DE3805380A1

DE3805380A1 - Vorrichtung zum herstellen von schichten mit gleichmaessigem dickenprofil auf substraten, insbesondere durch kathodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE3805380A1
Application number: DE3805380A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Wirz; Heinz-Wilhelm Pfannekuche; Thomas Bathon; Karl Eckert
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1988-02-20
Filing date: 1988-02-20
Publication date: 1989-08-31
Anticipated expiration: 2008-02-21
Also published as: JPH01255667A; DE3805380C2; US4869802A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorichtung zum Herstellen von Schichten mit gleichmäßigem Dickenprofil auf Sub straten, insbesondere durch Kathodenzerstäubung, bestehend aus einer Beschichtungskammer, einer in dieser ortsfest gehaltenen Zerstäubungskathode und einem durch die Beschichtungskammer quer zur Bestäu bungskathode bewegbaren, in Schienen und/oder zwischen Gleit- oder Wälzkörpern gehalten und geführten Sub stratschlitten.

Es ist eine Vorrichtung bekannt (DE-OS 33 06 870), bestehend aus einer Zerstäubungskathode und Substrat haltern auf einem gemeinsamen Fahrgestell, welches unter Ausführung einer kontinuierlichen Drehbewegung der Substrathalter gegenüber der Zerstäubungskathode verfahrbar ist. Am Fahrgestell ist dazu eine Mit nehmerrolle angeordnet, deren Drehachse senkrecht zur Fahrtrichtung verläuft, wobei parallel zur Fahrtrich tung ein Antriebsorgan angeordnet ist, mit dem die Mitnehmerrolle auf einem Teil ihres Weges in Eingriff steht und wobei die Mitnehmerrolle mit einem Sub strathalter gekuppelt ist. Das Antriebsorgan ist als Endloskette ausgebildet, die über zwei in Fahrtrich tung hintereinanderliegende Kettenräder geführt ist, die über einen Antriebsmotor in Umlauf versetzbar ist, wobei jede Mitnehmerrolle über ein Kegelrad-Getriebe mit einem Substrathalter zusammenwirkt.

Diese bekannte Vorrichtung hat unter anderem den Nachteil, außerordentlich aufwendig und voluminös und gleichzeitig wenig betriebssicher zu sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung des eingangs genannten Typs zu schaffen, die ohne mechanische Getriebe arbeitet, eine besonders flache Bauweise ermöglicht und ohne Wartung auskommt, so daß in keinem Falle ein Öffnen der Beschichtungskammer erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf dem Substratschlitten eine oder mehrere Substrat scheiben drehbar gelagert sind, deren Rotationsachsen jeweils quer zur Bewegungsebene des Substratschlittens angeordnet sind, wobei auf der der Kathode abgewandten Seite des Substratschlittens in der Beschichtungs kammer eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Magneten ortsfest gelagert sind, deren Magnetisie rungsrichtung jeweils senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substratschlittens verläuft, wobei die Magnetisie rung zweier benachbarter Magnete jeweils antiparallel ist und sich die Magnetreihe in einer zur Bewegungs ebene des Substratschlittens parallelen Ebene er streckt und mit Magnetscheiben zusammenwirkt, die auf der Nabe der Substratscheibe befestigt sind und deren Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Nabenachse verläuft.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung sind auf dem Substratschlitten auf seiner der Kathode zugewandten Seite eine oder mehrere Substratscheiben drehbar gelagert, deren Rotationsachsen jeweils quer zur Bewegungsebene des Substratschlittens angeordnet sind, wobei auf der der Kathode abgewandten Seite des Substratschlittens in der Beschichtungskammer ein Elektromagnet ortsfest angeordnet ist, mit einem Magnetjoch, dessen Polschuhe mit einem Magnetplättchen zusammenwirken, die jeweils an der Nabe der Substrat scheibe befestigt sind und deren Magnetisierungs richtung senkrecht zur Nabenachse verläuft, wobei die einander zugekehrten Innenflächen der Polschuhe parallel zur Bewegungsrichtung des Substratschlittens angeordnet sind.

Mit Vorteil ist dazu der Substratschlitten als eine im wesentlichen rechteckige Platte ausgebildet, auf deren Oberseite mehrere Substratscheiben drehbar gelagert sind, wobei die zugehörigen Drehachsen jeweils durch Lagerbohrungen im Substratschlitten nach unten zu hin durchgeführt sind und mit Magnetscheiben drehfest ver bunden sind, die mit Magneten der Magnetreihe oder dem Elektromagneten zusammenwirken.

