HK1008111B

HK1008111B - Magnetron sputtering device and method for thin film coating

Info

Publication number: HK1008111B
Application number: HK98107302.1A
Authority: HK
Inventors: E. Cole Barrett
Original assignee: Honeywell Inc.
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1998-06-27
Publication date: 1999-04-30

Claims

Magnetron-Zerstäubungseinrichtung zur Verwendung bei der Ablagerung eines Dünnfilmmaterials auf einem Substrat, umfassend:
eine luftdichte Zerstäubungskammer (10), die einen Gasdruck aufrechterhalten kann, der für eine Entladung erforderlich ist und eine im wesentlichen zylindrische Außenwand (12) und eine erste (14) und eine zweite Abdeckung (114) senkrecht zu einer zentralen Achse der zylindrischen Außenwand besitzt;

eine Kathodenanordnung (19) innerhalb der Kammer in enger Nachbarschaft zu der ersten Abdeckung (14) der Kammer, wobei die Kathodenanordnung ein Schichtmaterial (38) auf einer ebenen Schichtoberfläche der Kathodenanordnung gegenüber der ersten Abdeckung aufweist;

eine Magnetanordnung (40) hinter der Kathodenanordnung und gegenüber der Schichtoberfläche, wobei die Magnetanordnung magnetische Kraftlinien besitzt, die aus der Schichtoberfläche austreten und zu dieser zurückkehren;

eine Hochfrequenzquelle (26) mit einem elektrischen Potential und einem Paar von Kontakten, wobei ein erster Kontakt elektrisch mit der Kammer und ein zweiter Kontakt elektrisch mit der Kathodenanordnung (19) verbunden ist; und

eine Substrat-Handhabungseinrichtung (80) innerhalb der Kammer zum Halten mehrerer Substrate (50), dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Handhabungseinrichtung (80) in einer solchen Ausrichtung angeordnet ist, daß die zu beschichtende Substratoberfläche senkrecht und benachbart zu der Schichtoberfläche ist, daß die Substrat-Handhabungseinrichtung die Substrate zu einer Drehung um eine erste Achse (90) veranlaßt, die senkrecht zu der Schichtoberfläche gerichtet ist und die Substrate zu einer Drehung um eine zweite Achse (92) veranlaßt, die parallel zu der Schichtoberfläche gerichtet ist.
Magnetron-Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zur Verwendung beim Aufbau von Spiegeln durch Zerstäubung einer Kombination von abwechselnden Materialschichten auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Kathodenanordnung umfaßt:
a1) eine erste innerhalb der Kammer (10) in enger Nachbarschaft zu der ersten Abdeckung (14) angeordnete Kathodenanordnung (19), wobei die erste Kathodenanordnung ein erstes Schichtmaterial (38) auf einer ersten Schichtoberfläche der ersten Kathodenanordnung aufweist und die erste Schichtoberfläche entgegengesetzt zu der ersten Abdeckung und senkrecht zur zentralen Achse angeordnet ist; und

a2) eine zweite innerhalb der Kammer in enger Nachbarschaft zu der zweiten Abdeckung (114) der Kammer (10) angeordnete Kathodenanordnung (119), wobei ein zweites Schichtmaterial (138) auf einer zweiten Schichtoberfläche der zweiten Kathodenanordnung angeordnet ist und die zweite Schichtoberfläche entgegengesetzt zu der zweiten Abdeckung und parallel zu der ersten Schichtoberfläche angeordnet ist;

b) eine Zerstäubungsabschirmung (70), die zwischen der ersten Kathodenanordnung (19) und der zweiten Kathodenanordnung (119) angeordnet ist, wobei die Zerstäubungsabschirmung das erste Schichtmaterial auf einer Oberfläche gegenüber der ersten Kathodenanordnung und das zweite Schichtmaterial auf einer Oberfläche gegenüber der zweiten Kathodenanordnung trägt;

c) die Magnetanordnung umfaßt:
c1) eine erste Magnetanordnung (40) hinter der ersten Kathodenanordnung (19) und entgegengesetzt zu der ersten Schichtoberfläche, wobei die erste Magnetanordnung magnetische Kraftlinien besitzt, die die erste Schichtoberfläche verlassen und zu der ersten Schichtoberfläche zurückkehren;

c2) eine zweite Magnetanordnung (140) hinter der zweiten Kathodenanordnung (119) und entgegengesetzt zu der zweiten Schichtoberfläche, wobei die zweite Magnetanordnung magnetische Kraftlinien besitzt, die die zweite Schichtoberfläche verlassen und zu der zweiten Schichtoberfläche zurückkehren; und

