-
Technisches
Gebiet
-
Diese
Erfindung betrifft ein Dampfauftrags-Beschichtungsgerät. Genauer
ausgedrückt, betrifft
sie ein Gerät,
in dem die Ionenstromdichte sorgfältig zum Verbessern von Beschichtung
gesteuert wird. Diese Steuerung verbessert die Vielseitigkeit und
vergrößert den
Bereich von Auftragsbedingungen, die in einem einzigen Gerät erreicht
werden können,
so dass Beschichtungen mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften
in dem selben Gerät
aufgetragen werden können.
Ferner ermöglicht
die vorliegende Erfindung den Auftrag hochqualitativer Beschichtungen
in einem Gerät
mit großem
Volumen, das die Beschichtungsproduktivität und den Komponentendurchsatz
verbessert. Das Auftragsgerät
basiert auf Magnetron-Sputterquellen, in denen in Richtung auf die
Probestücke
getriebener Ionenstrom sorgfältig gesteuert
wird.
-
HINTERGRUNDTECHNIK
-
Magnetronsputtern
ist eine sehr gut etablierte Technik, die hochqualitative Dampfauftragsbeschichtungen
für einen
breiten Anwendungsbereich erzeugen kann.
-
Während der
letzten zehn Jahre ist eine Reihe von Verbesserungen beim Magnetronsputtern
erfolgt. Der erste Durchbruch wurde durch das unausgeglichene Magnetron
[B. WINDOWS, N. SAVVIDES, J. Vac. Sci. Technol., A4 (1986) 453]
geschaffen, das den dem umschließenden Magnetron entweichenden
Ionenstrom so verbesserte, dass die zu beschichtenden Probestücke einem
höheren
Ionenbeschuss mit vorteilhaften Auswirkungen in der Struktur bestimmter
Beschichtungstypen ausgesetzt wurden. Abwandlungen an diesem Prinzip
und Steuermodi für
das Ausmaß von
Unausgeglichenheit sind vorhergehend offenbart worden [W. MAASS,
B. CORD, D. FERENBACH, T. MARTENS, P. WIRZ, Patent
DE 3812379, 14 . April 1988].
-
Im
Fall eines Beschichtungsgeräts
mit großem
Volumen war es erforderlich, hohe Ionisierungsquellen in weit von
den Magnetronen entfernten Bereichen vorzusehen. Diese zusätzliche
Ionisierung ist durch Verwendung zusätzlicher Erregungsquellen wie
zum Beispiel Hochfrequenz- und Mikrowellenmitteln [M. NIHEI, J.
ONUKI, Y. KOUBOUCHI, K. MIYAZAKI, T. ITAGAKI, Patent JP 60421/87,
Priorität
16. März
1988] und das Vorsehen magnetischer Anordnungen neben den Magnetronquellen
realisiert worden (D. G. TEER, Proceedings for the First International
Symposium on Sputtering and Plasma Processing [Protokolle zum ersten
Internationalen Symposium über
Sputtern und Plasmaverarbeitung] – ISSP091, Tokio, Japan, Februar
1991; und A. FEUERSTEIN, D. HOFMANN, H. SCHUSSLER, Patent
DE 4038497 , Priorität 3. Dezember
1990, sowie S. KADLEC, J. MUSIL Patent CS4804/89, Priorität 14. August
89; und W. D. MÜNZ,
F. J. M. HAUZER, B. J. A. BUIL, D. SCHULZE, R. TIETEMA, Patent
DE 4017111 , Priorität 28. Mai
1990]. Alle beschriebenen Verfahren enthielten eine Begrenzung der
maximalen Kammergröße, die
allgemein auf 0,5 bis 1 Meter begrenzt war und für den Auftrag einer erfolgreichen Beschichtung
verwendet werden kann.
-
Die
vorliegende Erfindung überwindet
eine solche Begrenzung und kann ein neues Gerät schaffen, das einen Durchmesser
von bis zu vier Metern haben könnte.
-
OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
-
Einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge, wird ein Dampfauftrags-Beschichtungsgerät geschaffen,
wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.
-
Einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge, wird eine mehrere
Stationen aufweisende Dampfauftrags-Beschichtungseinheit geschaffen,
wie sie in Anspruch 17 beansprucht ist.
-
Das
Gerät enthält daher
eine Anzahl von Beschichtungsmitteln, die um die zu beschichtenden Probestücke herum
angeordnet sein werden. Am oder in Richtung auf den Innenraum der
Kammer erzeugt ein einziges oder eine Mehrzahl von Mitteln ein Magnetfeld.
