DE19604454A1

DE19604454A1 - Vorrichtung zum Beschichten von flachen Substraten mit zwei Sputterkathoden

Info

Publication number: DE19604454A1
Application number: DE19604454A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr Stollenwerk; Peter Reuss; Karl-Heinz Dr Kretschmer
Original assignee: Balzers Process Systems GmbH
Current assignee: Balzers Process Systems GmbH
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-14
Also published as: TW408085B; JPH09209137A; KR970062066A; KR100212166B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be schichten von flachen Substraten, beispielsweise von Glasscheiben für flache Bildschirme im Durch laufverfahren mit zwei Sputterkathoden, vorzugs weise des Planar-Magnetron-Typs, die in einer ge meinsamen evakuierbaren Beschichtungskammer neben einanderliegend angeordnet und deren Targets in einer zur Transportebene der Substrate parallelen Ebene gehalten und aus dem gleichen Werkstoff ge bildet sind, mit je einer für jede Kathode vorge sehenen Gaseinlaßdusche, über die jeweils Prozeß gas in den Bereich des zugeordneten Targets bring bar ist, wobei die Prozeßgase zum einen aus einem reaktiven Gas, üblicherweise Sauerstoff und einem inerten Gas, üblicherweise Argon bestehen und mit Ventilen in den Gaszuleitungen, die den kontrol lierten Gaszustrom von Gasvorratsbehältern zu den Gasduschen ermöglichen.

Bekannt ist eine Vorrichtung des infragestehenden Typs (EP 0 219 273 B1), bei der in einer Vakuum kammer mehrere Sputterkathoden hintereinanderlie gend angeordnet sind, wobei das Substrat zum Zwecke der Beschichtung alle Kathoden nacheinander passiert und so mit einem Mehrschichtensystem ver sehen wird. Die Sputterkathoden sind vom Planar- Magnetron-Typ, wobei die Beschichtungszonen von Gasströmen durchspült sind, die verschiedenen Quellen entstammen, so daß sowohl Metallschichten, als auch Oxid-Schichten auf das Substrat aufbring bar sind.

Eine ähnliche Vorrichtung ist auch in der US 3,945,903 beschrieben, allerdings mit dem Unter schied, daß die Gasströme aus einer Quelle am An fang und am Ende der Kathodenreihe von oben her und im Bereich der mittleren Kathode von unten her in die Prozeßkammer einlaßbar und die Targets von Blendenkästen umschlossen sind.

Bekannt ist auch eine Anordnung zur Dickenmessung von Dünnschichten (EP 0 411 359 A2), die gleich zeitig mit der Beschichtung von durch die Prozeß kammer geförderten Werkstücken auf diesen oder auf Testsubstraten aufbringbar sind, wobei die Dicken messung durch Erfassung des Transmissions-, Reflexions- oder Widerstandsverhaltens oder aber durch mechanisches Ausmessen der Dünnschicht er folgt, wobei mehrere Kathodenanordnungen hinter einanderliegend vorgesehen sind, die die zu zer stäubenden Targets aufweisen, wobei Blenden zwi schen den Targets und den Werkstücken gehalten sind, die jeweils neben ihren zentralen Öffnungen für den Durchtritt des Stroms des Beschichtungsma terials jeweils eine weitere fensterförmige Aus nehmung im Bereich des Materialstroms aufweisen, die quer zur Substratförderrichtung zueinander versetzt angeordnet sind und so auf den an den Ka thodenanordnungen vorbeigeförderten Werkstücken oder besonderen Testsubstraten nebeneinanderlie gende Teststreifen erzeugen, die jeweils einer einzigen Schicht eines auf dem Substrat oder Werk stück erzeugten Schichtpakets entsprechen.

Bei dieser bekannten Anordnung sind zwar je ein Einlaß für ein Inertgas und ein Reaktivgas vorge sehen; diese Gase verteilen sich jedoch gleichmä ßig in der ganzen Prozeßkammer und damit auch in den von den Blenden umschlossenen Räumen unmittel bar vor den Targets der beiden hintereinanderlie gend angeordneten Kathoden.

