DE102004036170A1

DE102004036170A1 - Vakuumbeschichtungsanlage und Verfahren zur Vakuumbeschichtung

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Publication number: DE102004036170A1
Application number: DE102004036170A
Authority: DE
Inventors: Marten Dr. Walther; Tobias Dr. Kälber; Stefan Dr. Bauer; Hartmut Bauch; Jörg Gerban
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: WO2006010451A2; WO2006010451A3; DE102004036170B4; JP5224810B2; EP1771600A2; JP2008507629A; US20080210550A1

Abstract

Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten vor, welche eine Vakuumkammer, eine Einrichtung zur Halterung wenigstens eines Substrats, zumindest einen ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zumindest einen zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur Sputterbeschichtung sowie eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats in die Beschichtungsbereiche umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Vakuumbeschichtung oder Vakuumabscheidung auf Substraten, insbesondere betrifft die Erfindung eine Vakuumbeschichtungsanlage und ein Verfahren zur Vakuumbeschichtung.

Es sind verschiedene Verfahren zur Vakuumabscheidung, wie physikalische und chemische Dampfphasenabscheidung bekannt. Die Wahl des Abscheideverfahrens zur Beschichtung eines Substrats hängt dabei unter anderem davon ab, welche Materialien abgeschieden werden sollen. Im allgemeinen sind dabei insbesondere nicht alle Abscheideverfahren für eine bestimmte Schichtzusammensetzung gleich gut geeignet. So können beispielsweise Schichten mit niedrigem Dampfdruck auch bei hohen Temperaturen nicht oder nur schlecht durch Aufdampfen aufgebracht werden. Andererseits kann es aufgrund von Abschirmeffekten problematisch sein, elektrisch leitende Schichten mittels plasmainduzierter chemischer Damfphasenabscheidung aufzubringen.

Die WO 00/52221 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur simultanen PVD- und CVD-Beschichtung von langgestreckten Substraten. Das langgestreckte Substrat, wie beispielsweise ein Gewebe oder eine Folie wird durch Beschichtungsstationen zur PVD- und CVD-Beschichtung geführt, wobei die jeweiligen in einer Beschichtungsstation befindlichen Bereiche des Substrats simultan beschichtet werden. Die Beschichtungsstationen sind dabei räumlich und vakuumtechnisch durch Barrieren mit Öffnungen für das Substrat voneinander getrennt.

Ein solches Verfahren ist aber für viele Substrate aufgrund ihrer geringen Abmessungen nicht möglich.

Außerdem kann es auch wünschenswert sein, verschiedene Schichten nacheinander aufzubringen. Insbesondere bei bestimmten Kombinationen von PVD- und CVD-Prozessen kann es von Vorteil oder sogar notwendig sein, PVD- und CVD-Beschichtung sequentiell zu betreiben, so dass sich die Prozesse gegenseitig nicht stören können. So kann etwa eine sauerstoffhaltige Atmosphäre für eine CVD-Beschichtung zu einer unerwünschten Oxidation des Targetmaterials für einen Sputterprozeß führen, falls die Targetoberfläche nicht ausreichend geschützt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Vakuumabscheiden unter Verwendung verschiedener Abscheideverfahren zu verbessern. Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dementsprechend sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten vor, welche eine Vakuumkammer, eine Einrichtung zur Halterung wenigstens eines Substrats, zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur Sputterbeschichtung, sowie eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats in die Beschichtungsbereiche umfasst.

Bei einem Verfahren zur Vakuumbeschichtung von Substraten gemäß der Erfindung, welches insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung ausgeführt werden kann, wird in einer Vakuumkammer zumindest ein Substrat gehaltert, in zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer auf dem Substrat wenigstens eine Lage einer Beschichtung mittels plasmaimpuls-induzierter chemischer Dampfphasenabscheidung (PICVD) und in zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer wenigsten eine Lage der Beschichtung durch Sputtern abgeschieden und das Substrat mittels einer Transporteinrichtung in die Beschichtungsbereiche transportiert.

Zum Sputtern können alle gängigen Verfahren eingesetzt werden. Insbesondere ist aufgrund der vergleichsweise hohen Abscheideraten an Magnetron-Sputtereinrichtungen gedacht. Es können aber auch andere Verfahren, wie Elektronzyklotronresonanz-Sputtern (ECR-Sputtern) oder Ionenstrahl-Sputtern eingesetzt werden.

Unter einem Beschichtungsbereich im Sinne der Erfindung wird ein Bereich in der Vakuumkammer verstanden, in welchem ein dort angeordnetes Substrat beschichtet werden kann. Insbesondere wird beim PICVD-Beschichten im Beschichtungsbereich das Plasma für die Vakuumabscheidung erzeugt.

Insbesondere kann das Substrat mittels der Transporteinrichtung sequentiell in den Beschichtungsbereichen angeordnet und in den Beschichtungsbereichen jeweils zumindest eine Lage der Beschichtung abgeschieden werden, um mehrlagige Beschichtungen zu erzeugen.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von PICVD-Beschichtung und Sputterbeschichtung innerhalb einer Beschichtungsanlage können nun erstmals Beschichtungen abgeschieden werden, die sonst allenfalls nur in getrennten Anlagen hergestellt werden konnten, was unter Umständen dann auch eine Oxidation oder anderweitige Reaktion mit atmosphärischen Komponenten zur Folge hat. Das PICVD-Verfahren erlaubt außerdem bei nur geringer Temperaturbelastung des Substrats hohe Strahlungsleistungen zur Erzeugung des Plasmas, da die eine hohe Strahlungsleistung nur während der Pulsdauer zugeführt wird. Auf diese Weise sind erfindungsgemäß auch neuartige beschichtete Substrate herstellbar, deren Beschichtung sowohl zumindest eine gesputterte, als auch zumindest eine PICVD-beschichtete Lage aufweisen. Derartige Produkte können unter Verwendung der Erfindung nicht nur wirtschaftlicher und schneller hergestellt werden, aufgrund der in-situ-Kombination dieser Verfahren ohne einen Kontakt zur Atmosphäre weisen derartige Produkte auch eine bessere Qualität, insbesondere hinsichtlich einer geringeren Fremdkontamination der Beschichtung auf.

