DE19604454A1 - Apparatus with two sputter cathodes for coating planar substrates - Google Patents
Apparatus with two sputter cathodes for coating planar substratesInfo
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Abstract
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. The invention relates to a device for loading layers of flat substrates, for example of glass panes for flat screens in through running process with two sputter cathodes, preferred of the planar magnetron type, which are in a ge common evacuable coating chamber next to arranged one above the other and their targets in one parallel to the transport plane of the substrates Held level and made of the same material are pre-formed with one for each cathode seen gas inlet shower, about each process Bring gas into the area of the assigned target bar, the process gases on the one hand from one reactive gas, usually oxygen and one inert gas, usually argon and with Valves in the gas supply lines that control the gated gas inflow from gas storage tanks to the Allow gas showers.
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.A device of the question is known Type (EP 0 219 273 B1), in which in a vacuum chamber several sputter cathodes in a row are arranged, the substrate for the purpose the coating of all cathodes one after the other happens and so ver with a multilayer system will see. The sputter cathodes are from the planar Magnetron type, the coating zones of Gas flows are flushed out, the different Sources originate so that both metal layers, as well as applying oxide layers to the substrate are cash.
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.A similar device is also in the US 3,945,903, but with the sub decided that the gas flows from a source at the An catch and at the end of the row of cathodes from above and in the area of the middle cathode from below in the process chamber and the targets of Aperture boxes are enclosed.
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.An arrangement for thickness measurement is also known of thin layers (EP 0 411 359 A2), the same early with the coating of through the process chamber-conveyed workpieces on this or on Test substrates can be applied, the thickness measurement by recording the transmission, Reflection or resistance behavior or by mechanically measuring the thin film follows, with multiple cathode arrays behind are provided one another, which to zer have dusting targets, with diaphragms between between the targets and the workpieces are each next to their central openings for the passage of the current of the coating material terials each another window-shaped Aus show acceptance in the area of the material flow, which are transverse to the substrate conveying direction to each other are staggered and so on the Ka method arrangements conveyed workpieces or special test substrates side by side generate test strips, each one single layer one on the substrate or work piece of layer package generated correspond.
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.In this known arrangement are each one Inlet for an inert gas and a reactive gas featured see; however, these gases are distributed evenly ßig in the whole process chamber and thus also in the rooms enclosed by the panels bar in front of the targets of the two appropriately arranged cathodes.
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.After all, there is already a device to reak tive coating with an electrical isolator proposed the material (US Pat. No. 5,169,509), for example with silicon dioxide consisting of an AC power source that is in an evaku eable coating chamber arranged magnets including cathodes, the elec interact with targets that are atomized and their atomized particles are on the Knock down the substrate, being in the coating tion chamber a process gas and a reactive gas, e.g. B. Argon and oxygen, can be introduced, two floating outputs of the AC power source, preferred as the secondary winding of an alternating current transformers, each with a target Cathode, preferably magnetron cathodes, connected are, with both cathodes in the coating chamber side by side in a plasma room are provided to the opposite Substrate each about the same spatial Ab stand.
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.The one surrounding the targets of the two cathodes common aperture is with recesses in it Side wall provided so that both cathodes with egg a single gas shower interact through which Process gases into or from the orifice box enclosed zone are admitted.
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.A major disadvantage of the known Vorrich tion is that a mixture of the Gas flows is unavoidable, so that the strata tities and layer thicknesses not within narrow limits are observable.
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. The object of the present invention is to achieve reasons, a device of the type in question create that is suitable a multilayer system onto a substrate that is a metal layer and a metal oxide layer and one Intermediate or transition layer from both mate rialien comprises, the layer thicknesses, layer compositions and layer homogeneities in possible very narrow limits, especially over the Gas flows should be controllable.
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.The present object is achieved according to the invention solved in that the zones immediately below half of the targets each of trough-shaped diaphragms or aperture boxes are divided, the Blen each in their own, forming the bottom parts Batches, openings, each of which the Be limit stratification zones and where each of the the diaphragms in their perpendicular to the target plane extending side wall a recess or Has a series of holes, each to the Outlet openings of the associated gas shower out are aimed.
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.Preferably, the gas shower is made of one that At least partially enclose trough-shaped panels tube formed on the of the recess in the side wall of the panel opposite Provide a section of the pipe with outflow openings is that the entry of gas flows immediately into allow the space enclosed by the panel.
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.Each gas shower is advantageously made up of three tubes celes formed, these pipe legs each are arranged approximately in a U-shape and wherein each the middle of the three legs the outflow nozzles for the process gas, each of which Outflow nozzles middle leg of the two gas showers on the opposite Sides of the two trough-shaped panels arranged are.