Schließlich ist bereits eine Vorrichtung zum reak tiven Beschichten mit einem elektrisch isolieren den Werkstoff vorgeschlagen (US-PS 5,169,509), beispielsweise mit Siliziumdioxid, bestehend aus einer Wechselstromquelle, die mit in einer evaku ierbaren Beschichtungskammer angeordneten Magneten einschließende Kathoden verbunden ist, die elek trisch mit Targets zusammenwirken, die zerstäubt werden und deren zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat niederschlagen, wobei in die Beschich tungskammer ein Prozeßgas und ein Reaktivgas, z. B. Argon und Sauerstoff, einbringbar sind, wobei zwei erdfreie Ausgänge der Wechselstromquelle, vorzugs weise der Sekundärwicklung eines Wechselstrom transformators mit je einer ein Target tragenden Kathode, vorzugsweise Magnetronkathoden, verbunden sind, wobei beide Kathoden in der Beschichtungs kammer nebeneinanderliegend in einem Plasmaraum vorgesehen sind, die zum gegenüberliegenden Substrat jeweils etwa den gleichen räumlichen Ab stand aufweisen.

Die die Targets der beiden Kathoden umschließende gemeinsame Blende ist mit Ausnehmungen in ihrer Seitenwand versehen, so daß beide Kathoden mit ei ner einzigen Gasdusche zusammenwirken, über die Prozeßgase in die von der Blende bzw. vom Blenden kasten umschlossenen Zone einlaßbar sind.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Vorrich tungen besteht darin, daß eine Vermischung der Gasströme unvermeidbar ist, so daß die Schichtqua litäten und Schichtdicken nicht in engen Grenzen einhaltbar sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, eine Vorrichtung des infragestehenden Typs zu schaffen, die geeignet ist, ein Mehrschichtsystem auf ein Substrat aufzubringen, das eine Metall schicht und eine Metalloxid-Schicht sowie eine Zwischen- oder Übergangsschicht aus beiden Mate rialien umfaßt, wobei die Schichtdicken, Schicht zusammensetzungen und Schichthomogenitäten in mög lichst engen Grenzen, insbesondere über die Gasströme steuerbar sein sollten.

Die vorliegende Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Zonen unmittelbar unter halb der Targets jeweils von trogförmigen Blenden oder Blendenkästen abgeteilt sind, wobei die Blen den jeweils in ihren, die Bodenteile bildenden Partien, Öffnungen aufweisen, die jeweils die Be schichtungszonen begrenzen und wobei jede der bei den Blenden in ihrer sich lotrecht zur Targetebene erstreckenden Seitenwand eine Aussparung oder eine Reihe von Bohrungen aufweist, die jeweils zu den Auslaßöffnungen der zugeordneten Gasdusche ausge richtet sind.

Vorzugsweise ist die Gasdusche aus einem, die trogförmigen Blenden zumindest teilweise umschlie ßenden Rohr gebildet, das auf dem der Aussparung in der Seitenwand der Blende gegenüberliegenden Abschnitt des Rohrs mit Ausströmöffnungen versehen ist, die den Eintritt der Gasströme unmittelbar in den von der Blende umschlossenen Raum gestatten.

Mit Vorteil ist jede Gasdusche aus drei Rohrschen keln gebildet, wobei diese Rohrschenkel jeweils etwa u-förmig angeordnet sind und wobei jeweils der mittlere der drei Schenkel die Ausströmdüsen für das Prozeßgas aufweist, wobei jeweils die die Ausströmdüsen aufweisenden mittleren Schenkel der beiden Gasduschen auf den einander abgekehrten Seiten der beiden trogförmigen Blenden angeordnet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die in den Seitenwänden der trogförmigen Blenden vorgese henen Aussparungen jeweils von lappen- oder zun genförmigen Blechzuschnitten übergriffen, die je weils mit ihrem einen Ende fest mit den Seitenwän den verbunden sind und jeweils mit ihrem einen En de schräg in den Blendenraum hineinragen.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu, eine davon ist in den an hängenden Zeichnungen näher dargestellt und zwar zeigen

Fig. 1 die Vorrichtung in der Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Gasdusche gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine diagrammatische Darstellung eines Zweischichtenpakets.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die beiden Sputterkathoden 4, 5 so im Deckelteil 2 einer nicht näher darge stellten Vakuumkammer eingesetzt, daß ihre Targets 7, 8 direkt auf den sich in Pfeilrichtung A bewe genden Substratträger 1 mit dem auf diesem abge legten Substrat 3 ausgerichtet sind.