Um die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahren zu erhöhen, ist es auch zweckmäßig, eine Transporteinrichtung zum gleichzeitigen Transport mehrerer Substrate vorzusehen. Die Substrate können so auf der Transporteinrichtung angeordnet und nacheinander oder gleichzeitig beschichtet werden. Eine derartige Anordnung ist auch für den Labor- oder Testbetrieb sinnvoll, da die Substrate nicht alle mit derselben Beschichtung versehen werden müssen. Vielmehr können damit ohne einen Ein- oder Ausschleusevorgang verschiedenartige Beschichtungen abgeschieden und damit beispielsweise Meß- oder Testserien durchgeführt werden.

Um bestimmte Schichten herzustellen, kann es andererseits auch wünschenswert sein, eine kontrollierte Reaktion bei der Sputterbeschichtung herbeizuführen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann daher das Sputtern auch reaktives Sputtern, beziehungsweise die Einrichtung zur Sputterbeschichtung eine Einrichtung zum reaktiven Sputtern umfassen.

Dabei können insbesondere Oxid- und/oder Nitridschichten erzeugt werden, indem Sauerstoff und/oder Stickstoff in die Vakuumkammer eingelassen wird, um eine Reaktion der abgeschiedenen Schicht mit der sauerstoff- und/oder stickstoffhaltigen Atmosphäre in der Kammer herbeizuführen. Dies kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beispielsweise jeweils während des Aufsputterns einer Schicht durchgeführt werden, ohne eine Targetvergiftung herbei zu führen, wobei entsprechend den Gasbestandteilen ein sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Plasma zum Absputtern des Targets erzeugt wird. Das Gas kann beispielsweise im ersten Beschichtungsbereich mittels einer Gaszuführung für die Einrichtung zur PICVD-Beschichtung eingelassen werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Umwandlung einer Beschichtung durch kontrollierte Reaktion ist, zumindest eine abgeschiedene Lage der Beschichtung in der Vakuumkammer mittels eines sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas zu nitrieren oder oxidieren. Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu eine Einrichtung zur Erzeugung eines stickstoff- und/oder sauerstoffhaltigen Plasmas vorgesehen. Insbesondere kann die Einrichtung zur PICVD-Beschichtung oder die Einrichtung zur Sputterbeschichtung auch für die Erzeugung eines derartigen Plasmas ausgebildet sein, so dass die Einrichtung zur Erzeugung eines stickstoff- und/oder sauerstoffhaltigen Plasmas Bestandteil zumindest einer dieser Einrichtungen ist. Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht dabei vor, dass in zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer eine Lage einer Beschichtung auf das Substrat aufgesputtert, das Substrat mit der Transporteinrichtung in einem zweiten Beschichtungsbereich angeordnet und dort mittels eines sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas oxidiert und/oder nitriert wird, um Oxid- und/oder Nitridschichten herzustellen. Um größere Schichtdicken solcher Oxid- und/oder Nitridschichten zu erzeugen, kann dieser Vorgang auch mehrmals durch wiederholtes Transportieren des Substrats zwischen den Beschichtungsbereichen ausgeführt werden.

Ein mit der Einrichtung zur PICVD-Beschichtung oder der Einrichtung zur Sputterbeschichtung erzeugbares Plasma kann auch vorteilhaft dazu verwendet werden, die Substratoberfläche mittels des Plasmas zu aktivieren oder zu reinigen. Beispielsweise kann auch hierzu ein sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Plasma verwendet werden. Das Aktivieren ist unter anderem bei Kunststoff-Substraten, wie etwa PMMA-Substraten günstig, um die Haftung nachfolgend aufgebrachter Schichten zu verbessern. Allgemein kann das Aktivieren und/oder Reinigen als Vor-Zwischen- oder Nachbehandlungsschritt durchgeführt werden.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine oder mehrere Einrichtungen zur Rotation des Substrats. Das Rotieren des Substrats mit der Transporteinrichtung kann beispielsweise dazu dienen, das Substrat auf einer kreisförmigen Transportbahn in die Beschichtungsbereiche zu bewegen. Insbesondere können dabei die Beschichtungsbereiche entlang der Umfangsrichtung eines kreisförmigen Abschnitts der Transportbahn der Transporteinrichtung angeordnet sein, so dass die Substrate durch die Rotation entlang der Transportbahn durch die Beschichtungsbereiche gefahren und vor den Beschichtungseinrichtungen angeordnet und beschichtet werden. Es kann darüber hinaus auch von Vorteil sein, mittels einer entsprechenden Einrichtung das Substrat um mehrere Achsen zu rotieren. Als Transportbahn wird im Sinne der Erfindung der Weg verstanden, entlang welchem die Substrate oder Substrathalter in der Vakuumkammer bewegt werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Bewegung mehrerer Substrate unabhängig voneinander anzusteuern, um einen flexibel anpassbaren Beschichtungsprozess zu ermöglichen. Dazu kann die Transporteinrichtung vorteilhaft mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Einrichtungen zur Bewegung von Substraten umfassen.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung wird das Substrat mittels einer entsprechend ausgebildeten Transporteinrichtung linear in der Vakuumkammer bewegt. Selbstverständlich kann eine lineare auch mit einer kreisförmigen Bewegung des Substrats kombiniert werden, etwa, indem die Transportbahn lineare und kreisförmige Abschnitte aufweist, oder die Substrate auf rotierbaren Haltern linear geführt werden. In Verbindung mit einer linearen Bewegung des Substrats ist es gemäß einer Weiterbildung auch zweckmäßig, wenn zumindest eine der Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) oder die Einrichtungen zur Sputterbeschichtung entlang zumindest eines linearen Abschnitts der Transportbahn der Transporteinrichtung angeordnet sind, so dass die Substrate beim Transport in die einzelnen Beschichtungsbereiche gelangen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht insbesondere vor, das Substrat während der Beschichtung zu bewegen. Dies ist insbesondere sinnvoll, um gleichmäßige Beschichtungen herzustellen, da durch eine Bewegung des Substrats Inhomogenitäten der Sputter- oder PICVD-Plasma-Beschichtung ausgemittelt werden können.

Die Transporteinrichtung kann neben der Beförderung der Substrate auch noch weitere Funktionen haben. So kann beispielsweise die Transporteinrichtung auch eine Trennung der Beschichtungsbereiche bewirken. Dies ist unter anderem sinnvoll, um einen Druckgradienten in der Vakuumkammer aufrechtzuerhalten und/oder eine elektromagnetische Abschirmung zu erzielen. Eine derartige Trennung der Beschichtungsbereiche kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Transporteinrichtung einen Substrathalter umfasst, welcher zwischen gegenüberliegenden Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zur Sputterbeschichtung angeordnet ist.

Gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich eine Absperrvorrichtung zur Absperrung des Sputtertargets vorhanden sein. Damit kann das Sputtertarget während einer plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung oder während einer Reinigungsprozedur zur Entfernung von Wasser oder z.B. einer Oxidschicht auf dem Substrat abgesperrt werden, um eine Kontamination des Sputtertargets zu verhindern. Gleichzeitig dient die Absperrvorrichtung beim Sputtern in geschlossener Position, d.h. sich vor der Targetoberfläche befindend als Abscheidefläche von oxidiertem/nitriertem Targetmaterial -insbesondere bei einer Reinigung des Targets-, um die Substratoberfläche zu schützen.

Zur Erhöhung des Durchsatzes und Verbesserung der Wirtschaftlichkeit können gemäß noch einer Weiterbildung der Erfindung mehrere Substrate parallel oder sequentiell mit zumindest einer Lage der Beschichtung beschichtet werden. Die mehreren Substrate können dabei beispielsweise zusammen in einem Beschichtungsbereich angeordnet werden. Es können auch mehrere Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und/oder mehrere Einrichtungen zur Sputterbeschichtung vorhanden sein. Die Einrichtungen können dabei auch zumindest zum Teil parallel betrieben werden, so dass beispielsweise mit jeder der gleichzeitig betriebenen Beschichtungseinrichtungen jeweils parallel auf ein oder mehrere im zugeordneten Beschichtungsbereich angeordnete Substrate eine Lage einer Beschichtung abgeschieden wird. Beispielsweise können die Substrate auch durch die jeweiligen Beschichtungsbereiche der Einrichtungen hindurchbewegt und dabei jeweils eine bestimmte Lage abgeschieden werden, so dass eine mehrlagige Beschichtung entsteht.

Sowohl beim Aufsputtern, als auch beim PICVD-Beschichten wird Prozessgas für das jeweilige Plasma eingesetzt. Um die dabei anfallenden Gasmengen abzuführen, ist es vorteilhaft, ein leistungsfähiges Pumpsystem vorzusehen. Die Leistungsfähigkeit eines Pumpsystems wird unter anderem durch den Querschnitt und den Ort des Anschlusses der Vakuumkammer an das Pumpsystem bestimmt. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht dazu vor, eine Pumpeinrichtung mit mehreren Anschlüssen an die Vakuumkammer zu verwenden. Insbesondere kann gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform jedem Beschichtungsbereich wenigstens ein Anschluss zugeordnet sein. Beispielsweise können die an die Anschlüsse angeschlossenen Pumpen entsprechend den bei den verschiedenen Beschichtungsarten anfallenden Gasmengen in ihrer Pumpleistung dimensioniert werden, um eine optimale Abpumpleistung mit minimalem Aufwand zu erhalten.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsfornm der Erfindung ist zusätzlich noch zumindest eine Einrichtung zum Aufdampfen einer Beschichtung vorgesehen. Durch die Möglichkeit, auch eine Schicht durch Aufdampfen abzuscheiden, kann die Vielfalt der aufbringbaren Schichtsysteme weiter erhöht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren, beziehungsweise die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung sind durch die Kombination von PICVD- und Sputterbeschichtungen in einer Beschichtungskammer zur Herstellung einer Vielzahl verschiedener Beschichtungen für Substrate, beispielsweise zur Abscheidung einer mehrlagigen Beschichtung mit Lagen unterschiedlicher Zusammensetzung, mehrlagige Wechselschichten mit abwechselnder Zusammensetzung, eine Beschichtung mit abgeschiedener Haftvermittlerschicht, und/oder einer Gradientenschicht geeignet. Durch das Aufsputtern kann auch zumindest eine metallische und/oder eine magnetische Schicht abgeschieden und beispielsweise mit einer oder mehreren PICVD-Lagen der Beschichtung kombiniert werden. Eine interessante Anwendung ist unter anderem die Sputterbeschichtung von Kunststoffsubstraten. Kunststoff ist vielfach nicht gut mit haltbaren Schichten durch Sputtern zu beschichten. Erfindungsgemäß kann aber eine Haftvermittlerschicht mittels PICVD aufgebracht werden, auf der die aufgesputterte Schicht gut haftet.

Die Anwendungsbereiche und die Funktion erfindungsgemäß hergestellter Schichten sind entsprechend vielfältig. Beispielsweise können mit der PICVD-Beschichtung Barriereschichten hergestellt werden, welche darunter liegende Schichten, wie etwa eine aufgesputterte Metallschicht vor Degradation, insbesondere vor Oxidation schützen. Auch Beschichtungen mit Antikratz- und/oder Antihafteigenschaften können abgeschieden werden. Ein weites Feld sind auch Beschichtungen mit optischen Funktionen, wie etwa Vergütungsschichten oder Interferenzfilterschichten, die erfindungsgemäß aufgebracht werden können.

Auch ist das Verfahren gut geeignet, um elektrisch leitfähige, transparente Schichten herzustellen, die dann außerdem auch noch mit einer oder mehreren weiteren Schichten geschützt werden können. Auch können solche Schichten auf eine erfindungsgemäß insbesondere mittels PICVD abgeschiedene Haftvermittlerschicht aufgebracht werden, um die Haftung zu verbessern. Gedacht ist hier unter anderem an das Abscheiden einer Indium-Zinn-Oxidschicht. Eine Anwendung für solche Beschichtungen sind unter anderem Displays, wie etwa für ein Mobiltelefon oder insbesondere einen PDA ("portable digital assistant", beziehungsweise Palm-Computer) oder einen Touchscreen. Speziell bei einem PDA oder einem Touchscreen werden Informationen für das Informationsverarbeitungssystem durch Berührung des Displays eingegeben, so dass ein Antikratzschutz auf dem Display von Vorteil für die Lebensdauer ist.

Auch Zirkon, Niob oder Tantal enthaltende Schichten, wie beispielsweise deren Oxide oder Nitride oder Legierungen mit diesen Materialien lassen sich mit PICVD im allgemeinen nur unter Schwierigkeiten herstellen. Mittels der Erfindung können solche Schichten aber aufgesputtert und eventuell mit PICVD-Beschichtungen vorteilhaft kombiniert werden.

Noch eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine Lage der Schicht mittels Elektronzyklotronresonanz-Sputtern (ECR-Sputtern) abgeschieden wird. Schichten, die mit diesem Abscheideverfahren aufgebracht werden, zeichnen sich vielfach durch eine besonders hohe Dichte und Defektfreiheit aus. Zur Herstellung solcher Schichten kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Elektronzyklotronresonanz-Sputtern umfassen, wobei dazu die Einrichtung zur Sputterbeschichtung entsprechend konstruktiv angepasst sein kann, und/oder wobei die Einrichtung zum Elektronzyklotronresonanz-Sputtern zusätzlich zu den Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zur Sputterbeschichtung vorgesehen sein kann.

