist bereits eine Zerstäubungseinrichtung zur Herstellung dünner Schichten bekannt (DD 2 52 205), bestehend aus einem Magnetsystem und mindestens zwei darüber angeordneten Elektroden aus dem zu zerstäubenden Material, wobei diese Elektroden elektrisch so gestaltet sind, daß sie wechselweise Kathode und Anode einer Gasentladung sind. Die Elektroden sind zu diesem Zwecke an eine sinus förmige Wechselspannung von vorzugsweise 50 Hz an geschlossen.

Diese bekannte Zerstäubungseinrichtung soll beson ders für die Abscheidung dielektrischer Schichten durch reaktive Zerstäubung geeignet sein. Durch den Betrieb der Einrichtung mit etwa 50 Hz soll vermieden werden, daß es zur Flitterbildung an der Anode und im Falle von Metallbeschichtung zu elek trischen Kurzschlüssen (sogenannten Arcs) kommt.

Bei einer anderen bereits bekannten Vorrichtung zum Aufstäuben eines dünnen Films, bei der die Ge schwindigkeit des Niederbringens von Schichten un terschiedlicher Materialien regelbar ist (DE 39 12 572), um so zu extrem dünnen Schichtpa keten zu gelangen, sind mindestens zwei unter schiedliche Arten von kathodenseitig vorgesehenen Gegenelektroden angeordnet.

Weiterhin ist eine Anordnung zum Abscheiden einer Metallegierung mit Hilfe von HF-Kathodenzer stäubung bekannt (DE 35 41 621), bei der abwech selnd zwei Targets angesteuert werden, wobei die Targets die Metallkomponenten der abzuscheidenden Metallegierung jedoch mit unterschiedlichen Antei len enthalten. Die Substrate sind zu diesem Zweck auf einem Substratträger angeordnet, der von einer Antriebseinheit während des Zerstäubungsvorgangs in Rotation versetzt wird.

Durch eine vorveröffentlichte Druckschrift (DE 38 02 852) ist es außerdem bekannt, bei einer Einrichtung für die Beschichtung eines Substrats mit zwei Elektroden und wenigstens einem zu zer stäubenden Material das zu beschichtende Substrat zwischen den beiden Elektroden in einem räumlichen Abstand anzuordnen und die Wechselstrom-Halbwellen als niederfrequente Halbwellen mit im wesentlichen gleichen Amplituden zu wählen.

Weiterhin sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben (DOS 41 06 770) zum reaktiven Be schichten eines Substrats mit einem elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise mit Silizi umdioxid (SiO₂), bestehend aus einer Wechselstrom quelle, die mit in einer Beschichtungskammer ange ordneten Magnete einschließende Kathoden verbunden ist, die mit Targets zusammenwirken, wobei zwei erdfreie Ausgänge der Wechselstromquelle mit je einer ein Target tragenden Kathode verbunden sind, wobei beide Kathoden in der Beschichtungskammer nebeneinanderliegend in einem Plasmaraum vorgese hen sind und zum gegenüberliegenden Substrat je weils etwa den gleichen räumlichen Abstand aufwei sen. Der Effektivwert der Entladespannung wird da bei von einer über eine Leitung an die Kathode an geschlossenen Spannungseffektivwerterfassung ge messen und als Gleichspannung einem Regler über eine Leitung zugeführt, der über ein Regelventil den Reaktivgasfluß vom Behälter in die Verteiler leitung so steuert, daß die gemessene Spannung mit einer Sollspannung übereinstimmt.

Schließlich ist eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere mit nichtleitenden Schichten von elektrisch leitfähigen Targets in reaktiver Atmosphäre bekannt (DE 42 04 999), be stehend aus einer Stromquelle, die mit in einer evakuierbaren Beschichtungskammer angeordneten, Magnete einschließenden Kathoden verbunden ist, die elektrisch mit den Targets zusammenwirken, wo bei zwei elektrisch voneinander und von der Sput terkammer getrennte Anoden angeordnet sind, die in einer Ebene zwischen den Kathoden und dem Substrat vorgesehen sind, wobei die beiden Ausgänge der Se kundärwicklung eines mit einem Mittelfrequenzgene rator verbundenen Transformators jeweils an eine Kathode über Versorgungsleitungen angeschlossen sind, wobei die erste und die zweite Versorgungs leitung über eine Zweigleitung untereinander ver bunden sind, in die ein Schwingkreis, vorzugsweise eine Spule und ein Kondensator, eingeschaltet sind, und wobei jede der beiden Versorgungsleitun gen jeweils sowohl über ein das Gleichspannungspo tential gegenüber Erde einstellendes erstes elek trisches Glied mit der Beschichtungskammer als auch über ein entsprechendes zweites elektrisches Glied mit der jeweiligen Anode und über jeweils eine Zweigleitung mit eingeschaltetem Kondensator mit der Beschichtungskammer verbunden ist und wo bei eine Drosselspule in den den Schwingkreis mit dem zweiten Sekundäranschluß verbindenen Abschnitt der ersten Versorgungsleitung eingeschaltet ist.

