DE68927920T3 - Magnetronzerstäubungsanlage und -verfahren - Google Patents

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    • H01J2237/022—Avoiding or removing foreign or contaminating particles, debris or deposits on sample or tube

Description

  • I. Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gleichstrom-Magnetronsputterverfahren und entsprechende Vorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen und Verfahren zur schnellen, gleichmäßigen Abscheidung und Bildung dünner Filme, die zum Beispiel aus höchstschmelzenden Metallen und/oder Oxiden, Nitriden, Hydriden, Kohlenstoff enthaltenden Verbindungen und anderen Verbindungen und Legierungen solcher Metalle bestehen, und außerdem auf die Abscheidung und Bildung von Gemischfilmen. Da das erfindungsgemäße Erfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung auf das Einhalten der strengen Anforderungen optischer Beschichtungen ausgelegt sind, sind sie auch für andere, nicht so hohe Anforderungen stellende Anwendungsbereiche geeignet.
  • II. Beschreibung des Standes der Technik
  • In den vergangenen Jahren ist das Gleichstrom-Magnetronsputtern als ein Verfahren zum Erzeugen von Schichten dielektrischen Materials, vor allem von Metalloxiden, und Oxidhalbleitern, vor allem Indiumzinnoxid, entwickelt worden. Das Verfahren hat zum direkten Sputtern dielektrischer Materialien gegenüber den HF-Magnetronverfahren Vorteile, da Verbesserungen der Abscheidungsgeschwindigkeit erreicht werden können und die Herstellungsanlagen billiger, sicherer und einfacher steuerbar werden.
  • In der Beschichtungstechnik ist bekannt, daß bei einem Verfahren, das das Gleichstrom-Magnetronsputterverfahren voll ausnutzen und seine potentiellen Nachteile vermeiden will, vorzugsweise eine partielle Druckteilung des Substrats und der Sputterkathoden vorgenommen werden muß. Mehrere Möglichkeiten sind zur Bewerkstelligung einer partiellen Druckteilung beschrieben worden. Siehe zum Beispiel das US-Patent Nr. 4,420,385 von Hartsough; "Advances in High Rate Sputtering with Magnetron-Plasmatron Processing and Instrumentation" ("Fortschritte beim schnellen Sputtern mit Magnetron-Plasmatron-Verarbeitung und -Instrumenten") von Schiller et al. in TSF 64 (1979), 455–467; "Reactive High Rate DC Sputtering of Oxides" ("Reaktives schnelles Gleichstromsputtern von Oxiden") von Scherer et al. (1984); und "Reactive DC Sputtering with the Magnetron-Plasmatron for Titanium Pentoxide and Titanium Dioxide Films" ("Reaktives Gleichstromsputter mit dem Magentron-Plasmatron für Titanpentoxid- und Titandioxidfilme"), von Schiller et al. in TSF 63 (1979), 369–373.
  • Beim Verfahren von Scherer werden in solcher Weise abgeschirmte Kathoden verwendet, daß eine Oxidationszone erzeugt wird, die direkt über der Sputterzone liegt. In allen anderen Punkten ist dieses Verfahren nicht direkt relevant für die vorliegende Erfindung, da es dazu konstruiert wurde, Material in einem einzigen Durchgang abzuscheiden, und auch insofern, als die Oxidation des Metalldampfs beim Abscheiden stattfindet. Die Verfahren von Schiller und Hartsough wechseln ein Substrat zwischen einer Sputterkathode und einer reaktiven Gassorbtionszone hin und her, was ein effektiveres Verfahren zur Druckteilung darstellt. Die vollständigste Beschreibung dieses Teildruckverfahrens ist im Patent von Hartsough zu finden. Im Patent von Hartsough ist die Bildung von Aluminium-beschichtungen nichtoptischer Qualität auf einer Scheibe durch Rotieren der Scheibe durch eine einzige Sputterabscheidungszone und eine einzige Oxidationszone beschrieben. Das gesamte Volumen außerhalb der Sputterzone wird als die Reaktions- bzw. Oxidationszone verwendet, so sind also die Grenzen der beiden Zonen miteinander in Kontakt. Ein extrem enges Abschirmen zwischen der Sputterkathode und dem Substratträger ist nötig, damit eine Migration des reaktiven Gases in die Abscheidungszone verhindert wird. Dadurch wird der für die Oxidation verfügbare Druck eingeschränkt. Außerdem ist auch die bei dieser Möglichkeit erreichbare Abscheidungsgeschwindigkeit inhärent durch die Oxidationsgeschwindigkeit eingeschränkt. Das heißt, wenn die an die Kathode angelegte Leistung zum Steigern der Metallsputtergeschwindigkeit erhöht wird, muß auch die Scheibenrotationsgeschwindigkeit erhöht werden, damit die optimale Materialdicke in der Abscheidungszone abgeschieden wird. Mit einem Erhöhen der Durchgangsgeschwindigkeit der Scheibe nimmt jedoch die Verweildauer in der Oxidationszone proportional ab, was dazu führt, daß im Grenzfall die Verweildauer in der Reaktionszone so kurz wird, daß die Metallschicht nicht vollständig oxidiert wird.
  • Das oben beschriebene Teildruckverfahren hat mindestens drei größere zusätzliche Nachteile. Erstens, wenn eine oder mehrere Sputterkathoden dazu benötigt würden, die gleiche Vorrichtung dazu zu befähigen, im gleichen Vakuumzyklus andere Materialien abzuscheiden, würde die Reaktionszeit pro Translationszyklus proportional um die Anzahl der zusätzlichen Kathoden verringert.
  • Zweitens, die Abscheidungsgeschwindigkeit der jeweiligen Materialien würde proportional verringert. Das beschriebene Verfahren erlaubt nur ein Reaktionsvolumen, das immer wirkt und daher die gleichzeitige Abscheidung zweier verschiedener Metalloxide oder anderer Verbindungen oder eines reinen Metalls und einer Verbindung ausschließt.
  • Schließlich gehen mit der ringförmig rotierenden Anordnung mit ihrem eigens geformten Magnetronsputterziel einschneidende Einschränkungen der erzielbaren Filmdickengleichförmigkeit einher, so daß in der Verwendung bei optischen dünnen Filmen der verwendbare Teil der beschriebenen Vorrichtung nur ein enger ringförmiger Bereich wäre.
  • Es wird daher offensichtlich, daß für die Herstellung von optischen Vielschichtfiltervorrichtungen auch in bescheidenem industriellen Maßstab die beschriebene bekannte Möglichkeit ungeeignet ist. Außerdem kann gezeigt werden, daß bei dieser Möglichkeit aufgrund der beschriebenen Nachteile in ihrer praktischen Anwendung für die Herstellung optischer Vielschichtvorrichtungen kein größerer Durchsatz als bei einer herkömmlich betriebenen HF-Magnetronvorrichtung der gleichen Größe und Konstruktion erzielt werden könnte.
  • III. Zusammenfassung der Erfindung
  • A. Eigenschaften der Abscheidungs- und Reaktionszonen
  • Bei dieser Erfindung ist eine Sputterbeschichtungsvorrichtung vorgesehen mit den folgenden Einrichtungen: einer Vakuumkammer, einem beweglichen Substrathalter, der innerhalb der Vakuumkammer montiert und zum Festhalten von Substraten auf sich zum Bewegen der Substrate über mindestens eine erste und eine zweite Arbeitsstation, die physisch voneinander getrennt sind, ausgestaltet ist, wobei die erste Arbeitsstation eine Zerstäubungszone und die zweite Arbeitsstation eine Reaktionszone für das in der ersten Arbeitsstation zerstäubte Material bereitstellt, wobei eine magnetronunterstützte Zerstäubungseinrichtung in der ersten Arbeitsstation angeordnet ist und ein Target ausgewählten Materials und eine Einrichtung zum Erzeugen eines ersten Plasmas innerhalb der Zerstäubungseinrichtung, in der Nachbarschaft der Arbeitsstation und im wesentlichen überall in einem ausgedehnten Bereich der Kammer, einschließlich der physisch separat angeordneten zweiten Arbeitsstation, zum Zerstäubungsabscheiden von Material auf die die erste Arbeitsstation durchlaufenden Substrate aufweist und eine Ionenquelleneinrichtung in der zweiten Arbeitsstation angeordnet ist, um ein reaktives Gas entlang einer relativ schmalen Zone in der Nachbarschaft des Substrathalters, die durch ein zweites, lokal intensives Plasma, das Ionen des reaktiven Gases aufweist, gebildet wird, anzulegen, wobei die Ionenquelleneinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines gerichteten Potentials zwischen der Ionenquelle und dem einen Plasma zum Beschleunigen von dessen reaktiven Ionen auf die Substrate, um die ausgewählte Reaktion mit dem zerstäubungsabgeschiedenen Material während eines einzigen Durchgangs des Substrathalters abzuschließen, aufweist.
  • In der Erfindung ist auch ein Verfahren vorgesehen zum Herstellen von Monoschichtfilmen und Mehrschichtgemischfilmen auf Substraten in einer Vakuumkammer mit einem beweglichen Substrathalter darin, einer ersten Arbeitsstation mit einer Zerstäubungszone zum Bilden einer Schicht zerstäubten Materi als auf einem Substrat und einer zweiten Arbeitsstation mit einer Reaktionszone zum Reagieren des in der ersten Arbeitsstation auf einem Substrat gebildeten zerstäubten Materials, wobei mindestens eine magnetronunterstützte Zerstäubungseinrichtung, die zum Zerstäubungsabscheiden eines ausgewählten Materials auf einem Substrat dient, in der ersten Arbeitsstation benachbart zum Substrathalter zur Erzeugung eines ersten Plasmas angrenzend an die erste Arbeitstation und im wesentlichen über einen ausgedehnten Bereich der Kammer einschließlich der körperlich beabstandeten zweiten Arbeitsstation angeordnet ist und mindestens eine Ionenquelleneinrichtung, die zum Bereitstellen eines lokal intensiven Plasmas zur Bewirkung einer ausgewählten chemischen Reaktion mit dem ausgewählten Material dient, in der zweiten Arbeitsstation benachbart zum Substrathalter angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Vakuums in der Kammer, Einführen von Arbeitsgas und reaktivem Gas in die Kammer, kontinuierliches Bewegen des Substrathalters über die Einrichtungen, Betreiben der Zerstäubungseinrichtung mit einem damit verbundenen relativ niedrigen Partialdruck des reaktiven Gases, um eine Schicht des ausgewählten Materials auf dem Substrat abzuscheiden, und Betreiben der Ionenquelleneinrichtung, die Einrichtungen zum Anlegen eines gerichteten Potentials zwischen der Ionenquelle und dem zweiten Plasma zur Beschleunigung von dessen relativen Ionen zu den Substraten aufweist, mit einem damit verbundenen relativ hohen Partialdruck des reaktiven Gases, um die ausgewählte Reaktion während eines einzigen Durchgangs des Substrathalters im wesentlichen abzuschließen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden sowohl die Abscheidung als auch die Reaktion in langen schmalen axialen Zonen im Anschluß an die Perpherie eines sich bewegenden Substratträgers bewerkstelligt, was einen grundlegenden Unterschied zum Stand der Technik darstellt. Die hier dargestellte Reaktion wird durch ein höchst intensives Plasma in hocheffizienter Weise bei hohen Drücken des reaktiven Gases in einer langen, schmalen Zone bewerkstelligt, die physisch von der Metallabscheidungszone durch einen Bereich relativ niedrigen Drucks getrennt ist. Durch die Verwendung einer Quelle reaktiver Ionen zum Herstellen eines länglichen gleichmäßigen Ionenflusses hoher Intensität um den Träger herum zum Erzeugen eines intensiven reaktiven Plasmas aus Sauerstoff oder einem anderen reaktiven Gas, wie zum Beispiel der linearen Magnetronkanone oder einer entsprechend konstruierten Kanone, weist das reaktive Volumen mit hohem Druck im wesentlichen eine einen hohen Energieanteil aufweisende Gasspezies auf, die die für die Reaktion benötigte Zeit wesentlich verringert. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist daher, daß das Verfahren nicht auf reaktive Gase wie zum Beispiel Sauerstoff beschränkt ist, da auch Verbindungen gebildet werden können, bei denen weniger reaktive Gasspezies wie zum Beispiel Stickstoff, Wasserstoff, gasförmige Kohlenstoffoxide usw., zum Bilden von Nitriden, Hydriden, Karbiden usw. verwendet werden. Die Erfindung überwindet alle oben genannten Nachteile des Standes der Technik und bietet noch weitere Vorteile, indem durch die Verwendung mehrerer Stationen beträchtliche Abscheidungsgeschwindigkeitserhöhungen erreicht werden können. Die erreichbaren Drücke des reaktiven Gases und Abscheidungsgeschwindigkeiten liegen weit über den mit herkömmlichen Vorrichtungen praktisch erreichbaren Abscheidungsgeschwindigkeiten. Es können aufgrund des Wegfallens der Notwendigkeit eines engen Abschirmens auch gewölbte Substrate beschichtet werden.
  • Unten werden Beispiele angeführt für Verwendungsweisen, die den praktischen Wert der grundlegenden Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik betonen.