Die Unterseiten den beiden Kathoden 4, 5 sind je weils fest mit trogförmigen Blenden 14, 15 ver schraubt, die im übrigen einen rechteckigen Grund riß aufweisen. Die Blenden 14, 15 sind an ihren Bo denteilen 14′, 15′ mit Öffnungen 16, 17 versehen, die den Durchtritt des Teilchenstroms von den Tar gets 7, 8 zu den sich in Pfeilrichtung bewegenden Substraten 3 ermöglichen. Jede der beiden Blenden 14, 15 ist von einer Gasdusche 10, 11 umschlossen, die jeweils aus einem u-förmig gebogenen Rohrab schnitt besteht, wobei der jeweils mittlere Schen kel 10′′ (bzw. 11′′, nicht näher dargestellt) par allel zum in Substrat-Transportrichtung A gesehe nen ersten bzw. letzten Seitenwandteil 14′′ bzw. 15′′ angeordnet ist. Jeder der mittleren Schenkel 10′′, 11′′ der beiden Gasduschen (Fig. 2) ist im Bereich B mit einer Vielzahl von Ausströmdüsen 25, 25′, 25′′ . . . bzw. 26, 26′, 26′′ . . . versehen, die sämtlich auf der Innenseite des mittleren Schen kels 10′′ der u-förmigen Schenkelanordnung ange ordnet sind.

Die Ausströmdüsen 25, 25′, 25′′ . . . sind im übrigen auf die Öffnungen oder Ausnehmungen 18, 19 ausge richtet, die in die Seitenwandteile 14′′, 15′′ der trogförmigen Blenden 14, 15 eingeschnitten sind, so daß das aus den Düsen 25, 25′, 25′′ . . . bzw. 26, 26′, 26′′ ausströmende Gas unmittelbar in die von den beiden Blenden 14, 15 umschlossenen beiden Räume bzw. Zonen 12, 13 direkt unterhalb der Tar gets 7, 8 eintritt.

Wenn beispielsweise beide Kathoden 4, 5 mit Targets 7, 8 aus Chrom bestückt sind und über die Gasdusche 11 ein inertes Gas eingelassen und über die andere Gasdusche 10 ein reaktives Gas und gleichzeitig das Substrat in Pfeilrichtung A an beiden Kathoden 4, 5 vorbeibewegt wird, dann entsteht auf dem Substrat 3 z. B. ein C_r/C_rO_xN_y-Schichtsystem. Selbstverständlich kann auch über die Gasdusche 11 ein reaktives Gas und über die Gasdusche 10 ein inertes Gas in die Räume 13 bzw. 12 eingelassen werden, so daß z. B. ein Schichtsystem C_rO_xN_y/ C_rN_x oder C_rO_xN_y/C_r entstehen kann.

Es sei noch erwähnt - wie Fig. 2 zeigt -, daß je weils die beiden äußeren Schenkel 10′, 10′′′ bzw. 11′, 11′′′ über einen Steg 23 miteinander verbun den sind, der der besseren Halterung der Gasdu schen im Bereich der Blendenkästen dient. Das Pro zeßgas selbst wird über einen Anschluß 24 in den jeweils ersten der drei Schenkel eingeleitet.

In Fig. 3 ist ein Beispiel für ein in der Praxis erzeugtes Schichtpaket diagrammatisch dargestellt.

