DE4314251C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen absorbierender dünner Schichten auf ein Substrat - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen absorbierender dünner Schichten auf ein SubstratInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor
richtung zum Aufdampfen absorbierender dünner
Schichten auf ein Substrat mit einer Reflexion
entsprechend derjenigen eines unbeschichteten
Substrats und mit geringer Interferenzwirkung un
ter Verwendung von zwei in einer Vakuumkammer an
geordneten Elektronenstrahlkanonen mit jeweils ei
nem Verdampfertiegel zur Aufnahme eines Metalls
bzw. eines niederbrechenden dielektrischen Materi
als.
Bekannt ist eine Vorrichtung zur Herstellung von
supraleitendem Werkstoff (US 3,549,416) bei der in
einer Vakuumkammer zwei thermische Verdampferquel
len nebeneinander angeordnet sind, wobei zur ge
nauen Kontrolle der Verdampfungsraten Schwing
quarzmeßköpfe diesen Verdampferquellen zugeordnet
sind, die mit Hilfe eines flanschförmigen
Ablenkblechs von den verdampften Werkstoffen abge
schirmt sind, wobei oberhalb des Ablenkbleches das
Substrat in Form eines aufwickelbaren Bandes oder
Drahts vorgesehen ist und wobei auf der dem von
einem u-förmigen Magneten umgriffenen Verdampfer
abgekehrten Seite des Substrats ein Heizaggregat
gehalten ist. Die Signale der Schwingquarzmeßköp
fe werden Kontrolleinheiten zugeleitet und in die
sen zusammen mit von den Signalen der Elektronen
strahlkanonen verarbeitet, wobei die Kontrollein
heit wiederum mit der Stromversorgung für den Ma
gneten und die Elektronenstrahlkanonen zusammen
wirkt.
Weiterhin ist ein Verfahren bekannt (DAS 1 771 370)
zur Herstellung von in der Durchsicht homoge
nen, farbigen dünnen Schichten durch Hochvakuu
maufdampfung, mit einem durchsichtigen Träger un
ter Verwendung einer optisch absorbierenden und
einer optisch nicht absorbierenden Komponente,
wobei letztere SiO2 und B2O3 enthält. Bei diesem
Verfahren ist Voraussetzung, daß das Substrat den
Brechwert der nicht absorbierenden Substanz (SiO2)
aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei
dem die Anfangsrate der absorbierenden Substanz so
bemeßbar ist, daß die Mischung beider Substanzen
einen dem Substrat entsprechenden Anfangsbrechwert
entspricht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß in einem ersten Verfahrensschritt das Material
aus beiden Tiegeln gleichzeitig mit einer dem Bre
chungsindex des Substrats angepaßten Aufdampfungs
rate verdampft und auf das Substrat niedergeschla
gen wird, danach in einem zweiten Verfahrens
schritt die Aufdampfrate des Metalls von der An
fangsrate bis zu einer bestimmten Endrate kontinu
ierlich erhöht wird, danach die Aufdampfrate des
Metalls in einem dritten Verfahrensschritt bis zum
Erreichen einer bestimmten Transmission konstant
gehalten wird, danach die Aufdampfrate des Metalls
in einem vierten Verfahrensschritt während eines
bestimmten Zeitabschnitts kontinuierlich bis zur
Endrate, die der Anfangsrate entspricht, ernied
rigt wird, wobei die Rate des niederbrechenden
dielektrischen Materials während des ganzen Be
schichtungsvorgangs konstant bleibt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
sind in den anhängenden Patentansprüchen näher be
schrieben und erläutert.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausfüh
rungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den an
hängenden Zeichnungen näher dargestellt, die das
Schema einer Vakuum-Aufdampfanlage zeigt.
Das Verfahren zur Herstellung dünner absorbieren
der Schichten kann in einer konventionellen Auf
dampfanlage mit Schwingquarzregelung der Aufdampf
rate und einer photometrischen Transmissionsmessung
mit geringen Modifikationen durchgeführt wer
den.