  • B. Vorliegendes System und Betrieb
  • Bei einer derzeit bevorzugten Vorgehensweise zum Bilden dünner Filmbeschichtungen, unter anderem höchstschmelzender Metallbeschichtungen dielektrischer Beschichtungen optischer Qualität wie zum Beispiel Metalloxidbeschichtungen, wird bei der vorliegenden Erfindung eine geradlinige Translationsver arbeitungsanordnung verwendet, oder eine zylindrische Verarbeitungsanordnung, bei der Substrate auf einer rotierenden zylindrischen Trommel angebracht sind, oder auf einem Träger in der Form eines Planetengetriebes oder auf einem sich ständig weiterbewegenden Gewebe. Die Substrate werden durch eine Anzahl von Stationen geführt: (1) mindestens eine vorzugsweise lineare Kathodenplasmaerzeugungsvorrichtung (z.B. ein planares Magnetron oder ein rotierendes Shatterproof-Magnetron) das zum Abscheiden von Silizium, Tantal usw. in einem Metallabscheidungsmodus betrieben wird, in Folge oder abwechselnd mit (2) einer ähnlichen Vorrichtung wie ein planares Magnetron, das in einem reaktiven Plasmamodus betrieben wird, oder einer Ionenkanone oder einer anderen Ionenquelle, die so angeordnet ist, daß sie einen gleichmäßigen hochintensiven Ionenfluß um den Träger herum erzeugt, wodurch ein intensives reaktives Plasma erzeugt wird, wobei Sauerstoff oder ein anderes reaktives Gas verwendet wird, wie zum Beispiel Stickstoff, Wasserstoff oder gasförmige Kohlenstoffoxide. Bei der Anordnung entstehen lange schmale Zonen sowohl für die Abscheidung als auch für die Reaktion mit einer vollständigen physischen Trennung der Zonenränder. Wenn ähnliche Magnetronkathoden verwendet werden, wird eine unter Verwendung eines relativ niedrigen Partialdrucks des reaktiven Gases (z.B. Sauerstoff) betrieben, um den Metallabscheidungsmodus zu erzeugen, während die andere mit einem relativ höheren Gaspartialdruck betrieben wird, wodurch das intensive reaktive Plasma zur Oxidation erzeugt wird, usw.
  • Die Substrate und Kathoden können innerhalb oder außerhalb (oder beides) der Trommel liegen. Außerdem kann die Anordnung vergrößert oder verkleinert werden, indem eine große Anzahl von Kathoden bzw. Ionenkanonen in den jeweiligen Verarbeitungsstationengruppen verwendet werden kann, wodurch die Abscheidungsgeschwindigkeiten und die Anzahl der gebildeten Materialien erhöht werden kann. Verschiedene Verarbeitungsstationenanordnungen können in einer Kammer zum getrennten, konsekutiven oder gleichzeitigen Abscheiden und Oxidieren verschiedener Metalle verwendet werden. Zum Beispiel können vier Stationen in ausgewählter Weise angeordnet und konsekutiv so betrieben werden, daß dabei die folgende Abfolge durchgeführt wird: Tantalabscheidung, Oxidation, Titanabscheidung und Oxidation zum Bilden abwechselnder Schichten aus Ta2O5 und TiO2.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das Verhältnis zwischen der Leistung der Abscheidungskathoden und der Rotationsgeschwindigkeit oder dem Durchgang des Substrats so ausgelegt werden, daß bei jedem Durchgang eine abgeschiedene Dicke von einer oder mehreren Atomschichten erreicht werden kann. Durch Hinzufügen zusätzlicher Kathoden anderer Materialien und durch Einstellen der Leistung der jeweiligen Kathode können dann nämlich Legierungen jeglichen Zusammensetzungsverhältnisses erzeugt werden. Zum Beispiel kann NiCr in jedem erwünschten Zusammensetzungsverhältnis über große Flächen erzeugt werden, indem einfach die relative Leistung an den Kathoden eingestellt wird. Durch Hinzufügen von Oxidationsstationen könne komplexe Oxide wie zum Beispiel Barium-Kupfer-Yttrium-Oxid erzeugt werden, von dem es bekanntermaßen superleitende Formen gibt.
  • C. Zusammenfassung bestimmter praktischer Vorteile des vorliegenden Systems
  • Der zylindrische rotierende Aufbau, der beim vorliegenden Sputtersystem verwendet wird, in Kombination mit den linearen/planaren Sputterstationen und Stationen mit reaktivem Plasma führen zu einem schnellen gleichmäßigen Abscheiden von Beschichtungen mit optischer Qualität auf großen Volumina sowohl flacher als auch gewölbter Teile. Teile wie Röhren oder Vielecke können gleichmäßig auf ihrer gesamten Außenoberfläche beschichtet werden, indem eine doppelt rotierende Planetengetriebeanordnung vorgesehen wird. Es sind auch schon komplexe Formen wie zum Beispiel Lampenglasummantelungen beschichtet worden. Außerdem wirkt sich die Anwendung der Sputterstationen und Reaktionsstationen auf Translationssystemen in einem schnellen, hohen Durchsatz, gleichmäßiger Abscheidung von Beschichtungen optischer Qualität auf großen flachen Substra ten wie zum Beispiel Glasplatten aus. Durch den Wirkungsgrad der Abscheidung im Metallmodus beim Erzeugen hoher Abscheidungsgeschwindigkeiten für eine vorgegebene Eingangsleistung in Zusammenwirkung mit dem Verteilen des Abscheidungsprodukts und der Wärme über eine große Anzahl von Substraten bzw. eine große Trommeloberfläche wird eine einzigartige Kombination hoher Abscheidungsgeschwindigkeiten und niedriger Substraterwärmung erreicht, die die Bildung von Beschichtungen mit hoher Geschwindigkeit auf ebenen Plastikmaterialien und anderen Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt erlaubt.
  • Als Vergleichsbasis werden bei herkömmlichen Gleichstromsputterverfahren mit reaktivem Oxid Oxidationsgeschwindigkeiten von ≤ 10 × 10–10 m/s (10 Angström/s) vom Target erzielt, während beim vorliegenden Verfahren Schichtbildungsgeschwindikeiten von ungefähr 100–150 × 10–10 m/s (100–150 Angström/s) für Ta2O5 und ungefähr 100 × 10–10 m/s (100 Angström/s) für SiO2 erreicht werden.
  • In einem bestimmten Aspekt beseitigt die vorliegende Erfindung eine Hauptschwierigkeit der bisherigen Abscheidung vielschichtiger und einschichtiger dünner Filme auf kugelförmigen, gewölbten oder unregelmäßigen, unkonventionell geformten Substraten, indem auf solchen Substraten in wiederholbarer Weise haltbare, qualitativ hochwertige Beschichtungen gebildet werden können, die steuerbare Dickeprofile aufweisen, wobei die Wahl zwischen gleichmäßiger und unterschiedlicher Dicke besteht. Zuvor wurden verschiedene Verfahren zum Überwinden der Schwierigkeiten beim Erzielen einer gesteuerten Abscheidung auf gewölbten und flachen Oberflächen eingesetzt. So wurde zum Beispiel versucht, das Problem der Gleichmäßigkeit zu lösen, indem entweder ein mehrfaches Rotieren des Substrats mit dem Einführen eines trägen Gases zum Verteilen ("Scattern") der Abscheidungsmaterialwolke oder ein Abschirmungsverfahren eingesetzt wurde, bei der eine gleichmäßige Abscheidungsgeschwindigkeit auf dem Teil dadurch erreicht wird, daß Bereiche mit einer hohen Geschwindigkeit abgeschirmt werden, so daß sie Bereichen mit einer niedrigen Geschwindigkeit gleichkommen. Dauerhaftigkeitsprobleme aufgrund des hohen Abscheidungseinfallwinkels auf gewölbten Oberflächen können dadurch gelöst werden, daß Bereiche mit einem hohen Winkel abgeschirmt werden. Bei diesen Vorgehensweisen tauchen jedoch beträchtliche Probleme auf. Das "Scattern" ist zum Beispiel auf ZnS/MgF2-Materialien beschränkt, die poröse, weiche Beschichtungen erzeugen, deren Widerstand gegen Abrieb und Temperatureinflüsse dürftig ist. Harte Beschichtungsmaterialien wie zum Beispiel Metalloxide erleiden bei einer Wärmebehandlung die Verringerung von Brechungsindizes und eine dürftige Filmbeständigkeit, wenn sie unter Verwendung des Verdampfungsverfahrens hergestellt werden. Eine Abschirmung erhöht die Komplexität der Bestückung der Beschichtungskammer, vor allem bei gewölbten Oberflächen und komplexen gewölbten Oberflächen wie zum Beispiel Glühlampen und verringert die Abscheidungsgeschwindigkeit.
  • Wie oben angeführt, löst die vorliegende Erfindung diese Probleme, indem eine einfache axiale Drehbewegung mit dem vorliegenden schnellen reaktiven Sputterverfahren kombiniert wird. Durch die axiale Rotation wird entlang der Äquatorialachse Gleichmäßigkeit erzeugt, und die mit dem Sputtern einhergehenden hohen Temperaturen führen zu einem Gas-Scatter-Effekt, der polare Gleichmäßigkeit erzeugt. Die höheren Energien der gesputterten Atome reichen zum Überwinden der Wärmeeffekte des Gas-Scatterns aus, und die Filme weisen eine große Haltbarkeit auf. Hohe Geschwindigkeiten werden durch Verwenden des oben beschriebenen reaktiven Sputterverfahrens erreicht, bei dem die Substrate wie zum Beispiel Glühlampen abwechselnd durch eine Hochgeschwindigkeits-Sputterzone und ein energetisches reaktives Plasma geführt werden. Diese Kombination eines rotierenden zylindrischen Aufbaus mit planarer Magnetronabscheidungs- und Reaktionstechnik (oder genauer, planarer Magnetron- und reaktiver Plasmatechnik) führt zum erwünschten Ergebnis: das Erzeugen wiederholbarer, höchst haltbarer, dünner optischer Filmbeschichtungen, die mit hoher Geschwindigkeit und mit steuerbarer Gleichmäßigkeit auf einer großen Oberfläche und/oder auf einer großen Anzahl flacher oder gewölbter oder sonst gewölbter Substrate, einschließlich unkonventioneller Substrate, die in eine komplexe Biegung gebracht und/oder aus niedrig schmelzenden Materialien geformt wurden.
  • Es wird betont, daß mit den Ausdrücken "gesteuertes Dickeprofil" oder "gesteuerte Gleichmäßigkeit" in der Art, wie sie hier verwendet werden, nicht nur die Möglichkeit der Abscheidung von Beschichtungen in genau gleicher Dicke auf flachen oder gewölbten Oberflächen gemeint ist, sondern auch die Möglichkeit, in gesteuerter Art und Weise die Dicke einer auf einer konkaven gewölbten Oberfläche abgeschiedenen Beschichtung zu verändern, wodurch bestimmte Konstruktionsvorgaben, wie zum Beispiel ein bestimmtes spektrales Verhalten, erzielt werden können.
  • IV. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • A. Rotationssysteme mit einfacher und doppelter Rotation
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden lineare Gleichstrom-Magentronsputterkathoden, die unter Partialdrucktrennung betrieben werden und ein rotierender zylindrischer Werkstücktransport kombiniert, wodurch ein Sputterabscheidungssystem entsteht, das zur schnellen Bildung einfacher und vielfacher optischer Beschichtungen fähig ist, wobei die Beschichtungsmaterialien unter anderen die folgenden sind: SiO2, TiO2 und Ta2O5. Diese Kombination wird trotz der zuvor geltenden Inkompatibilität linearer Magnetronsputtervorrichtungen und rotierenden Werkstücktransports und trotz der inhärenten Schwierigkeit (wie sie beim Stand der Technik auftrat) beim Anwenden einer Partialdrucktrennung erzielt.
  • 1 und 2 sind eine vereinfachte schematische perspektivische Darstellung bzw. eine horizontale Schnittdarstellung einer einfach rotierenden Ausführungsform des vorliegenden magnetronunterstützten Vakuumsputtersystems. Das dargestellte Sputtersystem 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das eine Vakuumverarbeitungskammer bildet und an gegenüberliegenden Seiten von einem geeigneten Vakuumpumpsystem 12 flankiert wird und mit diesem verbunden ist, wie in 2 gezeigt. Das Vakuumpumpsystem weist eine Kryopumpe oder eine andere geeignete Vakuumpumpe oder Kombinationen davon auf, durch die die Vakuumkammer über den Entleerungsauslaß 13 leergepumpt wird, bzw. wodurch in der Kammer ein Unterdruck erzeugt wird. Das System weist auch eine käfigartige Trommel 14 auf, die zur Rotation um eine Welle 16 angebracht ist und eine zylindrische Wandung hat, die zum Anbringen von Substraten 15 verschiedener Konfigurationen und Größen geeignet ist. Die Substrate 15 können direkt auf der Trommel 14 angebracht werden und nach außen zu den Sputterstationen hin gewandt sein, wobei die Sputterstationen im Kreis um die Trommel herum angeordnet sind bzw. nach innen zu den Sputterstationen hin gewandt sind, wobei die Sputterstationen in Abständen im Innern der Trommel im Kreis angeordnet sind.