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.In a preferred embodiment, the in vorese the side walls of the trough-shaped panels cut-outs from lobe or incremental overlapped gen-shaped sheet metal cuts, each because with one end firmly with the side walls who are connected and each with their one En de protrude diagonally into the aperture area.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh rungsmöglichkeiten zu, eine davon ist in den an hängenden Zeichnungen näher dargestellt und zwar zeigenThe invention allows a wide variety of designs opportunities, one of which is in the other hanging drawings shown in more detail demonstrate
Fig. 1 die Vorrichtung in der Seitenansicht und teilweise im Längsschnitt, Fig. 1 shows the apparatus in side view and partly in longitudinal section;
Fig. 2 die Draufsicht auf eine Gasdusche gemäß Fig. 1 und Fig. 2 is a plan view of a gas shower according to FIG. 1 and
Fig. 3 eine diagrammatische Darstellung eines Zweischichtenpakets. Fig. 3 is a diagrammatic representation of a two-layer packet.
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.As shown in Fig. 1, the two sputtering cathodes 4 , 5 are used in the cover part 2 of a vacuum chamber, not shown in detail, that their targets 7 , 8 directly on the substrate carrier 1 moving in the direction of arrow A with the substrate 3 deposited on it are aligned.
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.The undersides of the two cathodes 4 , 5 are each firmly screwed with trough-shaped diaphragms 14 , 15 , which in the rest have a rectangular base crack. The apertures 14 , 15 are at their Bo dentteile 14 ', 15 ' with openings 16 , 17 which allow the passage of the particle stream from the Tar gets 7 , 8 to the substrates 3 moving in the direction of the arrow. Each of the two panels 14 , 15 is enclosed by a gas shower 10 , 11 , each of which consists of a U-shaped Rohrab section, the respective middle angle 10 '' (or 11 '', not shown) par allel to the first and last side wall part 14 '' and 15 '' is seen in the substrate transport direction A. Each of the middle legs 10 '', 11 '' of the two gas showers ( Fig. 2) is in area B with a plurality of outflow nozzles 25 , 25 ', 25 ''. . . or 26 , 26 ', 26 ''. . . provided that are all arranged on the inside of the middle's legs 10 '' of the U-shaped leg arrangement.
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.The outflow nozzles 25 , 25 ', 25 ''. . . are otherwise directed to the openings or recesses 18 , 19 , which are cut into the side wall parts 14 '', 15 '' of the trough-shaped panels 14 , 15 , so that this from the nozzles 25 , 25 ', 25 ''. . . or 26 , 26 ', 26 ''outflowing gas enters directly into the two spaces or zones 12 , 13 enclosed by the two screens 14 , 15 directly below the target gets 7 , 8 .
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 Cr/CrOxNy-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 CrOxNy/ CrNx oder CrOxNy/Cr entstehen kann. If, for example, both cathodes 4 , 5 are equipped with targets 7 , 8 made of chrome and an inert gas is admitted via the gas shower 11 and a reactive gas and the substrate is moved past both cathodes 4 , 5 in the direction of arrow A via the other gas shower 10 , then arises on the substrate 3 z. B. a C r / C r O x N y layer system. Of course, a reactive gas can also be admitted via the gas shower 11 and an inert gas into the rooms 13 or 12 via the gas shower 10 , so that, for. B. a layer system C r O x N y / C r N x or C r O x N y / C r can arise.
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.It should be mentioned - as Fig. 2 shows - that each Weil the two outer legs 10 ', 10 ''' and 11 ', 11 ''' verbun with each other via a web 23 , the better mounting of the Gasdu serves in the area of the aperture boxes. The pro zeßgas itself is introduced via a connection 24 in the first of the three legs.
In Fig. 3 ist ein Beispiel für ein in der Praxis erzeugtes Schichtpaket diagrammatisch dargestellt.An example of a layer packet produced in practice is shown diagrammatically in FIG. 3.
BezugszeichenlisteReference list
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 1 substrate holder
2 cover part
3 substrate
4 cathode
5 cathode
6 coating chamber
7 target
8 target
9 transport level
10 gas shower
11 gas shower
12 room, zone
13 room, zone
14 bottom part
15 bottom part
16 opening
17 opening
18 recess
19 recess
21 sheet metal cutting, tongue
22 sheet metal cutting, tongue
23 profile bar
24 gas connection
25 , 25 ' , 25'' gas outlet nozzles
26 , 26 ' , 26'' gas outlet nozzles
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