Bezugszeichenliste

1 Substrathalter
2 Deckelteil
3 Substrat
4 Kathode
5 Kathode
6 Beschichtungskammer
7 Target
8 Target
9 Transportebene
10 Gasdusche
11 Gasdusche
12 Raum, Zone
13 Raum, Zone
14 Bodenteil
15 Bodenteil
16 Öffnung
17 Öffnung
18 Aussparung
19 Aussparung
21 Blechzuschnitt, Zunge
22 Blechzuschnitt, Zunge
23 Profilstab
24 Gasanschluß
25, 25′, 25′′ Gasauslaßdüsen
26, 26′, 26′′ Gasauslaßdüsen

Claims

1. Vorrichtung zum Beschichten von flachen Substraten (3), beispielsweise von Glasscheiben für flache Bildschirme im Durchlaufverfahren, mit zwei Sput terkathoden vorzugsweise des Planar-Magnetron-Typs (4, 5), die in einer gemeinsamen evakuierbaren Be schichtungskammer (6) nebeneinanderliegend angeord net und deren Targets (7, 8) in einer zur Transport ebene (9) der Substrate (3) parallelen Ebene gehal ten und aus dem gleichen Werkstoff gebildet sind und mit je einer für jede Kathode (4, 5) vorgesehe nen Gaseinlaßdusche (10, 11), über die jeweils ein Prozeßgas in den Bereich des zugeordneten Targets (7 bzw. 8) bringbar ist, wobei die Prozeßgase zum einen aus einem reaktiven Gas, üblicherweise Sauer stoff und einem inerten Gas, üblicherweise Argon bestehen und mit Ventilen in den Gaszuleitungen, die den kontrollierten Gaszustrom von Gasvorratsbe hältern zu den Gasduschen (10, 11) ermöglichen, da durch gekennzeichnet, daß die Räume oder Zonen (12 bzw. 13) unmittelbar unterhalb der Targets (7, 8) jeweils von trogförmigen Blenden (14, 15) umschlos sen sind, wobei die Blenden (14, 15) jeweils in ih ren, die Bodenteile (14′, 15′) bildenden Partien Öffnungen (16, 17) aufweisen, die jeweils die Teil chenströme begrenzen und wobei jede der beiden Blenden (14, 15) in ihrer sich etwa lotrecht zur Targetebene erstreckenden Seitenwand (14′′ bzw. 15′′) eine Aussparung (18, 19) oder eine Reihe von Bohrungen aufweist, die jeweils auf die Auslaßöff nungen (25, 25′, . . . 26, 26′ . . .) der Gasdusche (10 bzw. 11) ausgerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Gasdusche (10 bzw. 11) aus einem, die trogförmige Blende (14 bzw. 15) zumindest teilweise umschließendes Rohr gebildet ist, das auf dem der Aussparung (18 bzw. 19) in der Seitenwand (14′′ bzw. 15′′) der Blende (14 bzw. 15) gegenüberliegen den Abschnitt des Rohrs mit Ausströmöffnungen (25, 25′, 25′′ . . . 26, 26′, 26′′ . . .) versehbar ist, die den Eintritt der Gasströme unmittelbar in den von der Blende (14, 15) umschlossenen Raum (12, 13) ge statten.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gasdusche (10 bzw. 11) aus drei Rohrschenkeln (10′, 10′′, 10′′′ bzw. 11′, 11′′, 11′′′) gebildet ist, wobei diese Rohr schenkel jeweils etwa u-förmig angeordnet sind und wobei jeweils der mittlere der jeweils drei Schen kel (10′, 10′′, 10′′′ bzw. 11′, 11′′, 11′′′) die Aus strömdüsen (25, 25′, 25′′ . . . bzw. 26, 26′, 26′′ . . .) für das Prozeßgas aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß jeweils die die Ausströmdüsen (25, 25′, 25′′ . . .) aufweisenden Schenkel (10′′ bzw. 11′′) der Gasduschen (10, 11) auf den einander abge kehrten Seiten der beiden trogförmigen Blenden (14, 15) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Seitenwänden (14′′ bzw. 15′′) der trogförmi gen Blenden (14, 15) vorgesehenen Aussparungen (18 bzw. 19) jeweils von lappen- oder zungenförmigen Blechzuschnitten (21 bzw. 22) übergriffen sind, die jeweils mit ihrem einen Ende fest mit den Seiten wänden (14′′ bzw. 15′′) verbunden sind und jeweils mit ihrem freien Ende schräg in den Blendenraum (12 bzw. 13) hineinragen.