  • Als Alternative kann das das System 10 gemäß 3 eine oder mehrere doppelt drehende Planetengetriebe-Trägeranordnungen 25 entweder zusammen mit oder anstelle der Trommel 14 aufweisen. Die doppelt drehenden Planetengetriebeträgeranordnungen können entweder auf der Trommel alleine oder in Kombination mit den Einzelrotationssubstratträgerpositionen 15 vorgesehen werden. Die Planetengetriebeanordnungen tragen Artikel wie zum Beispiel Röhren 18 und versetzen sie in doppelte Rotation. Das Planetengetriebe 25 kann ein Sonnenrad 19 aufweisen, das durch eine Welle 16 angetrieben wird. Alleine, oder in Zusammenwirkung mit einem (nicht dargestellten) Ringrad, dreht das Sonnenrad 19 die entsprechenden Planetenräder 21 um ihre eigenen Rotationsachsen 21A sowie um die Rotationsachse 16A des Sonnenrads. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Planetenrad 21 mit einem Getriebe 22 wirksam verbunden, dessen Zahnräder auf Wellen zur Drehung um die eigenen Achsen 22A montiert sind. Die Röhren 18 sind wiederum auf den Planetengetriebeträgerwellen angebracht und drehen sich um die Achsen 22A. Als Folge dieser Planetengetriebeanordnung, dreht die Rotation der Trommel 14 und des Sonnenrads 19 entlang eines umkehrbaren Pfads 16P um die Achse 16A die Planetenräder 21 entlang des Pfads 21P um die Achse 21A, was durch das Getriebe in eine abwechselnde Drehung der Röhren 18 entlang der Pfade 18P um Achsen 22A umgewandelt wird. Diese Doppeldrehbewegung des Sonnenrads 19 und der Planetenräder 21 vergrößert die Fähigkeit zur rundum gleichmäßigen Beschichtung von Artikeln wie zum Beispiel Röhren.
  • Weiter werden gemäß 1–3 bei der gezeigten Ausführungsform mehrere magnetronunterstützte Sputtervorrichtungen 30 außen um die Trommel 14 herum angeordnet. Bei einer als Beispiel angeführten Ausführungsform wird die mit 26 bezeichnete Station zum Abscheiden von Material wie zum Beispiel Silizium, die Station 27 zum Abscheiden eines verschiedenen Materials wie zum Beispiel Tantal und die Station 28 zum Reagieren eines Gases wie zum Beispiel Sauerstoff mit dem Substrat zum Umwandeln der abgeschiedenen Metallschicht(en) zu Oxid verwendet. So können durch Rotieren der Trommel 14 und wahlweises Betreiben der Sputter- und Reaktionsstationen 26, 27 und 28 die Metalle und/oder Oxide davon wahlweise auf dem Substrat im wesentlichen in der gewünschten Kombination gebildet werden. Zum Beispiel kann durch Rotieren der Trommel 14 und ein nacheinander Aktivieren der Kathoden in der Abfolge 26, 28, 27, 28 das System 10 eine wenige Atome dicke Siliziumschicht formen und das Silizium zu SiO2 oxidieren, dann eine wenige Atome dicke Schicht Tantal abscheiden und das Tantal zu Ta2O5 oxidieren. Die Sequenz kann wie gewünscht wiederholt und verändert werden, um eine optische Mischbeschichtung herzustellen, die aus Schichten SiO2 und Ta2O5 präzise gesteuerter Dicke besteht. Natürlich können Oxidationsstationen 30, wie zum Beispiel die bei Stationsposition 28, eine planare Magnetronkathode verwenden, die den Stationen 26 und 27 ähnlich ist, indem statt Argon Sauerstoff verwendet wird. Es können auch andere Ionenquellen verwendet werden, die zur Bildung eines reaktiven ionisierten Plasmas fähig sind, wie zum Beispiel Ionenkanonen oder die unten beschriebene Magnetronionenquelle oder andere Vorrichtungen, die das nötige Gleichstrom- oder HF-Plasma erzeugen.
  • B. Gleichstrom-Magnetron-Sputter- (und Reaktions)-Vorrichtungen
  • 4 und 5 zeigen schematisch ein Art von Gleichstrom-Magnetron-Sputtervorrichtung 30, die im Handel von VacTec oder anderen Zulieferern erhältlich ist und die an den Stationspositionen 26 und 27 und wahlweise auch an Station 28 (1 und 2) verwendet werden kann. Die Sputtervorrichtung 30 weist ein Gehäuse auf, das eine Kathode 31 trägt und einen vorderen Baffle 32 für reaktives Gas bildet, mit einer Öffnung 36, die durch eine (nicht dargestellte) Klappe wahlweise geschlossen wird. Die Kathode 31 ist mit einer Energieversorgung 33 zum Anlegen einer Spannung von z.B. –400 V bis –600 V an die Kathode im Verhältnis zum Baffle 32 verbunden, der bei Anodenpotential gehalten (normalerweise geerdet) wird. (Nicht dargestellte) Dauermagneten sind im Kathodenkörper angebracht, die ein Magnetfeld B mit rechtwinkligem "Racetrack" (Rechteck) entlang der Oberfläche des Targets 34 und senkrecht zum angelegten elektrischen Feld erzeugen. Krümmerröhren 37 sind neben dem Target 34 angebracht und mit einer Gasquelle verbunden, wodurch reaktives Gas wie zum Beispiel Sauerstoff oder ein träges Arbeitsgas wie zum Beispiel Argon an die Sputterkammer geliefert wird, die vom Baffle 32 und dem Target 34 begrenzt wird. Die Vorrichtung wird durch Wasser gekühlt, das über einen Einlaß 38 eingelassen und zu einem (nicht dargestellten) Auslaß weitergeleitet wird. Die Baffles 32 in den einzelnen Sputtervorrichtungen 30 teilen die Verarbeitungskammer (1 und 2) in verschiedene Bereiche oder Teilkammern für die jeweilige Sputtervorrichtung auf, in denen verschiedene Gasatmosphären und/oder Gas-Partialdrücke erzeugt werden können. Verbesserungen können leicht dadurch erreicht werden, daß eine oder mehrere Pumpen zum Verbessern der Trennung zwischen den Bereichen reaktiver und nichtreaktiver Gase angebracht werden.
  • Verbindungen usw. wie zum Beispiel dielektrische Filme aus Oxiden können unter Verwendung der linearen Magnetronsputtervorrichtungen 30 an den Sputterstationen 26 und/oder 27 und unter Verwendung einer anderen Art von Vorrichtung, wie zum Beispiel der Ionenquelle 40, die im nächsten Abschnitt beschrieben ist, an der Reaktionsstation/den Reaktionsstationen 28 erzeugt werden. Alternativ können mindestens zwei abgeschirmte lineare Magnetronsputtervorrichtungen 30 an den Sputterstationen 26 und/oder 27 und an der Reaktionsstation 30 verwendet werden. In beiden Fällen sind die Sputtervorrichtung und die Ionenquellenvorrichtung in getrennten Partialdruckbereichen oder Kammerbereichen eingeschlossen, zwischen denen das Substrat durch die sich kontinuierlich weiterdrehende Trommel hin und herbewegt wird. Wenn abgeschirmte Magentronkathoden 30 sowohl zum Sputtern als auch zum Oxidieren verwendet werden, werden die Kathoden mit relativ hoher Leistungsdichte, in einer Sauerstoffumgebung in der Kammer 10 unter Verwendung eines Targets, das zum Sputtern des ausgewählten Metalls wie zum Beispiel Silizium oder Tantal konstruiert ist, betrieben. Die durch Baffles abgeteilten Magnetronkathoden, die an den Stationen 26 und 27 zur Metallabscheidung verwendet werden, werden in einer Umgebung niedrig reaktiven Gases (Sauerstoff) mit Teildruck betrieben, wodurch sie in einem Metallmodus und zum Abscheiden von Metall in entsprechend hohen Geschwindigkeiten betrieben werden können. Der niedrige Teildruck des Sauerstoffs wird dadurch erzeugt, daß träges Arbeitsgas wie zum Beispiel Argon über die Krümmer 37 in die Kammer geleitet wird. Der andere Typ einer abgeschirmten Manetronkathode 28 wird bei einem relativ hohen Teildruck des reaktiven Gases betrieben, und dabei wird das Metall mit sehr viel geringerer Geschwindigkeit auf den sich bewegenden Substraten abgeschieden, doch wird dabei das Metall mit einer sehr viel höheren Geschwindigkeit oxidiert. Das Target mit geringerer Geschwindigkeit trägt wenig zur Gesamtabscheidungsgeschwindigkeit bei und beeinflußt so die Steuerung nicht, doch wird so ein hoch reaktives Plasma erzeugt, das es dem Kammersauerstoff erlaubt, leicht mit dem wachsenden dünnen Film zu reagieren und erlaubt daher die Verwendung eines relativ geringen Gesamtgasteildrucks des Sauerstoffs in der Kammer, was die Stabilität und Geschwindigkeit der Kathode erhöht. Dieses reaktive Sputtern erlaubt ein wiederholbares, mit hohen Geschwindigkeiten geschehendes Abscheiden von dünnen Filmen, die voll oxidiert sind und gute optische Eigenschaften haben.
  • C. Lineare Magnetronionenquelle
  • 6 und 7 zeigen eine derzeit bevorzugte Ausführungsform einer linearen Magnetronionenquelle 40, die bei der Reaktionsstation/den Reaktionsstationen 28 (1–3) verwendet wird, wodurch die erwünschte schmale längliche Reaktionszone erzeugt wird. Die lineare Magnetronionenquelle 40 verwendet im Zusammenhang mit dem Sputterplasma stehende Elektronen zum Erzeugen von Ionen aus einem reaktiven Gas in einem eigenen lokalen Plasma. Diese Ionen bombardieren das durch Sputtern abgeschiedene Material auf den Substraten und bilden so Verbindungen mit dem gesputterten Material. Die Ionenquelle 40 kann die Kathodenanordnung 31 und das Gehäuse 32, die in 4 und 5 gezeigt sind, verwenden (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Gehäuse 32 in 6 und 7 gestrichen). Als praktisch zu verwendende lineare Magnetronionenquelle weist die direkt gekühlte Kathode 31 eine Dichtung 41 und gestanzte Löcher 42 auf, wodurch eine nichtmagnetische Abdeckplatte 43 aus nichtrostendem Stahl isolierend an der Stelle des Targets 34 angebracht werden kann, wodurch der Wasserzirkulationskanal 45 im Kathodenkörper abgedichtet wird. Wie zuvor erwähnt, enthält die Kathode 31 auch (nicht dargestellte) Dauermagneten, die ein Magnetfeld B mit länglicher, rechtwinkliger "Racetrack"-Konfiguration 44 entlang der Platte 43, wenn die Platte an der Kathode angebracht ist, erzeugen. Die Ionenquelle 40 wird außerhalb des rotierbaren Substratträgers 14 angebracht, wobei ihre Längsrichtung oder Achse 40L parallel zur Achse 16A des Trägers 14 (1) und ihre Breite oder kurze Achse 40W parallel zum Umfang und der Rotationsrichtung 16P (3) des Trägers verläuft.
  • Zwei Stahlstangenanoden 46–46 aus nichtrostendem Stahl sind entlang der gegenüberliegenden Längsseiten des Magnetron-Racetracks 44 auf Stiften 47 angebracht, die wiederum auf der nichtmagnetischen Platte angebracht sind. Die Anoden 46 sind von den Stiften 47 und der Platte 43 dadurch isoliert, daß sich gestufte Isolatorabstandhalter 48 mit relativ kleinen Abschnitten in Löcher 49 in den Stangenanoden 46 hinein fortsetzen und durch größere untere Abschnitte die Anoden in einem Abstand von der Platte 43 aus nichtrostendem Stahl, wie in 7 gezeigt, präzise positionieren. Zum Montieren werden die Stifte 47 durch die Abstandhalter 48 und durch die Löcher 49 in den Stangenanoden 46 gesteckt und mit Muttern 51 verschraubt.
  • Jede Anode 46 ist eine gerade Stange, die wenig kürzer ist als die Längsseite des Magnetron-Racetracks 44. Die gewölbte, im wesentlichen zylindrische Außenoberfläche 52 einer jeden Anode folgt eng der Form der magnetischen Feldlinien, B, 7. Die Anoden 46 sind über Drahtleiter 53 mit einer herkömmlichen Stromquelle 54 verbunden, die zum Beispiel bei einer Vorspannung von +50 V bis +140 V einen Strom von mehreren A liefern kann. Vorzugsweise sind Isolierperlen 56 (oder eine andere geeignete Isolation) entlang des Abschnitts der Leiter 53 im Gehäuse angebracht, wodurch die Leiter vom Plasma isoliert werden und eine Entladung am Draht verhindert wird. Ein typischer Betrieb ist bei 2 bis 4 A und 100 bis 120 V für eine nominell 50,8 cm (20 Zoll) lange Magnetronkathode.
  • Wie erwähnt, ist der Anbringungsort bzw. die Station der linearen Magnetronionenquelle 40 außerhalb des Sputterbereichs bzw. der Sputterbereiche 26 bzw. 27, jedoch innerhalb des entsprechenden Plasmas, das sich im wesentlichen in der gesamten Vakuumsputterkammer erstreckt. Im Betrieb wird die Energiequelle 54 dazu verwendet, die Stangenanoden 46 aus nichtrostendem Stahl auf einer positiven Gleichspannung von zum Beispiel 100 bis 120 V im Verhältnis zur Kathode 31 und zur Platte 43 aus nichtrostendem Stahl zu halten, die auf der Systemerde sind, und bei einem noch größeren positiven Potential im Verhältnis zu den Elektronen im umgebenden Plasma. Wie am besten in 7 gezeigt, ergeben die gewölbten Oberflächen 52 der Anoden elektrische Feldlinien E, die im wesentlichen senkrecht zu den Magnetfeldlinien B verlaufen. Elektronen im entsprechenden Plasma werden in Richtung auf die positiven Anoden 46 beschleunigt und durch das resultierende E × B-Feld entlang des Magnetron-Racetrack gefangengehalten bzw. eingeschlossen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen mit dem Reaktionsgas, das über daneben liegende Einlaßkrümmer 57 zugeführt wird, sehr vergrößert wird, wodurch ein intensives Plasma erzeugt wird, das durch die Racetrack-Anordnung 44 begrenzt wird. Dieses intensive Plasma erzeugt viele Ionen aus dem Reaktionsgas, die durch das zwischen den Anoden und dem Hintergrundplasma vorherrschende Potentialgefälle von den Anoden 46 weg und zu den Substraten hin beschleunigt werden, wodurch der Reaktionsvorgang gesteigert wird, z.B. zum Steigern der Oxidation gesputterter Metalle unter Verwendung von Sauerstoff als Reaktionsgas.