Noch eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zumindest Teile der Vakuumkammer oder das Substrat beheizt werden. Dazu kann die Vorrichtung zusätzlich eine Heizeinrichtung aufweisen. Eine Beheizung der Kammer kann beispielsweise von Vorteil sein, um einen Niederschlag von Prozessgasbestandteilen in der Kammer zu verhindern. Weiterhin kann das Beheizen des Substrats beispielsweise beim Sputtern von Schichten günstig sein, um besonders dichte Schichten herzustellen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
Es zeigen:
1 eine schematische Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung mit einer Variante der in 1 gezeigten Pumpeinrichtung,
3 eine Ausführungsform eines Substrathalters einer Transporteinrichtung,
4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten,
5 eine Variante der in 4 dargestellten Ausführungsform,
6 Teile einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Transporteinrichtung mit Transportband,
7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß beschichteten Substrats,
8 einen PDA mit einer erfindungsgemäß beschichten Displayscheibe, und
9 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäß beschichtete Displayscheibe.
In 1 ist eine schematische Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten dargestellt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Vakuumkammer 3, in welcher eine Transporteinrichtung 7 zum Transport von Substraten 5 in Beschichtungsbereiche 11, 12 der Vakuumkammer 3 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin eine dem Beschichtungsbereich 11 zugeordnete Einrichtung 9 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und eine dem Beschichtungsbereich 12 zugeordnete Einrichtung 13 zur Sputterbeschichtung auf.
Die Transporteinrichtung 7 umfasst bei der in 1 dargestellten Ausführungsform einen drehbaren Substrathalter 71, auf dem mehrere Substrate 5 -bei der in 1 gezeigten Vorrichtung beispielhaft vier Substrate 5 -angeordnet, gleichzeitig durch Rotation transportiert und nacheinander oder auch in bestimmten Fällen gleichzeitig beschichtet werden können. Durch die Rotation der Substrate 5 auf der Transporteinrichtung 7, beziehungsweise dessen Substrathalter 71 können die Substrate 5 jeweils in die Beschichtungsbereichen 11, 12 zur Abscheidung einer PICVD- oder Sputterschicht transportiert werden. Aufgrund dieser Anordnung ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel eine kreisförmige Transportbahn, entlang welcher die Beschichtungsbereiche 11, 12 angeordnet sind.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist außerdem der Substrathalter 71 der Transporteinrichtung 7 zwischen gegenüberliegenden Einrichtungen 9, 13 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und Sputterbeschichtung angeordnet. Auf diese Weise wird eine gewisse Trennung der Beschichtungsbereiche 11, 12 mit den Beschichtungseinrichtungen 9, 13 erreicht. Dadurch wird eine zumindest teilweise elektromagnetische Abschirmung und/oder eine Druckbarriere zwischen den Beschichtungsbereichen 11, 12 erreicht.
Zur Bereitstellung des Prozess- und Sputtergases ist eine Gasversorgung 17 vorgesehen, welche an Gaseinlässe 171 an den Beschichtungsbereichen 11, 12 angeschlossen ist. Mit den Gaseinlässen 171 kann dann jeweils ein geeignetes Prozeß-Prozess- oder Sputtergas in die Beschichtungsbereiche 11, 12 zur Erzeugung eines Plasmas für die PICVD-Abscheidung, beziehungsweise zur Kathodenzerstäubung eines Targets zur Sputterbeschichtung eines Substrats 5 eingelassen werden.
Die Einrichtung zur Sputterbeschichtung 13 umfasst neben den zugeordneten Gaseinlässen 171 ein Sputtermagnetron 131, ein Hochspannungs-Netzteil 133 zur Versorgung des Sputtermagnetrons 131, eine zwischen Netzteil 133 und Magnetron 131 geschaltete Einrichtung zur Lichtbogen-Unterdrückung 132 und ein Sputtertarget 135. Zusätzlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Absperrvorrichtung 134 zur wahlweisen Absperrung des Sputtertargets 135 vorgesehen. Eine zeitweise Absperrung des Targets ist insbesondere zur Vermeidung einer Kontamination während bestimmter Behandlungsschritte des oder der zu beschichtenden Substrate 5 vorteilhaft. So kann das Sputtertarget 135 beispielsweise während einer plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung oder während einer Reinigungsprozedur zur Entfernung von Wasser oder einer Oxidschicht auf dem Substrat 5 abgesperrt werden, um einen Niederschlag einer PICVD-Beschichtung, beziehungsweise von Wasser oder vom Substrat stammenden Oxiden vermieden werden. Umgekehrt können bei einer Reinigungsprozedur des Sputtertargets in der Kammer befindliche Substrate vor einem Niederschlag von abgesputtertem Material geschützt werden. Dem über die Gaseinlässe 171 zugeführten Sputtergas können neben den üblichen Edelgasen mittels der Gasversorgung 17 auch zusätzlich Gase zur reaktiven Sputterbeschichtung beigemengt werden. Auch können solche Gase, wie insbesondere Stickstoff und/oder Sauerstoff über die Gaseinlässe 171 der Einrichtung 9 zur PICVD-Beschichtung eingelassen werden. Mit diesen Gasbestandteilen bildet sich dann ein sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Plasma bei der Sputterbeschichtung. Im Plasma kommt es dann beispielsweise zur Bildung von reaktiven Radikalen dieser Gase, welche eine Oxidation, beziehungsweise Nitrierung der Schichtbestandteile bewirken.
Die Einrichtung 9 zur PICVD-Beschichtung umfasst neben den Gaseinlässen 171 für den Einlass des Prozessgases eine Antenne 90 zur Zuführung der elektromagnetischen Strahlung für die Zündung des Plasmas und einen Generator 92 für die Erzeugung gepulster elektromagnetischer Energie. Zusätzlich ist eine zwischen Antenne 90 und Generator 92 geschaltete Abstimmeinheit 91 vorgesehen, mit welcher die Einkopplung der Strahlung in den Beschichtungsbereich 11 eingestellt und optimiert werden kann. Der Generator 92 kann beispielsweise zur Erzeugung von Mikrowellen eingerichtet sein. Bevorzugt wird eine Mikrowellenfrequenz von 2,45 GHz zur PICVD-Beschichtung verwendet.