Diese Mittel können
eine einzige oder eine Mehrzahl magnetischer Polaritäten aufweisen, die
gleich denen der äußeren Magnetgruppierung der
Magnetronquelle sind oder sich von diesen unterscheiden. Diese Magnetquellen
stellen ein Mittel bereit, das Auftrag unter unterschiedlichen Ionenbeschussbedingungen
ermöglicht,
welche in verschiedenen Bereichen des Beschichtungsgeräts und/oder zu
verschiedenen Zeiten während
des Auftragsprozesses zu steuern sind.
-
Die
Magnetstärke
dieser Pole könnte
durch verschiedene Mittel gesteuert werden, z. B. durch Ändern des
Stroms der Elektromagneteinheiten oder durch mechanische Verschiebung
der Dauermagnetmittel oder durch beides.
-
Identische
oder unterschiedliche Magnetronpolaritäten könnten innerhalb des selben
Geräts
verwendet werden.
-
Die
Magnetstärke
der Magnetronen könnte auch
variiert werden, wie auch die relative Position der inneren und äußeren Magnetpole.
-
Zusätzliche
Magnetpole könnten
in den Kammerumgebungen verwendet werden, um den Plasmaeinschluss
zu optimieren. Eine Verbesserung von magnetischem Einschluss könnte durch
Magnetmittel erreicht werden, die eine dem zentralen Pol entgegengesetzte
Polarität
aufweisen. Ferner könnten
geeignete elektrische Ströme
adäquaten
magnetischen Einschluss durch Erzeugen von Magnetfeldern zu diesem
Zweck bereitstellen, insbesondere, wenn sie mit anderen Magnetmitteln
kombiniert werden.
-
Alle
diese magnetischen Variationen gestalten das Gerät vielfältig in seiner Anwendung.
-
Allgemein
wird das Gerät
maximalen magnetischen Einschluss ermöglichen, der in einem größeren Auftragsgerät zum Sicherstellen
hochqualitativer Beschichtungen benötigt wird. Die internen Magnetmittel
könnten
unabhängige
Vorspannung von den zu beschichtenden Probestücken aufweisen. Die zu beschichtenden
Probestücke
könnten
vorgespannt oder nicht vorgespannt sein. Die an die zu beschichtenden
Probestücke
angelegte Vorspannung könnte durch
Gleichstrom (DC) und alternative Erregungsmittel bei verschiedenen
Frequenzen, wie zum Beispiel Wechselstrom (AC) bei sehr niedrigen
Frequenzen (1–1000
Hz) oder Impulsspannungen bei niedrigen Frequenzen (Impuls-LF) (1–1000 kHz),
oder mittleren Frequenz- (MF) Wellen (1–3 MHz) oder Hochfrequenz-
(RF) Wellen (1–1000 MHz)
oder einer jeglichen Kombination oder Modulation von diesen oder
anderen Erregungsmitteln gespeist werden.
-
Das
Gerät könnte eine
jegliche andere Anzahl von Mitteln zum Verbessern der Ionisierung
enthalten, wie zum Beispiel Mikrowellen und/oder Mittel- und Hochfrequenzeinrichtungen
und Mittel, die für die
Erzeugung von Glimmentladungen und Ionenvakuumtechniken geeignet
sind, wie zum Beispiel Bögen,
Glühfäden, Laser,
Elektronenkanonen und Ionenstrahlen.
-
Ein
größeres Gerät mit einem
Durchmesser über
zwei Metern kann durch Magnetverknüpfung zwischen Magnetronen
und internen Polen hergestellt werden. Die räumliche Verteilung von Magnetronen
und zusätzlichen
Magnetmitteln könnte
zum Erzielen einer Optimierung von Räumen variiert werden, wo magnetische
Einschlussbedingungen für
Beschichtungsaufträge
geeignet sind. Ein großes
Beschichtungsgerät
könnte
einen oder mehrere Einschlussbereiche oder -Stationen aufweisen.
-
Verschiedene
Aspekte der Erfindung sollen nur zum Aufführen von Beispielen unter Bezugnahme
auf die im Folgenden aufgeführten 1 bis 11 beschrieben
werden, in denen:
-
1 ein
Beispiel eines Auftragsgeräts zeigt,
das den durch die vorliegende Erfindung beschriebenen grundlegenden
magnetischen Einschluss aufweist;
-
2 eine
dreidimensionale Ansicht einer durch die vorliegende Erfindung beschriebenen
Auftragskammer darstellt;
-
3 eine
durch die vorliegende Erfindung beschriebene Auftragseinheit darstellt,
die zusätzliche
Magnetmittel aufweist;
-
4 eine
Auftragseinheit mit zusätzlichen Magnetmitteln
darstellt, die den magnetischen Einschluss modulieren könnten, wie
durch die vorliegenden Erfindung beschrieben ist.