  • Zusammengefaßt erzeugt die längliche inverse lineare Magnetronionenquelle 40 während des Betriebs eine intensive lange schmale Reaktionszone, die durch den Magnetron-Racetrack 44 definiert wird, wobei die Längsabmessung davon im wesentlichen die Höhe der Substratträgertrommel 14 mißt und deren kurze Abmessung entlang des Umfangs des Trägers parallel zur Rotationsrichtung definiert ist. In deutlichem Gegensatz zur Forderung beim Stand der Technik, daß im wesentlichen das gesamte Volumen außerhalb der einzigen Sputterzone für die Oxidation verwendet wird, hat in der aktuellen Version die vorliegende Ionenquelle 40 eine Reaktionszone, die nur ungefähr 12,7 bis 15,24 cm (5–6 Zoll) breit ist und einen kleinen Bruchteil des Umfangs der Trommel 14 ausmacht, die einen Durchmesser von 0,726 m (29 Zoll) hat (0,127 m/πD = 0,127 m/2,313 m = 5,5% bzw. 5"/πD = 5"/91" = 5,5%), die jedoch aufgrund der intensiven, durch das magnetische Feld gesteigerten Plasmareaktion den abgeschiedenen dünnen Film typischerweise in einem einzigen Durchgang vollständig oxidiert. Die kleine Abmessung der Ionenquellenkathode und die schnelle Reaktionsgeschwindigkeit ergeben eine ausgezeichnete Erweiterbarkeit, wodurch die Verwendung einer größeren Anzahl von Sputterkathoden und Oxidationsreaktionskathoden ermöglicht wird, was eine Abscheidung mit großer Geschwindigkeit, großem Volumen und hohem Durchsatz sowie eine Vielseitigkeit bei der Auswahl der Zusammensetzung der abgeschiedenen Beschichtungen ermöglicht.
  • Die Kombination von rotierbarer Trommel und abgeschirmter magnetron-gesteigerter Sputter- und Reaktionskathoden führte zu schnellen, präzise steuerbaren Metall- und Isolatorschichten optischer Qualität in Dicken, die herauf oder heruntergefahren werden können, auf sowohl flachen als auch gewölbten und unregelmäßig gestalteten Substraten mit einem Minimum an Abschirmung. Außerdem sind durch ein Aufbauen einer Schicht durch eine Vielzahl von Beschichtungsdurchgängen die Auswirkungen von Kathodenbögen wesentlich abgeschwächt, da ein solcher Bogen nur einen Teil der Beschichtung repräsentiert. Bei einem Betrieb im Metallmodus sind außerdem Magnetronbögen typischerweise weniger frequent und intensiv.
  • Das oben beschriebene Verfahren beinhaltet das Sputtern von Metallmaterialien wie zum Beispiel unter anderem Silizium, Tantal, Titan, Eisen oder andere sputterbare Materialien, die stabile Oxide in einer Atmosphäre bilden, bei der das Target in einem Metallmodus arbeiten kann, der durch die höchste Sputtergeschwindigkeit gekennzeichnet ist, während an anderen Stellen in der Maschine ein Ionenvorgang durchgeführt wird, der vorzugsweise magnetron-gesteigertes Sputtern dazu verwendet, den gerade abgeschiedenen Film einer reaktiven Atmosphäre auszusetzen, die ihn in ein Oxid umwandelt. Das Metall wird vorzugsweise nur wenige Atome dick abgeschieden, damit die Oxidation während des folgenden Reaktionsvorgangs abgeschlossen wird. Typischerweise wird der Vorgang der Sputterabscheidung, Oxidation, Sputterabscheidung so lange aufbauend fortgesetzt, bis die erwünschte Dicke des Materials, zum Beispiel SiO2, erreicht ist. Wenn dann eine andere Schicht aus zum Beispiel Ta2O5 gebildet werden soll, wird der gleiche repetitive Vorgang wiederholt. Es können natürlich verschiedene Oxidbildungszyklen und Metallabscheidungszyklen angewendet werden, je nachdem, ob Mischungen von Oxiden allein, Oxiden und Metallen oder Metallen allein erzeugt werden sollen.
  • Wie oben erwähnt, wird ein lokal intensives ionisiertes reaktives Plasma aus einer Ionenquelle wie zum Beispiel einer Ionenkanone oder einem planaren Magnetron zum Bewirken der Oxidationsreaktion verwendet. Die Gleichmäßigkeit der durch Magnetronsputtern abgeschiedenen Metallfilme ist genau, und der zylindrische Aufbau erlaubt eine gleichmäßige Verteilung des Sputtermaterials. So ist es möglich, die Zeit- und Leistungssteuerung des Verfahrens für Kathoden fast jeder Breite oder Länge zu verwenden, wodurch die bisherigen Probleme der Steuerbarkeit, Skalierbarkeit und Durchsatzleistung herkömmlicher Gleichstrom-Magnetron-Reaktionsverfahren gelöst werden können. Wie in den Beispielen unten demonstriert, erlaubt diese Fähigkeit ein Präzisionsabscheiden fraktioneller optischer Schichten, wie zum Beispiel optischer Lambda-Sechzehntel-Schichten, die unter Verwendung herkömmlicher Vakuumverdampfungsverfahren nur schwierig abzuscheiden sind.
  • D. Alternative Systeme mit Drehzylindern
  • 8 zeigt ein alternatives Sputtersystem 60, das zwei Kryopumpen 12–12 aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Vakuumsputterkammer gelegen sind, mehrere Siliziumsputtervorrichtungen 26 und Tantalsputterkathoden 27 auf der Innenseite der Trommel 14, die nach außen gewandt sind, und dazwischenliegenden Oxidationseinrichtungen 28, die außerhalb der rotierenden Trommel 14 angeordnet und nach innen gewandt sind. Das gezeigte System weist eine Planetengetriebe-Substratträger- und -antriebsvorrichtung 25 auf, die es ermöglicht, die Außenoberfläche von Werkstücken wie zum Beispiel Röhren sowohl den inneren als auch den äußeren Sputterstationen gleichmäßig auszusetzen. Aufgrund dieser Anordnung und aufgrund der mehreren Silizium-, Tantal- und Sauerstoffkathoden, kann die Abscheidung der Silizium- und Tantalschichten und die Oxidation der Schichten mit großer Geschwindigkeit und auf einer großen Anzahl von Substraten durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine komplette Schicht aus SiO2 und Ta2O5 durch gleichzeitiges Betreiben der Siliziumkathoden 26, dann Betreiben der Sauerstoffkathode 28 rechts oben, gefolgt vom Betreiben aller Tantalkathoden 27 und schließlich Betreiben der Sauerstoffkathode 28 unten links erzeugt werden.
  • Eine weitere alternative Ausführungsform des vorliegenden Sputtersystems ist in 9 gezeigt. Hier weist das gezeigte System 65 zwei Vakuumpumpsysteme 12 und vier rotierende Trommeln 14 auf, von denen jede durch eine außenliegende Anordnung bestehend aus einer Siliziumkathode 26, einer Tantalkathode 27 und einer Sauerstoffkathode 28 versorgt wird.
  • 10 zeigt noch eine andere Version 70 der möglichen Ausführungsformen des vorliegenden Rotations-Magnetronsputtersystems, das die vorliegende lineare Magnetronsputtermöglichkeit auf eine kontinuierlich oder schrittweise weitergeführte Bahn oder Rolle einrichtet. Durch diese Anordnung 70 können mit großer Geschwindigkeit eine oder mehrere Schichten durch Sputtern abgeschieden werden, ohne daß dabei die Probleme einer sich aufbauenden Temperatur und langsamer Abscheidungsgeschwindigkeiten auftreten, die bisherige Versuche, Materialien wie zum Beispiel Dielektrika auf Rollen flexiblen Substrats abzuscheiden, verhindert haben.
  • Die Anordnung 70 zum kontinuierlichen Beschichten von Rollen verwendet eine sich drehende Trommel 14A, eine interne Abrollspule 71 und eine interne Aufrollspule 72 zum zusammenwirkenden Abrollen der flexiblen Materialbahn oder des flexiblen Materialgewebes 73 von der Abrollspule, zum schrittweisen oder kontinuierlichen Weiterführen des flexiblen Gewebes 73 um den Umfang der Trommel 14A an linearen Magnetron-Sputterstationen vorbei, und zum Aufrollen des flexiblen Gewebes auf der internen Spule 72.
  • Diese Rollanordnung 70 zum kontinuierlichen Beschichten kann zum Bilden von Beschichtungen auf dem flexiblen Gewebe 73 selbst oder auf Substraten 15 verwendet werden, die auf dem Gewebe angebracht sind. Zusätzlich sind mindestens mehrere Betriebsarten möglich. Zum Beispiel kann man eine Schicht nach der anderen über die gesamte Länge des Gewebes 73 durch kon tinuierliches/schrittweises Weiterführen des Gewebes und Betreiben der ausgewählten Sputterstation oder der Gruppe von Sputterstationen zum Abscheiden des ausgewählten Materials oder zum Oxidieren des zuvor abgeschiedenen Materials abscheiden bzw. oxidieren. Zum Bilden eines Vielschicht-Mischfilms wird das Gewebe dann zurückgespult, und das Verfahren wird so lange wiederholt, bis die erwünschte Dicke der einzelnen oder der mehreren Schichten erreicht ist.
  • Zweitens kann man ganze Abschnitte des Gewebes nacheinander über eine Länge beschichten, die den Umfang der Trommel 14A nicht überschreitet. Dazu wird das Gewebe schrittweise so weitergeführt, daß es den gewünschten Abschnitt des Gewebes 73 vor die erwünschte Sputterstation oder Gruppe von Sputterstationen bringt, dann wird der Sputter- bzw. Oxidationsvorgang bei dieser ausgewählten Station durchgeführt. Dann wird das Gewebe schrittweise so weitergeführt, daß es einen anderen Abschnitt vor diese oder eine andere Gruppe von Sputterstationen bringt. Durch diese Vorgehensweise wird natürlich eine im wesentlichen unbegrenzte Anzahl von Kombinationen zum Abscheiden oder Bilden verschiedener Schichten, einschließlich dielektrischer Schichten, auf verschiedenen Abschnitten oder Substraten möglich.
  • Die Anordnung 70 zur kontinuierlichen Rollen/Gewebe-Beschichtung bietet natürlich die Möglichkeit der vorliegenden Sputteranordnung, einzelne und vielfache Mischbeschichtungen sputterbarer Materialien (einschließlich Metallen) und Oxiden herzustellen, und erweitert diese Fähigkeit auf die Technik des Beschichtens von großen Flächen in einem fortlaufenden Abrollvorgang.
  • Bei einer weiteren Anwendungsart kann die im zuvor beschriebenen zylindrischen Sputtersystem beschriebene Rolle eine Bestückung aufweisen, die während eines Durchgangs Substrate umklappt oder rotiert, wodurch die Kapazität der Beschichtungsmaschine erweitert wird. Die Möglichkeiten sind unter anderem die Verwendung paralleler Bänke von Substraten, die um 180° gedreht werden, damit so die Substrate in der jeweiligen Bank vor die Sputterstationen gebracht werden, oder getrennte Trommeln oder Trägerkörper mit vielen Seiten, von z.B. dreieckigem oder polygonalem Durchschnitt, die durch eine Planetengetriebeanordnung rotiert werden, damit so die Seiten oder die gesamte umlaufende Fläche vor ausgewählte Sputterstationen gebracht werden kann. Außerdem können Halterungen um eine Achse angebracht werden, die parallel zur Trommelachse verläuft, damit so unter Computersteuerung eine Rotation vorgenommen werden kann, durch die Substrate vor die Arbeitsstationen gebracht werden.
  • E. Beschichtunasdickeprofile mit unterschiedlichen gesteuerten Dicken auf konkaven Substraten
  • Wie oben beschrieben und in einigen der folgenden Beispiele gezeigt, kann durch die vorliegende Sputtererfindung eine konstante Beschichtungsdicke über flache und gewölbte Substratoberflächen hergestellt werden. Weiter umfaßt die Fähigkeit der präzisen Steuerung der Beschichtungsdicken die wahlweise Veränderung der Beschichtungsdicke entlang gewölbter konkaver Substratoberflächen, wie zum Beispiel Lampenreflektoren.