Die Einrichtung 9 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung kann auch andere Funktionen als die Abscheidung einer PICVD-Schicht übernehmen. So ist gemäß einer Ausfürungsform der Erfindung eine Einrichtung zur Erzeugung eines stickstoff- und/oder sauerstoffhaltigen Plasmas vorgesehen. Dabei kann dann die Einrichtung 9 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung als solche Einrichtung zur Erzeugung eines stickstoff- und/oder sauerstoffhaltigen Plasmas verwendet werden, indem sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Gas durch die Gaseinlässe 171 eingelassen und durch Betrieb des Generators 92 ein sauerstoff- und/oder stickstoffhaltiges Plasma im Beschichtungsbereich 11 erzeugt wird. Auf diese Weise können Oxid- und/oder Nitridschichten auf dem Substrat 5 abgeschieden werden, indem im Beschichtungsbereich 12 der Vakuumkammer 3 eine Lage einer Beschichtung auf das Substrat 5 aufgesputtert, das Substrat 5 mit der Transporteinrichtung 7 im Beschichtungsbereich 11 angeordnet und dort mittels des sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas oxidiert oder nitriert wird. Dieser Vorgang kann zur Erzeugung dickerer Oxid- und/oder Nitridschichten insbesondere auch mehrmals wiederholt werden.
Auch kann ein solches stickstoffhaltiges und/oder sauerstoffhaltiges Plasma zur Aktivierung und/oder Reinigung. der Substratoberfläche als Vor- und/oder Zwischen- und/oder Nachbehalndlungsschritt beim erfindungsgemäßen Beschichten des Substrats verwendet werden.
Zur Evakuierung der Vakuumkammer und zur Abfuhr des Prozessgases ist eine Pumpeinrichtung 15 mit einer Hochvakuum-Pumpeinrichtung 151 und einer Feinvakuum-Pumpeinrichtung 152 vorgesehen. Zur Regelung des Prozessdrucks beim PICVD-Prozess ist zusätzlich eine Druckregelung 153 vorgesehen. Die Pumpeinrichtung 15 ist über einen Anschluss 154 an die Kammer 3 angeschlossen.
Zum Be- und Entladen der Substrate 5 ist außerdem eine Ladeeinrichtung 19 vorgesehen. Im einfachsten Fall kann die Ladeeinrichtung 19 eine Ladetür umfassen, durch welche die Substrate von außen eingesetzt und entnommen werden können.
Außerdem ist eine Heizeinrichtung 20 vorgesehen, mit welcher die Vakuumkammer 3 beheizt werden kann. Dies ist beispielsweise bei der PICVD-Beschichtung vorteilhaft, um einen Niederschlag von Prozessgas-Bestandteilen, wie insbesondere von Beschichtungs-Precursoren zu verhindern. Auch kann der Substrathalter 7 eine Heizeinrichtung aufweisen, mit welcher die Substrat 5 beheizbar sind. Das Beheizen des Substrats kann unter anderem die Qualität von mittels Sputtern abgeschiedenen Schichten erhöhen.
In 2 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Pumpeinrichtung 15 mehrere Anschlüsse 154, 155 an die Vakuumkammer 3. Dabei ist der Anschluss 154 mit einer Hochvakuum-Pumpeinrichtung 151 und Anschluss 155 mit einer Feinvakuum-Pumpeinrichtung 152 verbunden. Die Hochvakuum-Pumpeinrichtung 151 ist mit einer Vordruck-Pumpeinrichtung 160 über die Feinvakuum-Pumpeinrichtung 152 als zusätzliche Druckstufe verbunden, wobei die Hoch- und Feinvakuum-Pumpeinrichtungen 151, 152 durch ein Ventil 156 voneinander getrennt werden können.
Die Anschlüsse 154, 155 an die unterschiedlich ausgelegten Pumpeinrichtungen sind insbesondere den verschiedenen Beschichtungsbereichen 11, 12 zugeordnet. Da bei den Beschichtungsverfahren im allgemeinen unterschiedliche Gasdrücke verwendet werden und aufgrund dessen ein Druckgradient in der Kammer zwischen den Bereichen 11, 12 entstehen kann, sorgt der separate Anschluss der Beschichtungsbereiche an die Pumpeinrichtung 15 für eine besonders effektive und schnelle Evakuierung, so dass nach einem Beschichtungsschritt schnell wieder das für einen weiteren Beschichtungsschritt vorgesehene Prozeß-Prozess- oder Sputtergas eingelassen werden kann.
3 zeigt eine Weiterbildung der in 1 gezeigten Transporteinrichtung 7 mit Substrathalter. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Transporteinrichtung 7 umfasst ebenfalls einen Substrathalter 71 zur Halterung mehrerer Substrate 5. Zum Transport der Substrate 5 in die einzelnen Beschichtungsbereiche ist der Substrathalter 71 um eine Achse 72 rotierbar, so daß die Substrate 5 wie bei der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 entlang einer kreisförmigen Transportbahn befördert werden. Zusätzlich sind die Substrate 5 jeweils noch um Achsen 73 rotierbar, wobei die Achsen 73 bei dem in 22 gezeigten Beispiel senkrecht zur Drehachse 72 stehen. Beispielsweise kann ein Substrat 5 während der Beschichtung im Plasma um eine oder beide Achsen 72, 73 bewegt werden, um eine Ausmittlung von Inhomogenitäten des Plasmas und damit eine gleichmäßige Beschichtung zu erzielen.
4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Vakuumbeschichtung von Substraten. Die Transporteinrichtung 7 dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Rundläufer, auf welchem mehrere Substrathalter 71 angeordnet sind. Mit dem Rundläufer werden die Substrathalter 71 mit den in 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Substraten entlang einer kreisförmigen Transportbahn befördert. Die Substrathalter 71 können beispielsweise entsprechend dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel aufgebaut sein.
Insbesondere kann bei der in 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 1 die Bewegung der Substrate unabhängig voneinander angesteuert werden. Dazu sind die Substrathalter 71 unabhängig voneinander rotierbar auf dem Rundläufer der Transporteinrichtung angeordnet und bilden damit jeweils unabhängig voneinander ansteuerbare Einrichtungen zur Bewegung des oder der befestigten Substrate. Mit einer geeigneten, nicht dargestellten Steuereinrichtung, wie insbesondere eine rechnergestützte Steuerung kann so jeder der Substrathalter 71 unabhängig von den anderen Haltern 71 auf dem Rundläufer um seine Drechachse 72 rotiert werden. Dementsprechend können die Substrate auch um mehrere Achsen, nämlich der Achse des Rundläufers und der Drehachse des jeweiligen Substrathalters rotiert werden. Außerdem kann auch noch eine Rotation des Substrats um eine weitere Achse 73 vorgesehen sein, wie dies beispielsweise mit dem in 3 gezeigten Substrathalter 71 möglich ist.