d) die Hochfrequenzquelle (26) umschaltbar ist, indem sie mit einem Kontakt an die Kammer angeschlossen ist und mit einem zweiten Kontakt schaltbar entweder mit der ersten Kathodenanordnung (19) oder der zweiten Kathodenanordnung (119) verbindbar ist; und

e) die Substrat-Handhabungseinrichtung (80) zum Positionieren der Substrate in einer von mehreren Positionen angeordnet ist, wobei eine erste Position dergestalt ist, daß ein radialer Vektor senkrecht zur Substratoberfläche die zentrale Achse zwischen der ersten Kathodenanordnung (19) und der Zerstäubungsabschirmung (70) senkrecht schneidet und eine zweite Position dergestalt ist, daß ein radialer Vektor senkrecht zur Substratoberfläche die zentrale Achse zwischen der zweiten Kathodenanordnung (119) und der Zerstäubungsabschirmung (70) senkrecht schneidet.
Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Handhabungseinrichtung ein ringförmiges Element (80) mit mehreren auf dessen Innenseite befindlichen Substrathaltern (86) umfaßt, wobei die Substrathalter um eine radiale Achse (92) des ringförmigen Elementes gedreht werden können.
Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrathalter (86) elektrisch mit einer im voraus festgelegten Grundspannung vorgespannt sind.
Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrat-Handhabungseinrichtung eine erste Dreheinrichtung aufweist, um die Substrate um die zentrale Achse zu drehen und eine zweite Dreheinrichtung aufweist, um die Substrate um eine Achse senkrecht zu der Substratoberfläche zu drehen.
Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Schichtoberfläche kreisförmig ist.
Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Magnetanordnung (40) den Austritt der magnetischen Kraftlinien aus der ersten Schichtoberfläche (38) in einem zentralen Teil und ein radiales Erstrecken nach außen veranlaßt, bis die Kraftlinien zu der ersten Schichtoberfläche an einem äußeren Teil zurückkehren und wobei die zweite Magnetanordnung (140) den Austritt der magnetischen Kraftlinien aus der zweiten Schichtoberfläche (138) in einem zentralen Teil und ein radiales Erstrecken nach außen veranlassen, bis die Kraftlinien zu der zweiten Schichtoberfläche an einem äußeren Teil zurückkehren.
Zerstäubungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsabschirmung (70) ein erstes Schichtmaterial auf einer Oberfläche parallel und gegenüber der ersten Schichtoberfläche aufweist und daß die Zerstäubungsabschirmung das zweite Schichtmaterial auf einer Oberfläche parallel und gegenüber der zweiten Schichtoberfläche aufweist.
Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit mehreren Dünnfilmen, umfassend die Schritte:
a. Positionieren eines Substrates (50) gegenüber einer ersten Kathode (19), so daß das Substrat senkrecht zu einer ersten Schichtoberfläche der ersten Kathode ist, wobei die erste Kathode und das Substrat beide innerhalb einer gasgefüllten Kammer angeordnet sind;

b. Anlegen eines elektrischen Potentiales zwischen der ersten Kathode und der gasgefüllten Kammer zur Bildung einer Gasentladung innerhalb der gasgefüllten Kammer und dadurch Hervorrufen einer Zerstäubung von Material von der Schichtoberfläche auf das Substrat und Drehung des Substrates und eine Achse, welche senkrecht zu der ersten Schichtoberfläche ist und gleichzeitige Drehung des Substrates um eine Achse, welche senkrecht zu der Oberfläche des Substrates ist:

c. erneute Positionierung des Substrates (50) gegenüber der zweiten Kathode (119), so daß das Substrat senkrecht zu einer zweiten Schichtoberfläche der zweiten Kathode ist, wobei die zweite Kathode und das Substrat beide innerhalb einer gasgefüllten Kammer angeordnet sind;

d. Anlegen eines elektrischen Potentials zwischen der zweiten Kathode und der gasgefüllten Kammer, um eine Gasentladung innerhalb der gasgefüllten Kammer zu bilden und dadurch die Zerstäubung von Material von der zweiten Schichtoberfläche auf das Substrat hervorzurufen und gleichzeitige Drehung des Substrates um eine Achse, welche senkrecht zu der zweiten Schichtoberfläche ist, während das Substrat gleichzeitig um eine Achse gedreht wird, die senkrecht zu der Oberfläche des Substrates ist.