Während die bekannten Vorrichtungen sich damit be fassen, das "Arcing", d. h. die Bildung unerwünsch ter Lichtbögen zu verhindern und die Oberfläche der Targets vor der Bildung isolierender Schichten zu bewahren, soll der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht nur die Stabilität des Sputterpro zesses erhöhen, sondern auch die Schichtdic kengleichmäßigkeit steuerbar machen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufga be dadurch gelöst, daß die beiden Ausgänge der Wechselstromquelle jeweils an eine Kathode über Versorgungsleitungen angeschlossen sind, wobei je de der beiden Kathoden in einem eigenen Abteil ei ner Vielzahl von benachbarten, zusammen eine Vaku umkammer bildenden, über einen Durchgang miteinan der verbundenen Abteilen angeordnet ist, wobei die beiden die Kathoden aufweisenden Abteile unmittel bar nebeneinander angeordnet oder durch ein oder mehrere Abteile voneinander abgetrennt, vorgesehen sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Pa tentansprüchen näher erläutert und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der an liegenden Zeichnung, die das Schema einer Vorrich tung zeigt, dargestellt.

Die Vorrichtung besteht aus einer Vakuum-Haupt kammer 3, die durch eine Vielzahl von einzelnen Abteilen 4 bis 8 aufgeteilt ist, wobei alle Abtei le über einen zumindest abschnittsweise mit Hilfe von Rohren oder Schächten 26, 27 gebildeten Durch gang 9 bzw. 10 untereinander in Verbindung stehen und das erste und das letzte der Abteile 1 bzw. 8 jeweils mit einer Kathode 11, 12 ausgestattet ist, wobei die beiden Kathoden 11, 12 über Versorgungs leitungen 13, 14 mit der Wechselstromquelle 15, beispielsweise einem Mittelfrequenz-Generator, verbunden sind. Das zweite, dritte und vierte Ab teil 5, 6 bzw. 7 ist jeweils an eine eigene Vakuum pumpe 16, 17, 18 angeschlossen, wobei die ersten beiden Abteile 7 und 8 untereinander über Öffnun gen 19 bzw. 20 in den jeweiligen Trennwänden 21 bzw. 22 verbunden sind. Die Abteile 4, 6 und 8 sind an Gaszufuhrleitungen 23, 23′ bzw. 24, 24′ bzw. 25, 25′ angeschlossen, über die Prozeßgas in die einzelnen Abteile 4 bis 8 eingelassen werden kann. Das Substrat 2 wird während des Beschichtungsvor gangs entlang dem Durchgang 9, 10 bzw. durch die Rohre oder Schächte 26, 27 transportiert und an den beiden Kathoden 11, 12 vorbei bewegt, wobei die einzelnen Abteilungen 4 bis 8 eine feinfühlige Einstellung der Sputterbedingungen für die beiden Kathoden 11, 12 gestatten.

Die Kathoden 11, 12, die beide zusammen von einem Wechselstromgenerator gespeist werden, sind in den Abteilen 4, 8 angeordnet, die jeweils über Öffnun gen 19, 20 mit den benachbarten Abteilen 5, 7 ver bunden sind, über die die Kathoden-Abteile 4, 8 evakuiert werden. Die Gas-Einlässe 23, 23′ bzw. 25, 25′ versorgen die Kathoden mit Prozeßgas, z. B. Argon. Der Gaseinlaß 24, 24′ versorgt die Kathoden mit Reaktivgas.

Die beschriebene Vorrichtung hat insbesondere fol gende Vorteile:

1. Vereinfachung einer Zwei-Magnetron-Katho den-Vorrichtung dadurch, daß zwei Stan dard-Kathoden 11, 12 hoher Leistung in se paraten Compartments bzw. Abteilen 4, 8 verwendet werden können.
2. Da die Abteile voneinander getrennt sind, können die Kathoden 11, 12 in verschiedenen Sputteratmosphären betrieben werden.
3. Durch 2. ist es möglich, die Arbeitspunkte der beiden Kathoden 11, 12 getrennt einzu stellen, zu steuern, zu regeln.
4. Es ist möglich, die Kathoden 11, 12 in me tallischem Mode zu betreiben, d. h. ohne oder mit wenig Reaktivgas, wobei das Reak tivgas in ein Abteil zwischen den Kathoden eingelassen wird. In diesem Abteil kann das abgeschiedene Material mit dem Reak tivgas unter Plasmaeinwirkung reagieren.
5. Durch das Auseinanderrücken der Kathoden 11, 12 wird zwischen den beiden Kathoden eine Plasmazone sehr großer Ausdehnung er zeugt. Ohne daß zusätzliche Hilfsmittel benötigt werden, kann ein Plasmaband von mehreren Metern Länge mit der Breite der Kathoden erzeugt werden. In diesem Plasma band können Substrate 2 behandelt werden (Ätzen Nitrieren, Aktivieren der Oberflä che . . .).
6. Durch den großen Abstand zwischen den bei den Kathoden 11, 12 wird ein direkter Über schlag erschwert. Damit wird die Stabili tät des Prozesses erhöht.
7. Auf dem Weg zwischen den beiden Kathoden 11, 12 können Druckstufen 5, 6, 7 angeordnet sein, die es gestatten, daß die Sputter gasdrücke in den beiden Kathodenräumen 4 und 8 und auch in dem Zwischenraum 6 zwi schen den Kathoden 11, 12 jeweils unter schiedlich eingestellt werden können.
8. Durch die Druckstufen nach 7. ist es auch möglich, die Kathoden 11, 12 mit unter schiedlichen Gasarten oder -mischungen zu betreiben.
9. Die Öffnung bzw. der Schacht 26, 27 bzw. der Durchgang 9, 10 ermöglicht den Trans port des Substrats 2, wobei der Substrat transport auch durch Spaltschleusen vom Plasma getrennt vorgenommen werden kann.
10. Die Vorrichtung ist geeignet, um großflä chiges PECVD durchzuführen. Auch beim großflächigen Plasmabehandeln bietet diese Vorrichtung Vorteile, d. h. beim Ätzen und Entgasen von eingeschleusten Substraten. Schließlich ist das Entgasen einer Stan dard-Glasanlage auf diese Weise denkbar, indem zwischen der ersten und der letzten DC-Kathode der Gesamtanlage oder zwischen zusätzlichen Kathoden vorzugsweise mit Ti-Target während des Anpumpens ein Mit telfrequenzplasma gezündet wird.