Die in 4 dargestellte Ausführungsform weist außerdem noch mehrere Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und mehrere Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung der Substrate auf. Die Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 und 134, 135, 136 sind in Umfangsrichtung des Rundläufers 75 der Transporteinrichtung 7 so angeordnet, dass auch die Beschichtungsbereiche 111, 112, 113, 114, 115, 116 und 121, 122, 123 der Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD), beziehungsweise der Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung der Substrate entlang der Umfangsrichtung der kreisförmigen Transportbahn angeordnet sind. Insbesondere ist die Anordnung der Beschichtungsbereiche 111 – 116 und 121 – 123 an den Abstand der Substrathalter 71 auf dem Rundläufer 75 angepasst, so dass sich jeweils ein Substrathalter mit den Substraten in einem der Beschichtungsbereiche befindet und zumindest eine Lage der Beschichtung abgeschieden werden kann. Auf diese Weise können auch mehrere Substrate auf der Transporteinrichtung angeordnet und gleichzeitig beschichtet werden. Es ist dabei auch daran gedacht, nicht alle Einrichtungen zur Sputter- und PICVD-Beschichtung parallel zu betreiben. Beispielsweise können je nach vorgesehenem Prozessablauf auch gruppenweise betrieben werden. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, die Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung und die Einrichtungen 94 – 99 zur PICVD-Beschichtung jeweils gruppenweise, aber nacheinander bei den im allgemeinen unterschiedlichen Druckbereichen für die PICVD- und Sputterbeschichtung zu betreiben.
Die in 4 gezeigte Ausführungsform der Vorrichtung 1 erlaubt eine Vielzahl verschiedener Betriebsweisen. Beispielsweise können die Substrate sequentiell in den Beschichtungsbereichen 111, 112, 113, 114, 115, 116 und 121, 122, 123 angeordnet und dort dann jeweils zumindest eine Lage der Beschichtung abgeschieden werden. Die Substrate 5 werden entnommen, wenn sie alle Beschichtungsbereiche 111, 112, 113, 114, 115, 116 und 121, 122, 123 durchlaufen haben. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann selbstverständlich auch mit nur einem Teil der Einrichtungen 94 – 99, 134 – 136 durchgeführt werden. Die Einrichtungen zur PICVD-Beschichtung können auch so parallel betrieben werden, dass auf allen in den Beschichtungsbereichen 111 – 116 angeordnete Substraten gleichzeitig gleichartige Lagen der Beschichtung abgeschieden werden. Ebenso kann auch in den Beschichtungsbereichen 121, 122, 123 verfahren werden. Dann brauchen die Substrate 5 nicht alle Beschichtungsbereiche zu durchlaufen, sondern es werden mehrere Substrate parallel und gleichartig beschichtet. Für einen solchen Betrieb können auch -anders als in 4 dargestellt-ebenso viele Einrichtungen zum Sputtern, wie Einrichtungen zum PICVD-Beschichten vorgesehen sein.
Eine oder mehrere der Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung können auch eine Einrichtung zum Elektronzyklotronresonanz-Sputtern umfassen, um beispielsweise besonders dichte Schichten mittels ECR-Sputtern abzuscheiden.
Neben der Ladeeinrichtung 19 ist bei dieser Ausführungsform auch noch eine separate Entladeeinrichtung vorgesehen, um einen kontinuierlichen Produktionsablauf zu ermöglichen.
5 zeigt eine Variante der in 4 dargestellten Ausführungsform. Ähnlich wie die in 4 skizzierte Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten weist auch die in 5 dargestellte Ausführungsform mehrere Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung und mehrere Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung der Substrate auf. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform werden die Substrathalter 17 mit den Substraten jedoch entlang eines rennbahnförmigen Transportweges befördert. Dementsprechend werden die Substrate nicht nur entlang eines kreisförmigen, sondern auch entlang zweier linearer Abschnitte der Transportbahn zu den Beschichtungsbereichen 111, 112, 113, 114, 115, 116 und 121, 122, 123 der Einrichtungen 94, 95, 96, 97, 98, 99 befördert. Bei der in 5 gezeigten Vorrichtung 1 sind beispielhaft die Einrichtungen 94, 95, 97 – 99 zur PICVD-Beschichtung und die Einrichtungen 134, 135, 136 zur Sputterbeschichtung entlang der linearen Abschnitte der Transportbahn angeordnet, während sich die Einrichtung 93 zur PICVD-Beschichtung an einem kreisförmigen Abschnitt befindet.
6 zeigt Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit einer weiteren Ausführungsform einer Transporteinrichtung. Die Transporteinrichtung dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst ein auf Rollen 77 geführtes Transportband, auf welchem die Substrate 5 abgelegt und entlang eines linearen Transportwegs zu den Beschichtungsbereichen 111, 121, 112, 122 befördert werden.
Aufgrund der wie in 6 gezeigten Anordnung stellt das Transportband 76 dementsprechend eine Einrichtung zur Linearbewegung der Substrate 5 dar. Die Einrichtungen 94, 95 zur PICVD-Beschichtung und die Einrichtungen 134, 135 sind bei dieser Ausführungsform oberhalb des Transportbands 76 entlang des linearen Transportwegs angeordnet. Selbstverständlich können mit einem Transportband aber auch andere Formen von Transportwegen, etwa mit linearen und kurvigen, beispielsweise kreisförmigen Abschnitten realisiert werden.
Um die Beschichtungsbereiche 111, 121, 112, 122 besser voneinander und von anderen Bereichen der Vakuumkammer zu trennen, sind zusätzlich Barrieren 21 als Begrenzung der Beschichtungsbereiche vorhanden. Die Barrieren 21 können beispielsweise zur Aufrechterhaltung eines Druckgradienten zwischen den Beschichtungsbereichen und/oder zur elektromagnetischen Abschirmung dienen. Derartige Barrieren 21 können auch bei den andere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen 1, wie sie etwa in den 1 bis 5 dargestellt sind, vorhanden sein.
7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß beschichteten Substrats 5. Das Substrat 5 weist zwei gegenüberliegende Seiten 51, 52 auf, von welcher die Seite 51 mit einer Beschichtung 6 durch Vakuumabscheiden versehen worden ist. Die Beschichtung 6 umfasst zwei Lagen 61, 62, wovon eine der Lagen mit PICVD-Beschichtung und die andere Lage durch Aufsputtern aufgebracht wurde. Die aufgesputterte Lage kann auch durch Einlassen von Stickstoff und/oder Sauerstoff in die Vakuumkammer oder auch in einem stickstoffhaltigen oder sauerstoffhaltigen Plasma während oder nach einer Sputterbeschichtung nitriert, beziehungsweise oxidiert worden sein. Je nach Funktionalität der Beschichtung kann sowohl die Lage 61, als auch die Lage 62 durch PICVD-Beschichtung abgeschieden sein.