-
5 einen
Querschnitt einer Auftragseinheit mit unabhängiger Vorspannung für das zentrale Magnetmittel
von den Probestücken
darstellt, wie durch die vorliegende Erfindung beschrieben ist;
-
6 eine
mehrere Stationen aufweisende Auftragseinheit zeigt, die durch die
vorliegende Erfindung beschrieben ist;
-
7 eine
mehrere Stationen aufweisende Auftragseinheit darstellt, die durch
die vorliegende Erfindung beschrieben ist;
-
8 ein
System mit höheren
Graden von magnetischem Einschluss darstellt, die durch Zurückziehen
des inneren Magnetpols des Magnetrons in bestimmtem Ausmaß gebildet
werden, wie durch die vorliegende Erfindung beschrieben ist;
-
9 ein
System mit niedrigen magnetischen Einschlussgraden darstellt, die
durch die Umschaltung der zentralen Polarität derart bewirkt werden, dass
diese die gleiche wie die des äußeren Pols des
Magnetrons ist, wie durch die vorliegende Erfindung beschrieben
ist;
-
10 ein
System mit sehr niedrigen magnetischen Einschlussgraden darstellt,
die durch Zurückziehen
des äußeren Magnetpols
des Magnetrons in bestimmtem Ausmaß weiter verkleinert werden,
wie durch die vorliegende Erfindung beschrieben ist; und
-
11 ein
System mit unterschiedlichen magnetischen Einschlussgraden für verschiedene Bereiche
der Beschichtungsstation darstellt, wie durch die vorliegende Erfindung
beschrieben ist.
-
Bezugnehmend
auf die Figuren in Reihenfolge:
-
1 stellt
die Draufsicht einer zylinderförmigen
Kammer dar. Die Auftragseinheit umfasst eine Vakuumkammer 1,
die mittels eines Pumpsystems entlüftet wird. Die zur Beschichtung 2 anstehenden Elemente
könnten
sich drehen, so dass sie zu den verschiedenen Magnetrons 3 oder
anderen möglichen
Beschichtungsmitteln oder Ionisierungsquellen gerichtet werden.
Der Sputterprozess erfolgt auf der Oberfläche der Magnetronziele 4.
Die Frontfläche des äußeren Magnetpols
der Magnetronen 5 hat eine entgegengesetzte Polarität zu dem
an der zentralen Zone der Kammer 6 platzierten Magnetmittel,
so dass die Magnetfeldlinien 7 die Zone von zur Beschichtung 2 anstehenden
Elementen kreuzen. Die in dem Magnetron enthaltenen Magnetpole können oder
können
nicht ein oder mehrere ferromagnetische Elemente, wie zum Beispiel
eine Weicheisen-Grundplatte auf der Rückseite des Magnetpols aufweisen.
Die Vakuumkammer 1 könnte
aus einem nicht-ferromagnetischen oder ferromagnetischen Material
aufgebaut sein, um die Magnetkreise entweder zu bewirken oder nicht
zu bewirken.
-
2 stellt
ein Auftragsgerät
dar, bei dem die Magnetronen 3 an der Kammerwand 1 platziert sind.
Eine Magnetbaugruppe 6 ist in einem zentralen Pol angeordnet.
Probestücke 2 werden
mit dem Zielmaterial 4 oder irgendwelchen anderen chemikalischen
Verbindungen beschichtet, die in Plasmareaktionen während des
Auftragsprozesses gebildet werden.
-
3 stellt
eine Draufsicht eines zwei Magnetronen aufweisenden Geräts dar,
wobei das zentrale Magnetmittel 6 eine magnetische Polarität aufweist,
die der des äußeren Magnetmittels 5 der
Magnetronen 3 entgegengesetzt ist. Zusätzliche, z. B. durch die Kammerwände um die
Probenstücke
herum angeordnete Magnetmittel 8 stellen Magnetfelder bereit,
die magnetischen Einschluss in dem System komplementieren und verbessern,
so dass Magnetfeldlinien 7 die Probestücke 2 in Richtung
auf den zentralen Pol kreuzen.