Vorzugsweise ist sowohl jede Substratscheibe als auch jede zugehörige Magnetscheibe mit einer Nabe versehen, die beide drehfest über eine Drehachse verbunden sind, wobei jeweils ein Nabenpaar mit einem Wälzlager zusam menwirkt, dessen Lagerkäfig am Substratschlitten ge halten ist.

Um einen im Drehsinn der Substratscheiben besonders wirksamen Scheibenstrom zu erzeugen, ist die sich längs zur Bewegungsrichtung des Substratschlittens erstreckende Magnetreihe so angeordnet, daß sich die Magnetscheiben unmittelbar und in geringem Abstand an den einzelnen Magneten auf ihrem Weg durch die Be schichtungskammer vorbeibewegen.

Zweckmäßigerweise ist die Magnetreihe seitlich neben der mit der Nabe rotierenden Magnetscheibe und unmit telbar unterhalb des Substratschlittens und parallel zu diesem angeordnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungs möglichkeiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen schematisch näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Beschichtungskammer mit einer an der oberen Wandung befestigten Zer stäubungskathode und einem unterhalb der Kathode auf Rollen gelagerten Sub stratschlitten und einer zwischen Sub stratschlitten und der unteren Wand der Beschichtungskammer gehaltenen Reihe von Permanentmagneten,

Fig. 2 einen Teilschnitt des Abschnitts Z des Substratschlittens gemäß Fig. 1 in ver größerter Darstellung,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen Abschnitt des Substratschlittens in vergrößerter Dar stellung,

Fig. 4 einen Elektromagneten mit einem Magnet joch, dessen Polschuhe der an einer Nabe der Substratscheibe befestigten Magnetscheibe zugekehrt angeordnet sind, wobei die Innenflächen der Pol schuhe parallel der Bewegungsrichtung des Substratschlittens verlaufen.

Die Vorrichtung zum Herstellen von Schichten mit gleichmäßigem Dickenprofil besteht im wesentlichen aus einem eine Beschichtungskammer 2 haltenden Maschinen gestell 1, wobei die Beschichtungskammer 2 ein etwa rechteckiges Querschnittsprofil aufweist. Im Innneren der Beschichtungskammer 2 sind die Zerstäubungskathode 3 und zwei zueinander parallele Reihe von Lagerböcken 4, 4′, 4′′, ... mit auf ihnen drehbar gelagerten Füh rungsrollen 5, 5′, 5′′, ... angeordnet, auf die der Substratschlitten 6 geführt ist. Die beiderseits offene Beschichtungskammer 2 korrespondiert mit zwei Schleusen, die in der Zeichnung nicht näher darge stellt sind und die einerseits das Ein- und Ausfahren des Substratschlittens 6 (in Pfeilrichtung C) in bzw. aus der Beschichtungskammer 2 ermöglichen und ande rerseits das Innere der Beschichtungskammer 2 druck dicht abschließen. Der Substratschlitten 6 liegt mit in seinen beiden zueinander parallelen Längskanten 9, 9′ eingearbeiteten V-förmigen Längsnuten 8, 8′ an den Rollen 5, 5′, ... an, deren obere umlaufende Ränder 7, 7′ verrundet sind, wobei der Abstand A der beiden Längskanten 9, 9′ des Substratschlittens 2 geringfügig größer bemessen ist als der Abstand B, den die umlau fenden Ränder 7, 7′ zweier einander gegenüberliegender Führungsrollen 5, 5′ voneinander haben. Die Bewegung des Substratschlittens 6 in Pfeilrichtung C wird dadurch bewirkt, daß die Rollen 5, 5′, 5′′, ... über in den Lagerböcken 4, 4′, 4′′, ... angeordnete Elektro motore angetrieben sind, wobei die Drehrichtung der Rollen 5, 5′, ... der einen Rollenreihe entgegenge setzt der Drehrichtung der Rollen 5′, 5′′′, ... der anderen Rollenreihe ist.