Beispielsweise kann die untere Schicht 61 eine metallische Schicht sein, die durch Sputtern abgeschieden wurde. Die Schicht 62 kann dann als Barrierebeschichtung zum Schutz der metallischen Schicht vor Oxidation dienen und mittels PICVD abgeschieden werden. Geeignet dazu ist beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, die unter Verwendung eines Hexamethyldisiloxan (HMDSO) enthaltenden Prozessgases erzeugbar ist. Ein Substrat mit einer metallischen aufgesputterten Schicht und einer PICVD-Barrierebeschichtung kann beispielsweise als Lampenreflektor dienen. Eine solche SiO₂-Schicht kann außerdem auch als Antikratz-Beschichtung dienen.
Die aufgesputterte Schicht 61 kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch beispielsweise nitriert oder oxidiert werden, bevor die Barriere- oder Antikratzschicht 62 aufgebracht wird. Dazu kann die Schicht im Beschichtungsbereich der Einrichtung zum PICVD-Beschichten in einem sauerstoff- und/oder stickstoffhaltigen Plasma nitriert werden. Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere bei dünnen Schichten möglich ist, durch Einlassen von Sauerstoff und/oder Stickstoff auch ohne Zündung eines Plasmas eine Nitrierung oder Oxidation zu erreichen. Für dickere Schichten kann der Vorgang des Aufsputterns und Nitrierens oder Oxidierens auch mehrmals wiederholt werden. Eine nitrierte Schicht 61, wie etwa eine nitrierte Titanschicht kann beispielsweise zur Erzielung eines dekorativen Goldeffekts dienen. Die aufgesputterte Schicht 61 kann auch eine magnetische oder magnetisierbare Schicht sein, die dann von einer mit PICVD abgeschiedenen Barriereschicht 62 abgedeckt wird. Derartig beschichte Substrate 5 können etwa magnetische Datenträger sein.
Eine der Schichten 61, 62 kann auch beispielsweise eine aufgesputterte Schicht sein, die Zirkon und/oder Niob und/oder Tantal enthält. Anwendungen für Oxidschichten dieser Elemente sind aufgrund der hohen Brechungsindizes der Oxide beispielsweise Beschichtungen mit optischer Funktionalität.
Aufgrund der vergleichsweise geringen Wärmebelastung bei der PICVD-Beschichtung können auch Kunststoffe, wie etwa Makrolon^® (PMMA) oder PP, PC als Substrat 5 verwendet werden. Dabei bietet es sich oftmals an, vor dem Aufsputtern eine Haftvermittlerschicht, beispielsweise in Form einer Grandientenschicht mit einem in Normalenrichtung der Schicht variierenden Kohlenstoffgehalt mittels PICVD abzuscheiden.
In 8 ist eine weitere Anwendung der Erfindung dargestellt. 8 zeigt einen PDA, beziehungsweise Palm-Computer 80. Das Display des PDA 80 umfasst eine Displayscheibe 81 mit einem oder mehreren erfindungsgemäß beschichteten Substraten 5. Die Displayscheibe 81 dient neben der Anzeige auch zur Eingabe von Informationen, ähnlich wie auch bei einem Touchscreen. Dazu weist eine solche Scheibe üblicherweise transparente leitfähige Schichten auf.
Problematisch ist, daß sich die optischen Eigenschaften der Displayscheibe, wie etwa dessen Transparenz durch die Eingabe mit dem Stift und ein dadurch verursachtes Zerkratzen im Laufe der Zeit negativ beeinflußt werden können. Mit der Erfindung können jedoch beispielsweise aufgesputterte leitfähige Schichten mit Antikratzschichten- und Antireflexschichten kombiniert werden, um die optischen Eigenschaften einer solchen Displayscheibe 81 dauerhaft zu erhalten.
9 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß beschichteten Displayscheibe 81 mit zwei Substraten 53, 54 mit jeweils mehrlagigen Beschichtungen 6, wie sie insbesondere als Displayscheibe für einen PDA oder einen Touchscreen verwendet werden kann.
Die Displayscheibe 81 umfasst zwei Substrate 53, 54, die beide erfindungsgemäß beschichtet sind. Beide Substrate weisen zur Verbesserung der Lichttransmission und der Reduzierung von störenden Reflexionen beidseitig Antireflexbeschichtungen 602 in Form erfindungsgemäß abgeschiedener mehrlagiger Wechselschichten auf. Die mehrlagigen Antireflexschichten können beispielsweise als Siliziumoxid / Titanoxid-Wechselschichten ausgebildet sein. Dazu wird während der PICVD-Beschichtung die Prozessgas-Zusammensetzung geändert, wobei für die Siliziumoxid-Lagen HMDSO und für die eine oder mehreren Titanoxid-Lagen Titanchlorid (TiCl₄) als Prozessgasbestandteile verwendet werden können. Eine solche mehrlagige Wechselschicht kann auch vorteilhaft als mehrlagige Interferenzschicht für andere Anwendungen, wie etwa für einen optischen Interferenzfilter dienen. Anwendungen für einen solchen Filter sind beispielsweise Farbräder für digitale Projektoren, dichroitische Spiegel oder Farbfilter für LCD-Projektoren. Auf jeweils einer Seite der Substrate 53, 54 ist außerdem eine Haftvermittlerschicht 600 mittels PICVD und darauf eine Indium-Zinn-Oxidschicht (ITO-Schicht) 601 durch Aufsputtern abgeschieden. Die beiden Substrate 53, 54 sind zur Herstellung einer Displayscheibe 81 mit den Indium-Zinn-Oxidschichten 601 zueinander weisend mit geringem Abstand aufeinandergesetzt. Um einen Abstand zwischen den Substraten sicherzustellen, kann zwischen den Substraten 53, 54 beispielsweise eine Abstandsschicht 604 vorhanden sein. Wird mit einem Eingabestift Druck auf die Sichtfläche ausgeübt, werden die Substrate 53, 54 aufeinandergedrückt, so daß die beiden leitfähigen ITO-Schichten lokal unterhalb des Eingabestiftes in Kontakt kommen. Das Auslesen der mit dem Stift vorgenommenen Eingabe erfolgt durch Auswertung des dadurch verursachten lokalen Kurzschlusses.
Um die Eingabeseite der Displayscheibe 81 zu schützen, ist außerdem auf dieser Seite noch eine Antikratzbeschichtung 603, vorzugsweise mittels PICVD aufgebracht. Die Antikratzschicht 603 und/oder die Haftvermittlerschicht 600 können auch vorteilhaft als Lagen mit senkrecht zur Schicht graduell variierender Zusammensetzung, also als Gradientenschichten abgeschieden werden, um die Haftung der Schichten untereinander zu verbessern. Dies ist bei der PICVD-Beschichtung in einfacher Weise zum Beispiel durch kontinuierliche Änderung der Zusammensetzung des Prozessgases erreichbar. Auch kann vor dem Abscheiden der Antikratzschicht 603 eine zusätzliche Haftvermittlerschicht auf der Antireflexschicht 602 abgeschieden werden.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können auch die Merkmale der einzelnen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