  • Bei den meisten praktischen Anwendungen im Zusammenhang mit optischen Beschichtungen auf konkaven Reflektorsubstraten muß die Filmdicke in der radialen Richtung (von der Mitte zum Rand) genau abgestimmt sein, um so das spektral aufgeschlüsselte Reflexionsverhalten der aus mehreren Schichten bestehenden Einrichtung darauf einzustellen, in welchem Winkel Licht von der Lampe (vom Glühdraht) auf die Spiegeloberfläche auftrifft. Das Profil kann als das Verhältnis zweier Wellenlängen für eine bestimmte spektrale Eigenschaft definiert werden, die am Rand und in der Mitte des Reflektors gemessen wird. Das Verhältnis dieser beiden Wellenlängen ergibt eine Gütezahl für das Filmprofil, die als E/C-Verhältnis bezeichnet wird. Dieses Verhältnis wird zum Untersuchen des Einflusses von Schlüsselvariablen auf das Filmdickeprofil und zum Optimieren des Profils über die Substratoberfläche verwendet.
  • Ein typischer Wert für dieses Profil oder E/C-Verhältnis ist 1,05. Das bedeutet, daß die Filmstapeldicke allmählich gesteigert wird, damit die Dicke am Rand fünf Prozent größer ist als die Dicke in der Mitte. Beim erfindungsgemäßen Sputterverfahren ist die Filmdicke auf der Oberfläche steil gewölbter Reflektoren von den folgenden Parametern abhängig:
    • 1. Verfahrensgesamtdruck;
    • 2. Masse des Targetmaterials;
    • 3. Masse des Arbeitsgases;
    • 4. Abstand zwischen Target und Substrat;
    • 5. Exzentrizität des Substrats;
    • 6. Targetleistung und
    • 7. Gleichmäßigkeit der Sputterbedingungen.
  • Zum Beispiel verringert ein Verringern des Gesamtdrucks das E/C-Verhältnis, erhöht ein Verringern der Masse des Targetmaterials das E/C-Verhältnis und erhöht ein Erhöhen der Brennweite des Reflektors das E/C-Verhältnis.
  • Die Auswirkungen der Verfahrensparameter in ihrer Kombination wurde unter Verwendung des statistischen Optimierungsprogramms XSTAT untersucht. Dieses Programm wurde dazu verwendet, eine Vorhersagegleichung für eine bestimmte Filmeigenschaft in Abhängigkeit von den Sputterabscheideparametern zu erstellen. E/C wurde als eine der Filmeigenschaften eingeführt. Die resultierende Vorhersagegleichung ist die folgende:
    E/C = (0,6554) TD + (0,25) IGC – (0,91) PWR + (0,006) OXY – (0,008) AR – 5,4, wobei
    TD = Targetentfernung,
    IGC = Ionenkanonenstrom,
    PWR = Targetleistung,
    OXY = Sauerstoff-Fluß und
    AR = Argonfluß.
  • Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Sputterverfahrens und des z.B. in 1–3 dargestellten Einfachrotationssystems können alle obigen Parameter mit einem extrem hohen Grad der Gleichmäßigkeit gesteuert werden, wodurch Dickeprofile zu einem Grad vorhergesagt und ausgelegt werden können, der bei den zufälligen Veränderungen und inhärenten Unregelmäßig keiten der bisherigen Verfahren nicht möglich gewesen wäre. Beispiel 1 zeigt unten diese Fähigkeit zum Herstellen eines Profils mit gesteuerter Dickeveränderung auf einem konkaven Substrat, während die Beispiele 2–6 die Fähigkeit zeigen, Beschichtungen mit konstanter gleichmäßiger Dicke auf flachen oder gewölbten Substraten herzustellen.
  • F. Zusammenfassung des Betriebs des rotierenden Systems
  • Bevor auf spezifische Beispiele eingegangen werden soll, ist es vielleicht nützlich, die Schritte nacheinander durchzugehen, die beim derzeit bevorzugten Verfahren zum Betrieb der rotierenden Magnetronsputtervorrichtung verwendet werden. Da die unten beschriebenen Beispiele unter Verwendung der in 1–3 dargestellten Vorrichtung mit einfacher und doppelter Drehung erzielt wurden, ist das Betriebsverfahren auf diese Vorrichtung und auf weiter entwickelte Ausführungsformen ausgelegt, bei denen vier (oder mehr) Metallsputter- und Oxidations/Reaktionsstationen eingesetzt werden.
  • Zuerst werden die Reflektoren oder Röhren oder andere Substrate außen an der Trommel angebracht. Dann wird die Vakuumkammer auf einen Hintergrunddruck von zum Beispiel 1,33322 × 10–4 N/m2 (1 × 10–6 Torr) leergepumpt, und die Trommel wird mit einer vorgewählten Drehzahl in Rotation versetzt.
  • Dann werden die während einer bestimmten Beschichtungssequenz zu verwendenden Sputterkathoden dadurch gestartet, daß das Sputtergas, in diesem Fall z.B. Argon, durch die Einlaßkrümmer 37 eingelassen wird und an die Kathoden 31 über entsprechende Spannungsquellen Spannung angelegt wird. Bevor mit dem Abscheidungs-/(Abscheidung plus Oxidation) Beschichtungszyklus begonnen wird, sind die Kathodenklappen geschlossen, um ein Abscheiden zu verhindern.
  • Wenn mit dem Betrieb der Sputterkathoden begonnen wurde, werden die Ionenquelle oder die Ionenquellen 40 in Betrieb gesetzt. Der Betrieb der Ionenquelle(n) wird durch das Einlassen von Sauerstoff oder eines anderen erwünschten Reaktionsgases oder Mischungen davon über die Einlaßkrümmer 57 und durch Anlegen von Spannung über die Spannungsquelle 54 gestartet.
  • Wenn die Sputterkathoden und die Ionenquellenkathoden mit stabilen Betriebsbedingungen laufen, d.h. mit stabiler gewählter Leistung, mit stabilem gewähltem Gasfluß und -druck und wenn die Trommel sich mit der gewählten Drehzahl zum Herstellen der gewählten Abscheidungs- und Oxidationsgeschwindigkeiten dreht, wird die erwünschte Abscheidungs- und Oxidationssequenz durch ein wahlweises Öffnen der Klappen bewerkstelligt. Angenommen zum Beispiel, daß vier Sputter- und Oxidationsstationen außen um die Trommel 14 angeordnet sind und zwar in der Abfolge: Metall-1-Kathode, Ionenquellenoxidationseinrichtung, Metall-2-Kathode und Ionenquellenoxidationseinrichtung, können die folgenden Beschichtungen durch entsprechende Klappenöffnungssequenzen hergestellt werden:
    • 1. Abscheidung von Metall 1, Oxidation, Abscheidung von Metall 2, Oxidation → Metall-2-Oxid auf Metall-1-Oxid;
    • 2. Metall 1, Metall 2, Oxidation → Metall-2-Oxid auf Metall 1;
    • 3. Metall 1, Oxidation, Metall 2 → Metall 2 auf Metall-1-Oxid;
    • 4. Metall 2, Metall 1, Oxidation → Metall-1-Oxid auf Metall 2;
    • 5. Metall 2, Oxidation, Metall 1 → Metall 1 auf Metall-2-Oxid;
    • 6. Metall 1 und Metall 2 gleichzeitig (d.h. die Klappen für die Metall-1-Kathode und die Metall-2-Kathode werden gleichzeitig geöffnet) → eine Schicht, die eine Mischung aus Metall 1 und Metall 2 ist; und
    • 7. Metall 1 und Metall 2 gleichzeitig, Oxidation → eine oxidierte Mischung aus Metall 1 und Metall 2.
  • Es kann natürlich eine im wesentlichen unbegrenzte Anzahl von Kombinationen von mehrfachen Beschichtungen aus verschiedenen Metallen und unter Verwendung einer Vielzahl von Katho den hergestellt werden.
  • Dabei ist zu bedenken, daß während der Bildung von Mischungen aus zwei oder mehr Metallen und/oder anderen Materialien die Sputterklappen vorzugsweise offen gehalten werden und das Verhältnis von einem Material zum anderen oder zu anderen dadurch verändert wird, daß die Leistung, der Druck, die relative Öffnungsgröße und/oder die relative Anzahl von Kathoden verändert wird.
  • Allgemein wird auch die Dicke einer bestimmten Schicht, entweder aus einer Verbindung oder Mischung oder aus eigenem Material, durch die Länge der Zeit bestimmt, die die entsprechende Sputterkathodenklappe oder die entsprechenden Sputterkathodenklappen geöffnet ist bzw. sind.
  • Ausgehend von der obigen Beschreibung und den folgenden Beispielen wird der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet im wesentlichen eine unbegrenzte Anzahl von Kombinationen verschiedener Zusammensetzungen, Verbindungen, Legierungen und Mischungen von Metallen aus einer oder aus mehreren Schichten und anderer Materialien und deren Oxiden, Nitriden, Karbiden usw. ableiten können.
  • Zum Beispiel erstreckt sich die Fähigkeit zum Bilden von Filmen aus Mischmaterialien und Legierungen auf Filme mit sich kontinuierlich verändernder Zusammensetzung und so sich kontinuierlich verändernden optischen Eigenschaften, in einer zur Substratebene senkrechten Richtung. Das Zusammensetzungsprofilieren kann durch ein kontinuierliches oder zeitweises Verändern der an eine oder mehr der Sputterquellen angelegte Leistung oder durch ein kontinuierliches Verändern der Apertur oder der Klappenöffnung bei einer oder mehr der Sputterquellen bewerkstelligt werden. Drei wichtige Kategorien von Vorrichtungen sind möglich:
    Transparente Anti-Reflexionsbeschichtungen können erzeugt werden, die einen einzigen Film aufweisen mit einem Brechungsindex, der sich vom Brechungsindex des Substratmaterials beim Substrat bis zum nied rigsten möglichen Wert an der äußeren Schnittstelle verändert. Solche Vorrichtungen würden typischerweise zum Bereitstellen von Anti-Reflexionsbeschichtungen über sehr breite Bandbreiten verwendet, die sich im allgemeinen über zwei oder mehr Oktaven erstrecken.
    Undurchsichtige Anti-Reflexionsbeschichtungen, die typischerweise zum Herstellen allgemein und selektiv absorbierender Oberflächen auf Metalloberflächen verwendet werden, können durch ein Verändern der Filmzusammensetzung von 100 Prozent eines metallischen Bestandteils bis 100 Prozent eines transparenten Materials an der äußeren Schnittstelle hergestellt werden.
    Transparente Filme können hergestellt werden, die ein sich kontinuierlich periodisch veränderndes Profil haben. Das Brechungsindexprofil könnte ein einfaches Profil einer festen Frequenz sein oder ein komplexeres frequenzmoduliertes Profil. Typische Verwendungen solcher Strukturen wären Reflektoren mit sehr schmalen Bändern mit einem oder mehr diskreten schmalen Reflexionsbändern, zwischen denen Bereiche hoher Durchlässigkeit liegen. Eine typische Anwendungsweise solcher Vorrichtungen wäre der Schutz des Auges oder eines optischen Systemsensors gegen auf dieses System treffende Laserstrahlung mit einer Wellenlänge, für die das System durchlässig ist.
  • G. Geradliniges Translationssystem
  • 18 ist eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform des vorliegenden Magnetronsputtersystems, insbesondere eines geradlinigen Translationssy stems 80, das zum Beschichten flacher Substrate konstruiert wurde. Allgemein hat die Ausführungsform zur geradlinigen Translation die gleichen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik wie das zuvor beschriebenen Drehsystem. Das System 80 hat außerdem den Vorteil gegenüber den zuvor beschriebenen Drehsystemen, daß damit sehr große flache Substrate beschichtet werden können. Bei rotierenden Systemen würden solche großen Substrate einen Trommeldurchmesser erfordern, der für eine kommerzielle Nutzung zu groß wäre. Zusätzlich hat das geradlinige Translationssystem 80 den Vorteil gegenüber bekannten Systemen zur Beschichtung von flachem Glas, daß dadurch ein gleich hoher Beschichtungsdurchsatz möglich ist, wobei eine Kammer verwendet wird, die nur einen Bruchteil so groß ist wie die bekannten Systeme.
  • Die Ausführungsform 80 des erfindungsgemäßen geradlinigen Translationssystems von 18 ist für geradlinige Beschichtungssysteme dahingehend typisch, daß die Verwendung modularer Teilkammern bevorzugt wird. Daher weist das System 80 drei grundlegende Kammern auf: eine Vakuumladeschleusenkammer 81, eine Vakuumverarbeitungskammer 82 und eine Vakuumentladeschleusenkammer 83. Jede Kammer ist mit ihrem eigenen Pumpsystem 84 und eigenen Hochvakuumventilen 86 ausgerüstet. Die Verarbeitungskammer 82 kann von der Lade- und Entladekammer durch Vakuumschleusen 87 und 88 abgetrennt werden. Substrate werden durch eine Vakuumschleuse oder ein Vakuumtor 89 in die Ladeschleusenkammer 87 und durch eine ähnliche Vakuumschleuse 91 der Entladeschleusenkammer 83 ausgelassen. Die Kammern, die im Querschnitt in 18 abgebildet sind, sind typischerweise dünne, flache Boxen, die entweder horizontal oder vertikal angeordnet sein können.