Wie Fig. 1 zeigt, sind unterhalb des Substratschlit tens 6 Magnete 11, 11′, ... in einer Reihe angeordnet, deren Magnetisierungsrichtung jeweils senkrecht zur Längsrichtung der Beschichtungskammer 2 verläuft. Innerhalb der Reihe von Einzelmagneten 11, 11′, ... stehen die Magnetisierungen benachbarter Magnete antiparallel. Während der Bewegung des Substrat schlittens 6 in Richtung C wird in den auf dem Sub stratschlitten 6 gelagerten Magnetscheiben 12, 12′, ... ein Scheibenstrom erzeugt, der die Magnetscheiben 12, 12′, ... und die über Naben 14, 14′, ..., 15, 15′, ... mit diesen drehfest verbundenen Substratscheiben 13, 13′, ... in Drehung D versetzt.

Während des Beschichtungsvorgangs transportieren die sich synchron drehenden Rollen 5, 5′, ... den Sub stratschlitten 6 langsam in Pfeilrichtung C, wobei gleichzeitig die mit Hilfe der ortsfesten Permanent magneten 11, 11′, ... in Drehung versetzten Magnet scheiben 12, 12′, ... auch die mit diesen drehfest gelagerten Substratscheiben 13, 13′, ... angetrieben werden.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung hat den Vor teil, daß praktisch jede Partie eines auf der Sub stratscheibe abgelegten oder befestigten Werkstücks, beispielsweise eines Wafers oder einer Compact Disk, nicht nur mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in Pfeil richtung C durch die Beschichtungskammer 2 hindurch und an der Zerstäubungskathode 3 vorbeibewegt wird, sondern sich auch gleichzeitig quer zur Durchlaufrich tung C bewegt, wodurch auch eine besonders gleichmäßi ge bzw. rotationssymmetrische Schichtdicke herstellbar ist. Die Vorrichtung arbeitet außerordentlich zuver lässig und praktisch verschleißfrei. Eine Schmierung oder besondere Wartung irgendwelcher Teile des An triebs entfällt. Weiterhin arbeitet die Vorrichtung nahezu geräuschfrei, da beispielsweise Geräusche erzeugende Zahnradgetriebe oder Zahnriemenantriebe nicht vorhanden sind. Der Beschichtungsvorgang läßt sich schließlich durch in die Wand der Beschich tungskammer 2 eingebaute Sichtfenster genau verfolgen, da die Magnetreihe 18 unterhalb des Substratschlittens 6 von Magnethaltern 25 getragen ist, womit eine freie Sicht auf die Substrate möglich ist.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung ist ein Elektromagnet 19 auf der der Kathode 3 abgekehrten Seite des Substratschlittens 6 angeordnet. Dieser Elektromagnet 19 hat ein etwa prismatisches, langgestrecktes Magnetjoch 24 mit einer vom elektrischen Strom durchflossenen Magnetspule 26 und zwei rippenförmigen Polschuhen 20, 21, deren Innenflächen 22, 23 einander zugekehrt ausgeformt sind. Die beiden Polschuhe 20, 21 bilden zusammen einen langgestreckten Spalt 27, der so ausgebildet ist, daß die Magnetscheiben 12, 12′, ... bei der Längsbewegung des Substratschlittens in Pfeilrichtung C in diesem Spalt 27 entlangfahren. In Fig. 4 ist also der Substratschlitten 8 so dargestellt, daß seine Bewegung in Richtung auf den Betrachter zu (bzw. von diesem weg) erfolgt. Es ist klar, daß anstelle eines einzigen Elektromagneten 19 auch deren mehrere hinter einanderliegend angeordnet sein können, wobei aller dings die Polschuhe einer Seite genau fluchten müssen, so daß eine Berührung mit einer Magnetscheibe 12, 12′, ... ausgeschlossen ist.

Auflistung der Einzelteile:

1 Maschinengestell
2 Beschichtungskammer
3 Zerstäubungskathode
4 Lagerbock
5 Rolle, Führungsrolle
6 Substratschlitten
7 umlaufender Rand der Rolle
8 Längsnut (V-förmig)
9 Längskante
10 Welle
11 Magnet
12 Magnetscheibe
13 Substratscheibe
14 Nabe
15 Nabe
16 Drehachse
17 Wälzlager
18 Magnetreihe
19 Elektromagnet
20 Polschuh
21 Polschuh
22 Innenfläche
23 Innenfläche
24 Magnetjoch
25 Magnethalter
26 Magnetspule
27 Spalt