Claims

Vorrichtung zur Vakuumbeschichtung von Substraten, welche eine Vakuumkammer, eine Einrichtung zur Halterung wenigstens eines Substrats, zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer mit wenigstens einer Einrichtung zur Sputterbeschichtung, sowie eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats in die Beschichtungsbereiche umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Transporteinrichtung zum gleichzeitigen Transport mehrerer Substrate.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Sputterbeschichtung eine Einrichtung zum reaktiven Sputtern umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines stickstoff- oder sauerstoffhaltigen Plasmas.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung die Einrichtung zur Erzeugung eines stickstoff- oder sauerstoffhaltigen Plasmas umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung eine oder mehrere Einrichtungen zur Rotation des Substrats umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung eine Einrichtung zur Rotation des Substrats um mehrere Achsen umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporteinrichtung eine Einrichtung zur Linearbewegung des Substrats umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung ein Transportband umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Einrichtungen zur Bewegung von Substraten umfasst.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung einen Substrathalter umfasst, welcher zwischen gegenüberliegenden Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) und zur Sputterbeschichtung angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Absperrvorrichtung zur Absperrung des Sputtertargets.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD).
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere Einrichtungen zur Sputterbeschichtung.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch entlang der Umfangsrichtung eines kreisförmigen Abschnitts der Transportbahn der Transporteinrichtung angeordnete Beschichtungsbereiche.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) oder die Einrichtungen zur Sputterbeschichtung entlang zumindest eines linearen Abschnitts der Transportbahn der Transporteinrichtung angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pumpeinrichtung mit mehreren Anschlüssen an die Vakuumkammer.
Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Beschichtungsbereich ein Anschluss zugeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine. Einrichtung zum Aufdampfen einer Beschichtung.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Elektronzyklotronresonanz-Sputtern.
Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung.
Verfahren zur Vakuumbeschichtung von Substraten, bei welchem in einer Vakuumkammer zumindest ein Substrat gehaltert, in zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer auf dem Substrat wenigstens eine Lage einer Beschichtung mittels plasmaimpuls-induzierter chemischer Dampfphasenabscheidung (PICVD) und in zumindest einem zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer wenigstens eine Lage der Beschichtung durch Sputtern abgeschieden und das Substrat mittels einer Transporteinrichtung in die Beschichtungsbereiche transportiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mittels der Transporteinrichtung sequentiell in den Beschichtungsbereichen angeordnet und in den Beschichtungsbereichen jeweils zumindest eine Lage der Beschichtung abgeschieden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Substrate auf der Transporteinrichtung angeordnet und nacheinander oder gleichzeitig beschichtet werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mittels reaktivem Sputtern beschichtet wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine abgeschiedene Lage der Beschichtung in der Vakuumkammer mittels eines sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas nitriert oder oxidiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem ersten Beschichtungsbereich der Vakuumkammer eine Lage einer Beschichtung auf das Substrat aufgesputtert, das Substrat mit der Transporteinrichtung in einem zweiten Beschichtungsbereich angeordnet und dort mittels eines sauerstoff- oder stickstoffhaltigen Plasmas oxidiert oder nitriert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit der Transporteinrichtung rotiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat um mehrere Achsen rotiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat während der Beschichtung bewegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung mehrerer Substrate unabhängig voneinander angesteuert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit der Transporteinrichtung entlang eines kreisförmigen oder linearen Abschnitts der Transportbahn zu den Beschichtungsbereichen befördert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einem Transportband bewegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sputtertarget mit einer Absperrvorrichtung während einer plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung oder während einer Reinigungsprozedur zur Entfernung von Wasser oder einer Oxidschicht auf dem Substrat abgesperrt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen der Beschichtung auf dem Substrat mittels mehrerer Einrichtungen zur plasmaimpuls-induzierten chemischen Dampfphasenabscheidung (PICVD) abgeschieden werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen der Beschichtung auf dem Substrat mittels mehrerer Einrichtungen zur Sputterbeschichtung abgeschieden werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrlagige Beschichtung mit Lagen unterschiedlicher Zusammensetzung abgeschieden wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrlagige Wechselschicht mit abwechselnder Zusammensetzung abgeschieden wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haftvermittlerschicht abgeschieden wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gradientenschicht abgeschieden wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine metallische Schicht aufgesputtert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine magnetisierbare Schicht aufgesputtert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Indium-Zinn-Oxidschicht abgeschieden wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lage der Schicht mittels Elektronzyklotronresonanz-Sputtern abgeschieden wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substrate parallel oder sequentiell mit zumindest einer Lage der Beschichtung beschichtet werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile der Vakuumkammer oder das Substrat beheizt werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche mittels eines Plasmas aktiviert oder gereinigt wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aufgesputtert wird, die Zirkon, Niob oder Tantal enthält.
Displayscheibe, insbesondere für einen PDA oder Touchscreen, gekennzeichnet durch zumindest ein mittels einer Vorrichtung oder eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche beschichtetes Substrat.
Displayscheibe gemäß Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Beschichtung mit – einer Haftvermittlerschicht, – einer Indium-Zinn-Oxidschicht, – einer mehrlagige Antireflexschicht, – einer Antikratzschicht aufweist.
Lampenreflektor, beschichtet mittels einer Vorrichtung oder einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
Optischer Interferenzfilter, gekennzeichnet durch eine mehrlagige Interferenzschicht hergestellt mittels einer Vorrichtung oder eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.