In einer konventionellen Aufdampfanlage 1 mit
Pumpöffnung 2 befinden sich zwei Elektronenstrahl
verdampfer 3, 4. Die eine Elektronenstrahlkanone 3
wird zum Verdampfen einer metallischen Substanz,
z. B. Molybdän, verwendet. Der Elektronenstrahlka
none 3 ist ein Schwingquarz-Meßsystem 6 zugeord
net, welches ein Bedampfungsschutzrohr besitzt zur
Verhinderung der Beschichtung durch das aus der
anderen Elektronenstrahlkanone 4 verdampfte Mate
rial. Die zweite Elektronenstrahlkanone 4 besitzt
ebenfalls ein eigenes Schwingquarz-Meßsystem 7 mit
einem Bedampfungsschutzrohr. Sie dient zum Ver
dampfen eines niederbrechenden Materials, z. B.
SiO2 oder eines Aufdampfglases.
Zwischen den beiden Elektronenstrahlverdampfern 3,
4 befindet sich ein Bedampfungsschutzblech 5. Die
ses dient ebenfalls zum Verhindern der Beschich
tung des Schwingquarzes durch das Material des
nicht zum Schwingquarz zugehörigen Elektronen
strahlverdampfers.
Für das Funktionieren einer Simultanbeschichtung
ist es unerläßlich, daß z. B. das Schwingquarz-Meß
system 6 nicht von dem Elektronenstrahlverdampfer
4 beeinflußt wird, da sonst Schwankungen in der
Rate 4a zur Regelung am Elektronenstrahlverdampfer
3 führen wodurch es zu Schwankungen in der Rate 3a
kommt.
Die Substrate 9, die sich auf dem rotierenden
Substrathalter 8 befinden, werden für die Beschichtung
mit Hilfe der Heizung 17 auf 300°C ge
heizt.
Für die Messung der Transmission der aufwachsenden
Schicht auf einem Testglas 15 während der Be
schichtung wird ein Spektralfotometer 10 verwen
det. Das Weißlicht einer Halogenlampe 11 wird mit
einem Lichtleiter 13 zu einer Vakuumdurchführung
mit Abbildungsoptik 14 geleitet und durch die Ab
bildungsoptik auf das Testglas 15 abgebildet. Eine
zweite Vakuumdurchführung mit einer Abbildungsop
tik 16 bildet das transmittierte Licht auf einem
Monochromator oder einen Linienfilter mit einem
nachgeschalteten Detektor 12 ab.
Die Beschichtung wird bei einem Druck von 2 -
3.10-5 mbar durchgeführt. Die folgende Beschrei
bung des Beschichtungsvorgangs bezieht sich auf
das Beschichten von Substraten mit einem Bre
chungsindex von 1,52.
Beim Öffnen der Verdampferblenden beginnt die Be
schichtung mit einer so gewählten Aufdampfrate der
metallischen Substanz und der niederbrechenden
Substanz, daß die dünne Schicht einen reellen Bre
chungsindex von 1,52 aufweist und einen gewissen
Extinktionskoeffizienten K.
Dann wird in einer linearen Ratenrampe die Rate
der metallischen Substanz innerhalb von 5 Minuten
um eine Faktor 4 erhöht. Danach wird sie solange
konstant gehalten, bis das Fotometer eine Trans
mission von 23% anzeigt. Dies wird als Trigger
punkt verwendet, um eine zweite Ratenrampe für die
metallische Substanz zu starten, wobei deren Rate
innerhalb von 2 Minuten auf den Startwert beim
Öffnen der Blenden erniedrigt wird. Dadurch nimmt
die "in situ" gemessene Transmission nochmals um
2% ab.
Die gesamte Beschichtung dauert damit 10 Minuten
und man erhält eine Absorption von 75%. Beispiels
weise ist das verwendete Metall Molybdän und die
niederbrechende Substanz ein Aufdampfglas 8329 der
Fa. Schott.