  • Einrichtungen wie z.B. endlose Förderbänder 92, 93, 94 sind in den Kammern zum Transportieren der Substrate vorhanden. Dabei ist zu beachten, daß Substrate wie Glasfensterscheiben groß genug sind, daß sie die Lücken zwischen den Bändern und den verschiedenen Kammern überbrücken können. Das Ladeschleusenförderband 92 wird zum Bewegen eines Substrats bei Position 95 von der Ladeschleuse 81 durch die Schleuse 87 in die Verarbeitungskammer 82 in Position 96 verwendet. (Beim Erwähnen der Substrate, beziehen sich die Referenznummern 95–98 sowohl auf Substratpositionen als auch auf die Substrate selbst.) Das Verarbeitungskammerband 93 transportiert die Substrate schnell und typischerweise mit konstanter Geschwindigkeit von der Eingangsposition 96 in Richtung 99 an den Verarbeitungsstationen 101–104 vorbei zur Position 97 und in Richtung 100 an den Verarbeitungsstationen vorbei zur Position 96 zurück. Das Entladeschleusenförderband 94 empfängt die Substrate bei der Vakuumschleuse 88 und transportiert sie in die Entladeschleusenkammer 83.
  • Wahlweise können Förderbänder auch außerhalb der Ladeschleusenkammer 81 und der Entladeschleusenkammer 83 zum Einführen der Substrate in die Ladeschleusenkammer 81 und zum Herausführen der Substrate aus der Entladeschleusenkammer 83 vorgesehen sein.
  • Wie oben erwähnt, weist die gezeigte Verarbeitungskammer 82 vier Verarbeitungsstationen in der folgenden Reihenfolge auf: Außenreaktionsstation 101, Mittel- oder Innen-Sputterstationen 102 und 103 und Außenreaktionsstation 104. Die verschiedenen zuvor beschriebenen Sputtervorrichtungen und Ionenquellenvorrichtungen können verwendet werden. Alle Verarbeitungsstationen sind mit Baffles 106 zum Isolieren der Reaktions- und Sputterzonen voneinander versehen. Die Reaktionsstationen 102, 103 können zum Sputtern verschiedener Materialien und Metalle wie des Metalls M1 und des Metalls M2 verwendet werden. Vorzugsweise werden für die Sputterstationen 102 und 103 und die Reaktionsstationen 101 und 104 die oben beschriebenen linear konfigurierten Magnetronsputtervorrichtungen 30 und die inversen Magnetronionenquellen 40 verwendet. Die Vorrichtungen 30 und 40 werden in der Größe so ausgelegt, daß sie lange, schmale, lineare Abscheidungs- und Reaktionszonen bilden, in denen die enge Abmessung bzw. die Breite der Zonen sich in der Bewegungsrichtung 99 und 100 und die Länge der Zonen sich über die Abmessung der Substrate und quer zur Länge der Förderbänder und der Bewegungsrichtung erstreckt. Weitere Ausführungsformen des Systems 80 können von einem Durchschnittsfachmann leicht abgeleitet werden, so auch unter anderem die in 19–21 in vereinfachter schematischer Darstellung gezeigten drei Versionen. Die erste in 19 gezeigte Variante 80A weist eine Ladekammer 81 auf, sowie eine Entladekammer 83 und eine Verarbeitungskammer 82A, die eine getrennte obere und untere Bank 107 und 108 für eine Sputter- und eine Reaktionszone aufweist, anstelle der einzigen oberen Bank 107, die im System 80 von 18 verwendet wird. Die in 19 gezeigte Anordnung erlaubt ein gleichzeitiges Beschichten eines Substrats 96 auf beiden Seiten oder ein gleichzeitiges Beschichten von zwei aneinandergelegten Substraten auf jeweils einer Seite.
  • 20 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform 80B mit einer Verarbeitungskammer 82 und einer Ladeschleusenkammer 81, die auch als Entladekammer dient. Diese Ausführungsform kann dann verwendet werden, wenn entweder Kosten- oder Platzüberlegungen die Verwendung eigener Ladeschleusen- und Entladeschleusekammern verbieten.
  • 21 zeigt eine dritte alternative Ausführungsform 80C mit einer Ladeschleusenkammer 81, einer Entadeschleusenkammer 83 und einer Verarbeitungskammer 82B mit zwei getrennten Verarbeitungskammern 82–82, die durch eine Vakuumschleuse 109 voneinander getrennt sind. Diese Ausführungsform kann entweder zum Steigern des Systemgesamtdurchsatzes verwendet werden oder wenn ein hoher Grad der Isolation zwischen den Reaktionen in den beiden Bänken der Verarbeitungsstationen 107–107 benötigt wird.
  • Wieder mit Bezug auf System 80, 18, und zur Illustration des Betriebs eines geradlinigen Translationssystems:
    Zuerst werden die Schleusen oder Tore 87, 88 und 91 geschlossen und die Verarbeitungskammer 82 und die Entladekammer 83 werden zu einem Hintergrunddruck von ungefähr 10–6 Torr leergepumpt. Dann wird ein Substrat 82 durch das Tor 89 in die Ladekammer 81 eingeführt, das Tor 89 wird geschlossen, und die Ladekammer wird auf einen Hintergrunddruck von typischerweise 1,33322 × 10–4 N/m2 (10–6 Torr) leergepumpt. Die Schleuse 87 wird geöffnet, das Substrat wird in die Verarbeitungskammer 82 zu Position 96 geführt, die Schleuse 87 wird geschlossen und Argon wird zu den Sputtermagnetronen 102 und 103 mit einem typischerweise ungefähr zwei Mikron betragenden Druck eingelassen. Dann wird an die Kathoden der Sputtermagnetrone 102 und 103 Spannung angelegt, so daß diese Metalle wie das Metall M1 bei Kathode 102 und Metall M2 bei Kathode 103 zu sputtern beginnen. Die Klappen an den Magnetronen 102 und 103 werden während dieser Zeit geschlossen gehalten, bis sich die Sputterbedingungen stabilisieren. Dann wird Reaktionsgas wie zum Beispiel Sauerstoff zu den Ionenquellen 101 und 104 eingelassen, und die Quellen werden durch Anlegen der entsprechenden Vorspannung in Betrieb genommen.
  • Zum Einleiten des Beschichtungsvorgangs wird die das Magnetron 102 bedeckende Klappe geöffnet und das Substrat bei 96 mit konstanter Geschwindigkeit in Richtung 99 an den Verarbeitungsstationen vorbei zur Position 97 transportiert, dann in die entgegengesetzte Richtung 100 wieder an die Position 96 zurück. Die Transportgeschwindigkeit und die Sputterparamter können so eingestellt werden, daß typischerweise nicht mehr als drei Atomschichten des Materials bei einem Durchgang abgeschieden werden und ein Oxid ungefähr mit einer Dicke von zwanzig Angström bei einem Vorwärts- und einem Rückwärtszyklus abgeschieden wird. Der Vorwärts- und Rückwärtstransportzyklus werden so lange wiederholt, bis die erwünschte Oxiddicke des Metalls M1 auf dem Substrat aufgebaut wurde. An diesem Punkt wird die Klappe des Magnetrons 102 geschlossen.
  • Dann wird die das Magnetron 103 bedeckende Klappe geöffnet und das im vorangehenden Absatz beschriebene Verfahren wiederholt, und es wird eine Schicht des Oxids des Metalls M2 in der gewünschten Dicke abgeschieden. Die beiden Metalloxidabscheidungsschritte können so lange wiederholt werden, bis eine gewünschte Vielschichtkombination auf dem Substrat abgelagert wurde. Außerdem können Schichten der Metalle M1 und/ oder M2 mit einbezogen werden (d.h. Metalle können ohne Oxidation gebildet werden) indem die Klappen auf den Ionenquellenvorrichtungen während des entsprechenden Durchgangs des Substrats unter der Bank 107 der Verarbeitungsstationen geschlossen bleiben.
  • Nachdem die gewünschte Beschichtung gebildet wurde, wird der Druck in der Entladestation 83 auf den Druck in der Verarbeitungskammer 82 gebracht. Die Schleuse 88 wird geöffnet, und das beschichtete Substat 97 wird in die Entladeschleusenkammer 83 zur Position 98 transportiert. Die Schleuse 88 wird geschlossen und die Entladeschleusenkammer 83 wird auf atmosphärischen Druck gebracht. Dann wird die Schleuse 91 geöffnet, so daß das Substrat auf der Position 98 von der Entladeschleusenkammer entfernt werden kann.
  • Natürlich kann das geradlinige Translationssystem 80 auch in einer kontinuierlichen Betriebsart betrieben werden, bei der das Laden neuer Substrate in die Ladekammer 81 und das Entladen der zuvor verarbeiteten Substrate aus der Entladekammer 83 mit dem Beschichtungsvorgang synchronisiert sind.
  • H. Beispiele
  • Die folgenden Beispiele illustrieren die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, vielschichtige Filme optischer Qualität in großen Mengen (mit hohem Durchsatz) auf verschiedenen Substraten abzuscheiden, d.h. Substraten, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein können und gewölbte Substrate mit einschließen. Die in den folgenden Beispielen beschriebenen Filme wurden alle unter Verwendung der in 1-3 dargestellten Vorrichtung hergestellt und insbesondere unter Verwendung einer Trommel 14, die die doppelt rotierende Planetengetriebeanordnung 25 (für röhrenförmige oder zylindrische Substrate) oder einfach drehende Trägerpositionen 15 (für Substrate wie Sonnenbrillengläser und Lampenreflektoren), aufweist. Das System hatte eine Trommel mit einem Durchmesser von 73,66 cm (29 Zoll), die hier mit einer Drehzahl von 48 U/min gedreht wurde, eine Apertur im Isolationsschirm, die 12,7 cm (5 Zoll) breit war, und eine Targetbreite von 12,7 cm (5 Zoll). Die lineare Magnetronkathode 30 wurde zum Sputterabscheiden verschiedener Materialien und die lineare Magnetronionenquelle 40 zum Oxidieren der abgeschiedenen Materialien verwendet.
  • Die Beispiele zeichnen sich dadurch aus, daß die beschriebenen Produkte in großen Mengen gebraucht werden, jedoch einen hohen Grad an Zuverlässigkeit der Herstellung innerhalb eines Produkttyps aufweisen sollen und die optischen und mechanischen Eigenschaften von Vielschichtsystemen, die die Funktion der Produkte definieren, auf der ganzen Oberfläche der Produkte extrem gleichmäßig sein müssen.
  • Bei diesen Produkten als Beispielen lohnt es sich, bestimmte wesentliche Unterschiede zwischen der Erfindung und dem zuvor erörterten Stand der Technik hervorzuheben. Beim vorliegenden Verfahren werden getrennte, eigene, nicht zusammenliegende Zonen zum Abscheiden und für die Reaktion verwendet. Der Gesamtdruck zwischen den Zonen ist niedrig, was eine Bogenbildung und einen daraus resultierenden Verlust der Kontrolle über die Filmdicke minimiert.
  • Die Abscheidungs- und Reaktionszonen um die Trommel herum sind lang und schmal, was das Anbringen von vielen Stationen um die zylindrische Arbeitsoberfläche herum erlaubt. Das ist wichtig, wenn mehr als ein Material im gleichen Verfahrenszyklus abgeschieden werden muß, was bei allen beschriebenen Beispielen eine Voraussetzung ist.
  • Zusätzlich dazu, daß eine größere Anzahl von Stationen ermöglicht wird, erlaubt die lange, schmale Form der Abscheidungs- und Reaktionszonen die Verwendung einer großen Zahl einzelner Substrate und eine große Substratfläche, mit einem entsprechend höheren Durchsatz, da eine große Anzahl von Reaktionszonen sowie von Abscheidungszonen rund um den rotierenden Substratträger positioniert werden kann und da alle Substrate auf der Arbeitsoberfläche dem gleichen Materialfluß und den gleichen Plasmabedingungen ausgesetzt sind. Dadurch kann ein hoher Grad an Kontrolle über die Filmdicke auf den verschiedenen Substraten ausgeübt werden, was für die Zuver lässigkeit der Herstellung innerhalb eines Produkttyps wichtig ist.
  • Da zwischen der Abscheidungszone und dem Substratträger eine dichte Abschirmung nicht nötig ist, kann die Beschichtung von Substraten mit Wölbung in einer Weise durchgeführt werden, bei der diese dichte Abschirmung nicht praktisch wäre. So ist zum Beispiel die Beschichtung von Linsen und Röhren möglich.