Bezugszeichenliste

2 Substrat
3 Vakuum-Hauptkammer
4 Abteilung
5 Abteilung
6 Abteilung
7 Abteilung
8 Abteilung
9 Durchgang
10 Durchgang
11 Sputterkathode
12 Sputterkathode
13 Versorgungsleitung
14 Versorgungsleitung
15 Wechselstromquelle
16 Vakuumpumpe
17 Vakuumpumpe
18 Vakuumpumpe
19 Öffnung
20 Öffnung
21 Trennwand
22 Trennwand
23, 23′ Gaszufuhrleitung
24, 24′ Gaszufuhrleitung
25, 25′ Gaszufuhrleitung
26 Rohrschacht
27 Rohrschacht
28 Trennwand
29 Trennwand

Claims

1. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats (2), insbesondere mit nichtleitenden Schich ten von elektrisch leitfähigen Targets in re aktiver (z. B. oxydierender) Atmosphäre, be stehend aus einer Wechselstromquelle (15), die mit zwei Magnete einschließenden Kathoden (11, 12) verbunden ist, die elektrisch mit den Targets zusammenwirken, die zerstäubt werden und deren abgestäubte Teilchen sich auf dem Substrat (2) niederschlagen, wobei der eine Pol der Wechselstromquelle (15) an die eine Kathode (11) und der andere Pol an die andere Kathode (12) über Versorgungsleitungen (13, 14) angeschlossen ist, wobei jede der beiden Kathoden (11, 12) in einem eigenen Ab teil (4, 8) einer Vielzahl von benachbart an geordneten, zusammen eine Vakuumkammer (3) bildenden, über einen Durchgang (9) miteinan der verbundenen Abteilen (4 bis 8) vorgesehen ist, wobei die beiden die Kathoden (11, 12) aufweisenden Abteile (4, 8) unmittelbar neben einander angeordnet oder durch ein oder meh rere Abteile (5, 6, 7) voneinander abgetrennt, vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß des erste und das letzte Abteil (4 bzw. 8) von in einer Reihe nebeneinander liegenden Abteilen (4 bis 8) jeweils mit ei ner Kathode (11 bzw. 12) ausgestattet sind, wobei in beide Abteile (4, 8) zusätzlich Gas leitungen einmünden, über die ein Prozeßgas in diese Abteile einleitbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchgang (9 bzw. 10) für den Transport der Substrate (2) durch die Ka thodenstationen (4 und 8) partiell über in einer Flucht angeordnete Rohre oder Schächte (26, 27) erfolgt, die durch einzelne Abteilun gen voneinander abtrennende Wände (21, 28 bzw. 22, 29) dichtend hindurchgeführt sind, wobei die Abteile (5 bzw. 7) durch die die Rohre oder Schächte (26, 27) hindurchragen, über Durchbrüche oder Öffnungen (19 bzw. 20) in den Trennwänden (21 bzw. 22) mit den Abteilen (4, 8) für die Kathoden (11, 12) korrespondie ren.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die mit den Kathoden (11, 12) ausgestatte ten Abteile (4, 8) Leitungen (23, 23′) bzw. (25, 25′) einmünden, über die Argon in diese Abteile (4, 8) einlaßbar ist, wobei in ein zwischen den beiden Kathoden-Abteilen (4, 8) angeordnetes drittes Abteil (6) weitere Lei tungen (24, 24′) einmünden, über die ein Reak tivgas einlaßbar ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den beiden mit Kathoden (11, 12) versehenen Abteilen (4, 8) angeordneten Abtei le (5, 6, 7) jeweils mit Vakuumpumpen (16, 17, 18) verbunden sind.