Während der gesamten Beschichtung bleibt die Rate
der niederbrechenden Substanz konstant.
Im Vergleich zu bekannten Verfahren besitzt das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung folgende
Vorteile:
- 1. Durch die Einstellung geeigneter Ratenverhält nisse der metallischen und der niederbrechenden Substanz relativ zueinander können die Bre chungsindizes der dünnen Schicht gleich dem Bre chungsindex des Substrates eingestellt werden.
- 2. Als Aufdampfmaterialien werden ein Metall und eine niederbrechende Substanz genommen, die im Vergleich zu einer Mischsubstanz unproblematisch sind.
- 3. Die Absorption kann durch eine geeignete Wahl der beiden Aufdampfraten weitgehend unabhängig von der Schichtdicke eingestellt werden. Dies führt zu einer Verkürzung der Aufdampfzeiten.
- 4. Da die Beschichtung aus zwei Verdampferquellen erfolgt, können diese geeignet in der Anlage positioniert werden, um eine optimale Schicht dickenverteilung und die gleiche Materialmi schung und damit den gleichen Brechungsindex über der Kalotte mit Hilfe einer Verteilerblende einstellen zu könne. Dies erlaubt die Beschich tung größerer Substrathalterflächen als mit dem vorbekannten Verfahren.
1
Vakuumkammer
2
Pumpöffnung
3
Elektronenstrahlverdampfer für
die metallische Substanz
3
a Dampfkeule der metallischen
Substanz
4
Elektronenstrahlverdampfer für die
niederbrechende Substanz
4
a Dampfkeule der niederbrechenden
Substanz
5
Abschirmblech
6
Schwingquarzmeßkopf mit Bedamp
fungsschutzrohr für die metallische
Substanz
7
Schwingquarzmeßkopf mit Bedamp
fungsschutzrohr für die nieder
brechende Substanz
8
Substrathalter, rotierend
8
a Rotationsachse
9
Substrate
10
Spektralphotometer
11
Lichtquelle
12
Detektor mit Monochromator oder
Linienfilter
13
Lichtleiter
14
Vakuumdurchführung mit Abbildungs
optik für die Transmissionsmessung,
Eintritt des Lichtstrahls
15
Testsubstrat für die Transmissions
messung
16
Vakuumdurchführung mit Abbildungs
optik für die Transmissionsmessung,
Eintritt des Lichtstrahls
17
Substratheizung
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung absorbierender dün
ner Schichten mit einer Reflexion entspre
chend derjenigen eines unbeschichteten Sub
strats und mit geringer Interferenzwirkung
unter Verwendung von zwei in einer Vakuumkam
mer (1) angeordneten Elektronenstrahlkanonen
(3, 4) mit jeweils einem Verdampfertiegel zur
Aufnahme eines Metalls bzw. eines niederbre
chenden dielektrischen Materials, wobei
in einem ersten Verfahrensschritt das Materi al aus beiden Tiegeln gleichzeitig mit einer dem Brechungsindex des Substrats (9, 9', . . .) angepaßten Aufdampfungsrate verdampft und auf das Substrat (9, 9', . . .) niedergeschlagen wird, danach
in einem zweiten Verfahrensschritt die Auf dampfrate des Metalls von der Anfangsrate bis zu einer bestimmten Endrate kontinuierlich erhöht wird, danach die Aufdampfrate des Me talls
in einem dritten Verfahrensschritt bis zum Erreichen einer bestimmten Transmission kon stant gehalten wird, danach die Aufdampfrate des Metalls
in einem vierten Verfahrensschritt während eines bestimmten Zeitabschnitts kontinuierlich bis zur Endrate, die der Anfangsrate entspricht, erniedrigt wird, wobei die Rate des niederbrechenden dielektrischen Materials während des ganzen Beschichtungsvorgangs kon stant bleibt.