  • 1. "Kalte" Spiegel aus gewölbtem Glas (M16 & M13.25)
  • Das in 1–3 gezeigte System wurde im Einfachdrehmodus zum Bilden reflektierender Vielschichtoxidbeschichtungen verwendet, die alternierende Schichten aus Titandioxid und Siliziumdioxid auf der konkaven Innenoberfläche 76 von Glaslampenreflektorsubstraten 75 aufwiesen, 17, unter Verwendung des Verfahrens von Tabelle 1. Siehe Substratposition 15B, 1. Im Endeffekt wurde die Reflektoroberfläche 76 in Form einer tiefen Schüssel mit zwei Materialien mit genau gesteuerter Gleichmäßigkeit mit einer hohen Abscheidungsgeschwindigkeit beschichtet. Die Beschichtungen hatten einundzwanzig Schichten,
    Figure 00360001
    wobei L = Siliziumdioxid und H = Titandioxid, wobei die beiden Stapel (H/2 L H/2)5 bei QWOT (quarter wave optical thicknesses/Lambda-Viertel-Dicken) von 627 nm bzw. 459 nm zentriert sind. In der oben verwendeten, auf diesem Gebiet der Technik als Standard geltenden Schreibweise, bedeutet jedes (H/2 L H/2)5 eine fünffache Wiederholung der Schichtabfolge mit der folgenden Reihenfolge: eine halbe QWOT-Schicht Titanoxid (H/2); eine QWOT-Schicht Siliziumdioxid (L); und eine weitere halbe QWOT-Schicht Titanoxid (H/2). Gemäß 11: Wie durch die Kurve 80, 81 und 82 für die Prozent-Durchlässigkeitskurve als eine Funktion der Wellenlänge in der Filmmitte, in der Zwischenzone bzw. am Rand des Films gezeigt, besaßen die Beschichtungen das erwünschte E/C-Verhältnis von 1,05 und erreichten auch sonst die zu erzielende Spektrumsleistung, Infrarotlichtenergie, d.h. Licht mit einer Wellenlänge, die länger als ungefähr 700 nm ist, durchzulassen, während sichtbare Energie ohne Farbänderung der Glühlampenlichtquelle reflektiert wurde. Tabelle 1
    Substrat: konkaves Glas
    Drehbewegung: einfach
    Material 1: Titan zur Bildung von TiO2
    Material 2: Silizium zur Bildung von SiO2
    Kathodengeschwindigkeit für
    Material 1 (CR1): 110 × 10–10 m (110 Angström/s (Å/s))
    Kathodengeschwindigkeit für
    Material 2 (CR2): 90 × 10–10 m (90 Å/s)
    Material 1 Gas: Argon 400 scm3
    Material 2 Gas: Argon 400 scm3
    Material-1-Leistung: 6 kW
    Material-2-Leistung: 5 kW
    Argonsputterdruck: 2,0 Micron
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 1: 4 A; 125 scm3 O2
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 2: 2 A; 100 scm3 O2
    Wärmenachbehandlung (nach der vollständingen
    Beschichtung): 550°C in Luft, eine Stunde
  • 2. Glasbrillengläser
  • Die oben beschriebene und in 1-3 dargestellte Vorrichtung wurde auch im Einfachrotationsmodus zur Herstellung einer Beschichtung optischer Qualität aus sechsundzwanzig Schichten mit abwechselnden Schichten aus Tantalpentoxid und Siliziumdioxid auf konvexen Glasbrillengläsern unter Verwendung der Parameter von Tabelle 2 betrieben. Wie durch die Prozentreflexionskoeffizientenkurve 83 von 12 und die Prozentdurchlässigkeitskurve 84 auch von 12 gezeigt, wurden durch die Beschichtungen die Konstruktionsvorgaben für die spektrale Leistung erzielt, indem ein Reflexionsband im nahen Infrarotbereich zum Herausfiltern schädlicher Infrarotstrahlung für die Augen sowie ein Reflexionsband im ultravioletten Bereich, sowie eine hohe Haltbarkeit des Films erreicht wurde, die durch den Standard-Gummi-Reibtest, den Abriebwiderstandstest MIL-C-675 gekennzeichnet ist. Zusätzlich zu den Augenschutzeigenschaften des Films wird sichtbares Licht wahlweise über den ungefähren Bereich von 400–700 nm durch die Schichtkonstruktion (Schichtdicken) gefiltert, wodurch eine kosmetische Farbgebung entsteht, ohne daß dadurch die Durchlässigkeit für sichtbares Licht wesentlich beeinträchtigt würde. Diese Konstruktion erfordert eine strenge Kontrolle der optischen Dicke der einzelnen Schichten zum Erzielen strenger Farb-Wiederholbarkeitsanforderungen. Die unter Verwendung der vorliegenden Erfindung hergestellten Produkte sind um einen Faktor zwei regelmäßiger als Produkte, die durch bisherige Verfahren hergestellt wurden. Tabelle 2
    Substrat: Glassonnenbrillengläser
    Drehbewegung: einfach
    Material 1: Tantal zur Bildung von Ta2O5
    Material 2: Silizium zur Bildung von SiO2
    CR1: 7 0 × 10–10 m (7 0 Å/s )
    CR2 : 9 0 × 10–10 m (9 0 Å/s )
    Material 1 Gas: Argon 400 scm3
    Material 2 Gas: Argon 400 scm3
    Material-1-Leistung: 6 kW
    Material-2-Leistung: 5 kW
    Argonsputterdruck: 2,5 Micron
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 1: 4 A; 199 scm3 O2
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 2: 2 A; 99 scm3 O2
    Wärmenachbehandlung: 450°C in Luft, eine Stunde
  • 3. Plastikbrillengläser
  • Die in 1–3 dargestellte Vorrichtung wurde im Einfachrotationsmodus mit den Verfahren von Tabelle 3 zur Abscheidung des gleichen sechsundzwanzig-schichtigen blauen Filterfilms, wie er in Beispiel 2 beschrieben wurde, verwendet, der ein Reflexionsband im nahen Infrarotbereich zum Herausfiltern von für die Augen schädlichen Infrarotstrahlen sowie ein Reflexionsband im ultravioletten Bereich aufweist. Die Substrate in diesem Fall waren jedoch Plastiksonnenbrillengläser und nicht Brillengläser aus Glas. Wie gemäß 13. durch die Reflexionskoeffizientenkurve 86 und die Prozentdurchlässigkeitskurve 87 bewiesen, erreichten die Beschichtungen aus dünnen Filmen die im Beispiel 2 erörterten optischen Konstruktionsvorgaben und das zusätzliche Ziel einer Abscheidung auf dem Kunststoff, ohne daß dabei das Plastikmaterial geschmolzen oder erweicht worden wäre, da die Verarbeitungstempertur sehr niedrig, nämlich ungefähr 55°C, ist. Diese bewiesene Fähigkeit steht in scharfem Kontrast zu allen bekannten Vakuumbeschichtungsverfahren, bei denen die Herstellung vielschichtiger dauerhafter, optisch durchlässiger Beschichtungen auf Plasiksubstraten traditionell eine schwierige Aufgabe darstellte. Diese dünnen Filmbeschichtungen bestanden auch den Feuchtigkeitstext (MIL-M-13508) und den Reißbandklebetest (MIL-C-675). Tabelle 3
    Substrat: Plastiksonnenbrillengläser
    Drehbewegung: einfach
    Material 1: Tantal zur Bildung von Ta2O5
    Material 2: Silizium zur Bildung von SiO2
    CR1: 70 × 10–10 m (70 Å/s)
    CR2: 90 × 1010 m (90 Å/s)
    Material 1 Gas: Argon 400 scm3
    Material 2 Gas: Argon 400 scm3
    Material-1-Leistung: 3 kW
    Material-2-Leistung: 5 kW
    Argonsputterdruck: 2,5 Micron
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 1: 4 A; 199 scm3 O2
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 2: 4 A; 99 scm3 O2
    Wärmenachbehandlung: keine
  • 4. Anti-Reflexionsbeschichtungen für Kunststoff
  • Die in 1–3 beschriebene Vorrichtung wurde im Einfachrotationsmodus nach dem in Tabelle 4 gezeigten Verfahren betrieben, wobei mit einer Verarbeitungstemperatur von 55°C optische Filme in vier Schichten hergestellt wurden, die aus abwechselnden Schichten aus Tantalpentoxid und Siliziumdioxid auf flachen und konvexen gewölbten Plastiksubstraten bestanden. Die Filme wiesen vier Schichten auf:

    Substrat | (HLHL) | Umgebung,

    wobei L = Siliziumdioxid und H = Tantalpentoxid und wobei die QWOT-Schichten HLHL über 117 nm, 172 nm 1096 bzw. 520 nm zentriert waren. Gemäß der Reflexionskoeffizientenkurve 88 von
  • 14 erfüllten die Filme die Konstruktionsvorgaben, wobei ein sehr niedriger Reflexionskoeffizient über das sichtbare Wellenlängenspektrum vorgesehen wurde sowie sehr dünne (100 nm dicke) Schichten abgeschieden wurden und der Kunststoff weder geschmolzen noch erweicht wurde. Tabelle 4
    Substrat: Polykarbonat & Acryl
    Drehbewegung: einfach
    Material 1: Tantal zur Bildung von Ta2O5
    Material 2: Silizium zur Bildung von SiO2
    CR1: 70 × 10–10 m (70 Å/s)
    CR2: 90 × 10–10 m (90 Å/s)
    Material 1 Gas: Argon 400 scm3
    Material 2 Gas: Argon 400 scm3
    Material-1-Leistung: 3 kW
    Material-2-Leistung: 5 kW
    Argonsputterdruck: 2,5 Micron
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 1: 4 A; 199 scm3 O2
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 2: 4 A; 99 scm3 O2
    Wärmenachbehandlung: keine
  • 5. Gelbe Scheinwerferfilterbeschichtung
  • Die in 1–3 dargestellte Vorrichtung wurde auch zum Abscheiden vierzehnschichtiger Filme auf Glasummantelungen von Halogenscheinwerferlampen unter Verwendung des Doppelrotationsmodus und des Verfahrens nach Tabelle 5 verwendet. Die Filme weisen drei Materialien auf, erfordern eine präzise Farbabgleichung der mehreren Materialien und eine genaue Kontrolle der einzelnen dünnen Lambda-Viertel-Schichten. Folglich ist die Konstruktion des Films schwierig zu bewerkstelligen. Der genaue Filmaufbau war der folgende:

    Substrat | Fe2O3 (H) (LH)6 | Umgebung,

    wobei L = Siliziumdioxid und H = Tantalpentoxid und die QWOT-Schichten Fe2O5, H und (LH) über 14 nm, 10 nm bzw. 430 nm zentriert waren. Die Filme zeigten die Fähigkeit eines wiederholbaren Abscheidens eines vielschichtigen Blaufilters des Aufbaus Fe2O3 (H) (LH)6 auf einer Quarzummantelung. Das Fe2O3 wurde hier als ein selektives Filter verwendet. Die spektrale Leistung dieser Filme ist in 15 dargestellt. Die Kurve 91 stellt die Prozentdurchlässigkeit dar, wenn das Fe2O3-Filter verwendet wird; die Kurve 92 zeigt die Leistung ohne die Fe2O3-Schicht. 15 zeigt, daß die Kombination des vielschichtigen Blaufilters und des selektiven Fe2O3-Filters gelbes Licht im Bereich von ungefähr 500–600 nm durchläßt und blaues Licht bei ungefähr 450 nm blockiert, wobei die charakteristische blaue Korona vermieden wird, die mit einer steilen Reflexion und einem folgenden Durchtreten durch die Glasummantelung einhergeht. Tabelle 5
    Substrat: Halogenlampenummantelungen
    Drehbewegung: doppelt (Planeten)
    Material 1: Tantal zur Bildung von Ta2O5
    Material 2: Silizium zur Bildung von SiO2
    CR1: 15 0 × 10–10 m (150 Å/s )
    CR2: 100 × 10–10 m (100 Å/s)
    Material 1 Gas: Argon 400 scm3
    Material 2 Gas: Argon 400 scm3
    Material-1-Leistung: 6 kW
    Material-2-Leistung: 5 kW
    Argonsputterdruck: 2,5 Micron
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 1: 1 A; 200 scm3 O2
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 2: 1 A; 100 scm3 O2
    Wärmenachbehandlung: 600°C in Luft, eine Stunde
  • 6. Dünne heiße Spiegelbeschichtungen
  • Die in 1–3 dargestellte Vorrichtung wurde im Doppelrotationsmodus zur Herstellung fünfzehnschichtiger Filme auf röhrenförmigen Quarzlampenummantelungen betrieben, wie sie bei infrarote (IR) Energie abstrahlenden Heizlampen verwendet werden. Die Beschichtungen werden als "dünner heißer Spiegel" bezeichnet, da sie dazu gedacht sind, sichtbare Energie durchzulassen, während sie die von dem innen liegenden Wolfram-Halogenglühdraht abgestrahlte infrarote Energie reflektieren. Die Beschichtung führt zu einer Lampenleistungsverringerung, da die Infrarotenergie geometrisch auf den Lampenglühdraht auftrifft. Die Energie wird zum Heizen des Glühdrahts verwendet, wodurch die zum Betreiben der Lampe benötigte elektrische Energie verringert wird. Der genaue Aufbau war:
    Figure 00450001
    wobei L Siliziumdioxid und H Tantalpentoxid ist und die QWOT über 900 nm zentriert war. Die spektrale Leistung dieser Filme ist in 16 dargestellt. Die Kurve 93 zeigt Prozentdurchlässigkeit in Abhängigkeit von Wellenlänge und demonstriert, daß der heiße Spiegelfilm bzw. die heiße Spiegelbeschichtung sichtbares Licht im Bereich von ungefähr 400–750 nm durchläßt und IR-Energie im Bereich von ungefähr 750–110 nm zurück auf den Glühdraht reflektiert. Tabelle 6
    Substrat: 10-mm-Quarzröhren
    Drehbewegung: doppelt (Planeten)
    Material 1: Tantal zur Bildung von Ta2O5
    Material 2: Silizium zur Bildung von SiO2
    CR1: 150 × 10–10 m (150 Å/s)
    CR2: 100 × 10–10 m (100 Å/s)
    Material 1 Gas: Argon 400 scm3
    Material 2 Gas: Argon 400 scm3
    Material-1-Leistung: 6 kW
    Material-2-Leistung: 5 kW
    Argonsputterdruck: 2,5 Micron
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 1: 2 A; 199 scm3 O2
    Ionenquellenbetrieb für
    Material 2: 2 A; 99 scm3 O2
    Wärmenachbehandlung: 600°C in Luft, eine Stunde

Claims (33)

  1. Zerstäubungsbeschichtungsvorrichtung mit – einer Vakuumkammer (11), – einem beweglichen Substrathalter (14), der innerhalb der Vakuumkammer montiert und zum Festhalten von Substraten auf sich zum Bewegen der Substrate über mindestens eine erste und eine zweite Arbeitsstation (26, 27; 28), die physisch voneinander getrennt sind, ausgestaltet ist, wobei die erste Arbeitsstation eine Zerstäubungszone und die zweite Arbeitsstation eine Reaktionszone für das in der ersten Arbeitsstation zerstäubte Material bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, daß – eine magnetronunterstützte Zerstäubungseinrichtung (30) in der ersten Arbeitsstation angeordnet ist und ein Target ausgewählten Materials und eine Einrichtung zum Erzeugen eines ersten Plasmas innerhalb der Zerstäubungseinrichtung, in der Nachbarschaft der Arbeitsstation und im wesentlichen überall in einem ausgedehnten Bereich der Kammer, einschließlich der physisch separat angeordneten zweiten Arbeitsstation, zum Zerstäubungsabscheiden von Material auf die die erste Arbeitsstation durchlaufenden Substrate aufweist und – eine Ionenquelleneinrichtung (30, 40) in der zweiten Arbeitsstation angeordnet ist, um ein reaktives Gas entlang einer relativ schmalen Zone in der Nachbarschaft des Substrathalters, die durch ein zweites, lokal intensives Plasma, das Ionen des reaktiven Gases aufweist, gebildet wird, anzulegen, wobei die Ionenquelleneinrichtung eine Einrichtung zum Anlegen eines gerichteten Potentials zwischen der Ionenquelle und dem zweiten Plasma zum Beschleunigen von dessen reaktiven Ionen auf die Substrate, um die ausgewählte Reaktion mit dem zerstäubungsabgeschiedenen Material während eines einzigen Durchgangs des Substrathalters abzuschließen, aufweist.