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen von Schichten mit gleichmäßigem Dickenprofil auf Substraten, ins besondere durch Kathodenzerstäubung, bestehend aus einer Beschichtungskammer, einer in dieser ortsfest gehaltenen Zerstäubungskathode und einem durch die Beschichtungskammer quer zur Bestäu bungskathode bewegbaren, in Schienen und/oder zwischen Gleit- oder Wälzkörpern gehalten und geführten Substratschlitten, dadurch gekennzeich net, daß auf dem Substratschlitten (6) auf seiner der Kathode (3) zugewandten Seite ein oder mehrere Substratscheiben (13, 13′, ...) drehbar gelagert sind, deren Rotationsachsen jeweils quer zur Bewegungsebene des Substratschlittens (6) angeordnet sind, wobei auf der der Kathode (3) abgewandten Seite des Substratschlittens (6) in der Beschichtungskammer (2) eine Vielzahl von in eine Reihe angeordneten Magneten (11, 11′, ...) ortsfest gelagert sind, deren Magnetisierungs richtung jeweils senkrecht zur Bewegungsrichtung (c) des Substratschlittens (6) verläuft, wobei die Magnetisierung zweier benachbarter Magnete (11, 11,) jeweils antiparallel ist und sich die Magnetreihe (18) in einer zur Bewegungsebene des Substratschlittens (6) parallelen Ebene erstreckt und mit Magnetscheiben (12, 12′, ...) zusammen wirkt, die auf der Nabe (15, 15′, ...) der Sub stratscheibe (13, 13′, ...) befestigt sind und deren Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Nabenachse verläuft.

2. Vorrichtung zum Herstellen von Schichten mit gleichmäßigem Dickenprofil auf Substraten, ins besondere durch Kathodenzerstäubung, bestehend aus einer Beschichtungskammer, einer in dieser ortsfest gehaltenen Zerstäubungskathode und einem durch die Beschichtungskammer quer zur Bestäu bungskathode bewegbaren, in Schienen und/oder zwischen Gleit- oder Wälzkörpern gehalten und geführten Substratschlitten, dadurch gekennzeich net, daß auf dem Substratschlitten (6) auf seiner der Kathode (3) zugewandten Seite eine oder mehrere Substratscheiben (13, 13′, ...) drehbar gelagert sind, deren Rotationsachsen jeweils quer zur Bewegungsebene des Substratschlittens (6) angeordnet sind, wobei auf der der Kathode (3) abgewandten Seite des Substratschlittens (6) in der Beschichtungskammer (2) ein Elektromagnet (19) ortsfest angeordnet ist, mit einem Magnet joch (24), dessen Polschuhe (20, 21) mit Magnet plättchen (12, 12′, ...) zusammenwirken, die jeweils an der Nabe (15, 15′, ...) der Substrat scheibe (13, 13′, ...) befestigt sind und deren Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Nabenachse verläuft, wobei die einander zugekehrten Innen flächen (22, 23) der Polschuhe (20, 21) parallel zur Bewegungsrichtung (C) des Substratschlittens (6) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratschlitten (6) als eine im wesentlichen rechteckige Platte ausge bildet ist, auf deren Oberseite mehrere Substrat scheiben (13, 13′, ...) drehbar gelagert sind, wobei die zugehörigen Drehachsen (16, 16′, ...) jeweils durch Lagerbohrungen im Substratschlitten (6) nach unten zu hindurchgeführt sind und mit Magnetscheiben (12, 12′, ...) drehfest verbunden sind, die mit Magneten (11, 11′, ...) der Magnet reihe (18) oder dem Elektromagneten (19) zusam menwirken.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl jede Substratscheibe (13, 13′, ...) als auch jede zugehörige Magnet scheibe (12, 12′, ...) eine Nabe (14, 14′, ... bzw. 15, 15′, ...) aufweist, die beide drehfest über eine Drehachse (16, 16′, ...) verbunden sind, wobei jeweils ein Nabenpaar mit einem Wälzlager (17, 17′, ...) zusammenwirkt, dessen Lagerkäfig am Substratschlitten (6) gehalten ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprü che 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich längs zur Bewegungsrichtung (c) des Sub stratschlittens (6) erstreckende Magnetreihe (18) so angeordnet ist, daß sich die Magnetscheiben (12, 12′, ...) unmittelbar und in geringem Abstand an den einzelnen Magneten (11, 11′, ...) auf ihrem Weg durch die Beschichtungskammer (2) vorbeibewegen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetreihe (18) seitlich neben den mit den Naben (15, 15′, ...) rotierenden Magnetscheiben (12, 12′, ...) und unmittelbar unterhalb des Substratschlittens (6) und parallel zu diesem angeordnet ist.