-
4 stellt
eine Draufsicht eines drei Magnetronen aufweisenden Geräts dar,
wobei das zentrale Magnetmittel 6 eine Polarität hat, die
derjenigen des äußeren Magnetmittels 5 der
Magnetronen 3 entgegengesetzt ist. Zusätzliche Magnetmittel 8 und 9 verbessern
den Einschluss. Die Magnetmittel 6 und 9 könnten entweder
durch mechanische Verschiebung oder elektronische Ströme variiert
werden, so dass der Einschlussgrad moduliert werden könnte, wenn Magnetlinien 7 geändert werden.
-
5 stellt
eine Querschnittansicht eines Auftragsgeräts dar, wobei das zentrale
Magnetmittel 6 unabhängig
von den Probestücken 2 vorgespannt werden
könnte.
Diese Magnetgruppierung könnte
auf einem schwebenden Potential belassen werden (bei dem elektronischer
Strom gleich dem Ionenstrom ist), oder auf dem gleichen oder einem
anderen Potential wie dem der Probestücke mit einer positiven oder
negativen Polarität
vorgespannt werden. Die Probestücke
könnten
zum Beispiel durch DC, AC, Impulsniederfrequenz, Mittelfrequenz,
Hochfrequenz oder irgendeine Kombination oder Modulation der oben
genannten vorgespannt werden.
-
6 stellt
ein mehrere Stationen aufweisendes Beschichtungsgerät dar, wobei
die Auftragseinheiten vier verschiedene Beschichtungsstationen umfassen,
die vier verschiedene Einschlussvolumen bereitstellen. Jede Station
in dem vorliegenden Beispiel weist verschiedene Magnetronen 3 auf
und beschichtet andere Probestücke 2.
Magnetischer Einschluss wird zwischen Magnetronen 3 und
einem lokalen zentralen Pol 6 erzeugt.
-
7 stellt
ein mehrere Stationen aufweisendes Beschichtungsgerät dar. Das
Auftragsgerät umfasst
drei verschiedene Probenhalter 2. Im vorliegenden Beispiel
befinden sich alle Magnetronen an der Kammerwand 1. Zwei
Reihen von Magnetpolen 6 und l0 entgegengesetzter
Polarität
richten die Magnetfeldlinien 7 über die Probestücke.
-
8 stellt
ein eine Station aufweisendes Beschichtungsgerät dar, bei dem die inneren
Magnetmittel 11 der Magnetronen unabhängig von den äußeren Magnetmitteln 5 der
Magnetronen zurückgezogen
sind, um so weiter die magnetische Verknüpfung 7 mit dem zentralen
Pol 6 und den äußeren Magnetmitteln 5 der
Magnetronen zu verbessern. Das zentrale Magnetmittel 6,
beispielsweise, weist eine Anzahl unabhängig steuerbarer Magnetmittel 12 auf,
deren Polarität
jeweils unabhängig
zum Beispiel durch Rotation und/oder Umsetzung der sie aufbauenden
Dauermagneten geändert
werden kann.
-
9 stellt
ein eine Station aufweisendes Gerät dar, bei dem die zentralen
Magnetmittel 12 so umgedreht wurden, dass die Polarität die gleiche
wie die der äußeren Magnetmittel 5 der
Magnetronen ist, wodurch der Effekt erhalten wird, eine Verknüpfung mit
dem inneren Magnetpol 6 zu verhindern.
-
10 stellt
ein eine Station aufweisendes Beschichtungsgerät dar, bei dem die zentralen
Magnetmittel 12 so umgedreht wurden, dass die Polarität die gleiche
wie die der äußeren Magnetmittel 5 der Magnetronen
ist, wobei das weitere Zurückziehen der äußeren Magnetmittel 5 der
Magnetronen den Effekt verstärkt,
Verknüpfung
mit dem inneren Magnetpol 6 zu verhindern.
-
11 stellt
ein eine Station aufweisendes Beschichtungsgerät dar, bei dem die zentralen
Magnetmittel 12 zwei unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
Gleichzeitig weisen die Magnetronen zwei verschiedene Polaritäten 3a und 3b auf,
die unterschiedlichen magnetischen Einschluss in verschiedenen Bereichen
der Station bereitstellen. Diese Situation ermöglicht Beschichtungsauftrag
bei unterschiedlichen Ionenbeschussgraden. Die Ziele 4 können aus den
gleichen oder aus anderen Materialien bestehen. Im vorliegenden
Beispiel stellen drei der Magnetronen einen magnetischen Einschluss
aufgrund von komplementärer
Polarität
mit den zentralen Magnetmitteln dar. Eins der Magnetronen weist
die gleiche Polarität
wie die entsprechenden zentralen Magnetmittel auf wodurch Verknüpfung mit
dem inneren Magnetpol 6 verhindert wird.