in einem ersten Verfahrensschritt das Materi al aus beiden Tiegeln gleichzeitig mit einer dem Brechungsindex des Substrats (9, 9', . . .) angepaßten Aufdampfungsrate verdampft und auf das Substrat (9, 9', . . .) niedergeschlagen wird, danach
in einem zweiten Verfahrensschritt die Auf dampfrate des Metalls von der Anfangsrate bis zu einer bestimmten Endrate kontinuierlich erhöht wird, danach die Aufdampfrate des Me talls
in einem dritten Verfahrensschritt bis zum Erreichen einer bestimmten Transmission kon stant gehalten wird, danach die Aufdampfrate des Metalls
in einem vierten Verfahrensschritt während eines bestimmten Zeitabschnitts kontinuierlich bis zur Endrate, die der Anfangsrate entspricht, erniedrigt wird, wobei die Rate des niederbrechenden dielektrischen Materials während des ganzen Beschichtungsvorgangs kon stant bleibt.
2. Vorrichtung zur Herstellung absorbierender
dünner Schichten mit einer Reflexion entspre
chend derjenigen des unbeschichteten Sub
strats und mit geringer Interferenzwirkung,
mit zwei in einer Vakuumkammer (1) angeord
neten thermischen Verdampfern (3, 4), bei
spielsweise Elektronenstrahlkanonen mit zuge
hörigen Tiegeln und mit einem oberhalb der
Verdampfer angeordneten Substrathalter (8),
dadurch gekennzeichnet, daß jeden der beiden
nebeneinander angeordneten Verdampfern (3, 4)
eine die Verdampfungsrate regelnde Einrich
tung zugeordnet und etwa in der Ebene der
beiden Verdampfertiegel eine Lichtquelle (14)
vorgesehen ist, deren Lichtstrahl auf ein
oberhalb der Verdampfer (3, 4) im Bereich der
Substrathalterung (8) gehaltenen Testlinse
(15) gerichtet ist, wobei der Lichtkegel nach
seinem Durchtritt durch die Testlinse (15)
mit einem Detektor (12) zusammenwirkt, der
während des Aufdampfvorganges eine Transmis
sionsmessung ermöglicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die die Verdampfungsrate re
gelnde Einrichtung mit zwei Schwingquarzmeß
körpern (6, 7) zusammenwirkt, von denen jeweils
einer derart neben jedem Tiegel gehal
ten ist, daß sein Meßwert von der im zugeord
neten Tiegel befindlichen Schmelze unmittel
bar beeinflußt ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Detektor (12)
zum Messen des durch die Testlinse (15) fal
lenden Lichtstrahls mit einem Linienfilter
ausgerüstet und Teil eines Spektralphotome
ters ist.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle
(11) Teil des Spektralphotometers (10) ist
und ein Lichtstrahl dieser Lichtquelle (11)
über ein Lichtleitsystem, beispielsweise über
ein Glasfaserkabel (13) zu einer in der Ebene
der Verdampfer (3, 4) angeordneten Abbildungs
optik (14) führt und die Lichtquelle (11) für
die Transmissionsmessung bildet.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, daß den Verdampferquellen (3, 4) Blenden
(5) vorgeschaltet sind, die eine Unterbre
chung des Aufdampfprozesses ermöglichen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19934314251 DE4314251C2 (de) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen absorbierender dünner Schichten auf ein Substrat |
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DE19934314251 DE4314251C2 (de) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen absorbierender dünner Schichten auf ein Substrat |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4314251A1 DE4314251A1 (de) | 1994-11-03 |
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DE19934314251 Expired - Fee Related DE4314251C2 (de) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | Verfahren und Vorrichtung zum Aufdampfen absorbierender dünner Schichten auf ein Substrat |
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Country | Link |
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DE (1) | DE4314251C2 (de) |
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- 1993-04-30 DE DE19934314251 patent/DE4314251C2/de not_active Expired - Fee Related
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EP1591750B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Dicke einer Beschichtung auf einem in seiner Längsrichtung bewegten Band |
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