  2. Zerstäubungsbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zweiten Arbeitsstation angeordnete Ionenquelleneinrichtung (40) zum Erzeugen des zweiten Plasmas aus Ionen des reaktiven Gases Elektronen aus dem ersten Plasma benutzt.
  3. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen für die Zerstäubungseinrichtung (30) und die Ionenquelleneinrichtung (40) zum gleichzeitigen Betrieb vorgesehen sind.
  4. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß – der bewegliche Halter (14) ein zylindrischer Träger ist und Einrichtungen (16) zum Drehen des Trägers zum Bewegen der Substrate über die erste und die zweite Arbeitsstation (26, 27; 28) vorgesehen sind und – die Arbeitsstationen (26, 27; 28) so angeordnet sind, daß die ausgewählte chemische Reaktion entlang einer Umfangszone des Trägers auftritt, die wesentlich weniger als die Hälfte des Umfangs des Trägers umfaßt.
  5. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinrichtung (30) und die Ionenquelleneinrichtung (40) außerhalb des zylindrischen Trägers (14) angeordnet sind.
  6. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinrichtung (30) und die Ionenquelleneinrichtung (40) innerhalb des zylindrischen Trägers (14) angeordnet sind.
  7. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14) drehbare Befestigungseinrichtungen (22A) am Umfang des Trägers aufweist, die dazu dienen, ausgewählte Substrate oder Oberflächensegmente davon den Arbeitsstationen (26, 27, 28) drehbar zu präsentieren.
  8. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Befestigungseinrichtungen in der Substrathaltereinrichtung eine Planetengetriebeanordnung (22A), die im Zusammenhang mit der Drehung des zylindrischen Trägers (14) drehbar ist, aufweisen.
  9. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter ein flexibles Gewebe (73) ist und daß eine drehbare Trommel (14A) vorgesehen ist, die Abwickel- und Aufwickelrolleneinrichtungen (71, 72) zum kontinuierlichen oder intermittierenden Verschieben des flexiblen Gewebes um den Umfang der Trommel aufweist, und daß die Magnetronzerstäubungseinrichtung (26, 27) und die Ionenquelleneinrichtung (28) zum Bilden mindestens eines ersten Materials auf dem Gewebe oder den darauf befestigten Substraten um die Peripherie der Trommel herum angeordnet sind.
  10. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter (43) im wesentlichen flach und die Bewegung im wesentlichen linear ist.
  11. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungseinrichtung eine Linearmagnetroneinrichtung (30) ist.
  12. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelleneinrichtung (40) eine Linearmagnetroneinrichtung ist.
  13. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelleneinrichtung (40) eine Ionenkanone ist.
  14. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelleneinrichtung (40) zum Einlaß des reaktiven Gases zum Umwandeln mindestens eines Teils des zerstäubungsabgeschiedenen Materials in mindestens einen der Stoffe Oxid, Nitrid, Hydrid oder kohlenstoffhaltige Legierung oder Verbindung geeignet ist.
  15. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelleneinrichtung (40) zum Oxidieren des zerstäubungsabgeschiedenen Materials geeignet ist.
  16. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit mehreren Zerstäubungseinrichtungen (26, 27) zum aufeinanderfolgenden oder gleichzeitigen Zerstäubungsabscheiden mindestens eines Materials.
  17. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit mehreren Ionenquelleneinrichtungen (40) zum in Reaktion bringen ausgewählten reaktiven Gases mit dem zerstäubungsabgeschiedenen Material.
  18. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungseinrichtung bzw. die Abscheidungseinrichtungen und die Reaktionseinrichtung bzw. die Reaktionseinrichtungen in der ersten und der zweiten Arbeitsstation in unterschiedlichen Partialdruckregimen betrieben werden können.
  19. Verfahren zum Bilden eines Monoschichtfilms und eines Mehrschichtgemischfilms auf Substraten in einer Vakuumkammer mit – einem beweglichen Substrathalter darin, – einer ersten Arbeitsstation mit einer Zerstäubungszone zum Bilden einer Schicht zerstäubten Materials auf einem Substrat und – einer zweiten Arbeitsstation mit einer Reaktionszone zum Reagieren des in der ersten Arbeitsstation auf einem Substrat gebildeten zerstäubten Materials, dadurch gekennzeichnet, daß – mindestens eine magnetronunterstützte Zerstäubungseinrichtung, die zum Zerstäubungsabscheiden eines ausgewählten Materials auf einem Substrat dient, in der ersten Arbeitsstation benachbart zum Substrathalter zur Erzeugung eines ersten Plasmas angrenzend an die erste Arbeitstation und im wesentlichen über einen ausgedehnten Bereich der Kammer einschließlich der körperlich beabstandeten zweiten Arbeitsstation angeordnet ist und – mindestens eine Ionenquelleneinrichtung, die zum Bereitstellen eines lokal intensiven Plasmas zur Bewirkung einer ausgewählten chemischen Reaktion mit dem ausgewählten Material dient, in der zweiten Arbeitsstation benachbart zum Substrathalter angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Erzeugen eines Vakuums in der Kammer, – Einführen von Arbeitsgas und reaktivem Gas in die Kammer, – kontinuierliches Bewegen des Substrathalters über die Einrichtungen, – Betreiben der Zerstäubungseinrichtung mit einem damit verbundenen relativ niedrigen Partialdruck des reaktiven Gases, um eine Schicht des ausgewählten Materials auf dem Substrat abzuscheiden, und – Betreiben der Ionenquelleneinrichtung, die Einrichtungen zum Anlegen eines gerichteten Potentials zwischen der Ionenquelle und dem zweiten Plasma zur Beschleunigung von dessen relativen Ionen zu den Substraten aufweist, mit einem damit verbundenen relativ hohen Partialdruck des reaktiven Gases, um die ausgewählte Reaktion während eines einzigen Durchgangs des Substrathalters im wesentlichen abzuschließen.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter ein rotierender zylindrischer Träger ist, der die Substrate längs seines Umfangs zum kontinuierlichen Vorbeibewegen der Substrate an der Zerstäubungseinrichtung und der Ionenquelle trägt, und daß die ausgewählte Reaktion entlang einer Umfangsflächenteilzone des Trägers auftritt, welche eine Strecke aufweist, die wesentlich kleiner als eine Hälfte des Umfangs des Trägers ist, und die ausgewählte Reaktion während einer Translation des Werkstückes durch die Teilzone im wesentlichen abgeschlossen wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Träger drehbar auf dem Umfang des Trägers montiert ist und ausgewählte Substrate oder Oberflächensegmente davon den Arbeitsstationen drehbar präsentiert.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Befestigung für den Träger eine Planetengetriebeanordnung, die sich im Zusammenhang mit der Drehung des zylindrischen Trägers dreht, aufweist.
  23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratträger im wesentlichen flach und die Bewegung im wesentlichen linear ist.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, weiter mit Betreiben der Zerstäubungseinrichtung zum Zerstäubungsabscheiden von Schichten ausgewählter Materialien auf das Substrat und Betreiben der Ionenquelleneinrichtung so, daß mindestens eine ausgewählte der Schichten vor der Zerstäubungsabscheidung der nächstfolgenden Schicht reagieren gelassen wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, in welchem mehrere Ionenquelleneinrichtungen vorgesehen sind.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 25, in welchem mehrere Zerstäubungseinrichtungen vorgesehen sind.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, weiter mit selektivem Betreiben der Zerstäubungseinrichtung bzw. der Zerstäubungseinrichtungen und der Ionenquelleneinrichtung bzw. der Ionenquelleneinrichtungen um eine Mischbeschichtung zu bilden, die mindestens mehrere Schichten aufweist, von denen die Zusammensetzung jeder Schicht aus mindestens einem der folgenden Stoffe ausgewählt ist: ein erstes Metall, ein zweites Metall, ein Oxid des ersten Metalls, ein Oxid des zweiten Metalls, Gemische des ersten und zweiten Metalls und ein Oxid oder Gemische des ersten und zweiten Metalls.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, weiter mit selektivem Betreiben einer ausgewählten der Zerstäubungseinrichtungen zum Zerstäubungsabscheiden von Schichten ausgewählter Materialien auf dem Substrat und Betreiben einer ausgewählten der Ionenquelleneinrichtungen im Zusammenhang mit der Zufuhr ausgewählten Reaktionsgases dazu, um die ausgewählte Reaktion mit mindestens einer ausgewählten der Schichten vor der Zerstäubungsabscheidung der nächstfolgenden Schicht zu bewirken.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählte Reaktion eine Umwandlung der ausgewählten Schichten in mindestens einen der folgenden Stoffe beinhaltet: Oxid, Nitrid, Hydrid, Sulphid oder kohlenstoffhaltige Verbindung oder kohlenstoffhaltiges Gemisch.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, worin die ausgewählte Reaktion eine Oxidation ist.
  31. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 30, ausgelegt zum Bilden von Monoschichtfilmen, Mehrschichtfilmen und Mehrschichtgemischfilmen ausgewählter variabler oder konstanter Dickeprofile in der Richtung vom Zentrum zum Rand des Substrats auf gekrümmten Substraten, – worin die magnetronunterstützte Kathodenzerstäubungseinrichtung eine zugehörige Zerstäubungszone relativ langer Länge und relativ schmaler Weite hat und – worin die Ionenquelleneinrichtung eine zugehörige Reaktionszone relativ langer Länge und relativ schmaler Breite zum Hervorrufen einer ausgewählten Reaktion mit der abgeschiedenen Beschichtung entlang einer Umfangsteilzone des Trägers, die wesentlich kleiner als die Hälfte des Umfangs des Trägers ist, hat und das weiter folgendes aufweist: – kontinuierliches Drehen des zylindrischen Werkstückträgers, – Betreiben der Zerstäubungseinrichtung zum Abscheiden mindestens einer Schicht ausgewählten Materials auf dem sich drehenden Substrat und – Betreiben der Ionenquelleneinrichtung zum Bewirken der vollständigen und ausgewählten Reaktion während eines einzigen Durchgangs des Werkstücks durch die Umfangs teilzone.
  32. Verfahren nach Anspruch 31, weiter mit Steuern mindestens eines der folgenden Parameter zum Steuern des Dickeprofils des Films: Gesamtsystemdruck, kinetische Energie des zerstäubten Materials, Masse des zerstäubten Materials , Masse des bei der Zerstäubungsabscheidung benutzten Arbeitsgases und Abstand zwischen Target und Substrat.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß – die magnetronunterstützte Zerstäubungseinrichtung eine zugehörige Zerstäubungszone mit einem ersten Partialdruckregime und mit relativ langer Länge und relativ schmaler Breite zum Zerstäubungsabscheiden des ausgewählten Materials auf das Werkstück hat, – die Ionenquelleneinrichtung ein lokal intensives Plasma in einer zugehörigen Reaktionszone mit einem zweiten Partialdruckregime und mit relativ langer Länge und relativ schmaler Breite zum Hervorrufen der ausgewählten Reaktion mit der abgeschiedenen Beschichtung entlang einer Umfangsteilzone des Trägers, die wesentlich kleiner als die Hälfte des Umfangs des Trägers ist, erzeugt und dabei eine ausgewählte chemische Reaktion mit dem ausgewählten Material liefert, und – der Träger kontinuierlich über die Einrichtungen bewegt wird und die Zerstäubungseinrichtung und die Ionenquelleneinrichtung kontinuierlich betrieben werden, um die Schicht ausgewählten Materials auf dem Substrat abzuscheiden und die ausgewählte Reaktion während eines einzigen Durchgangs des Substrathalters im wesentlichen abzuschließen.
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