CH684000A5

CH684000A5 - Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, vorzugsweise zum Beschichten von Flachglas, mit einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht.

Info

Publication number: CH684000A5
Application number: CH3112/91A
Authority: CH
Inventors: Michael Dr Schanz; Rudolf Dr Latz; Michael Dr Scherer
Original assignee: Leybold Ag
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 1994-06-30
Also published as: FI920457A7; BE1006649A3; FI920457A0; JPH0565632A; DE4106771A1

Description

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CH 684 000 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere zum Beschichten von Flachglas, mit einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht, bestehend aus einer Stromquelle, die mit einer in einer evakuierbaren Beschichtungskam-mer angeordneten Kathode verbunden ist, die elektrisch mit einem Target in Verbindung steht, das zerstäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat niederschlagen, wobei in die Be-schichtungskammer Prozessgase einbringbar sind.

Oxidische Targets werden bevorzugt im HF-Be-trieb mit nur geringen Raten zerstäubt (ca. 5 nm/ min), weil bei Erhöhung der Quellenleistung starke lokale Verdampfungen an der Targetoberfläche auftreten. Diese lokalen Verdampfungen führen zu Zusammensetzungsschwankungen in den abgeschiedenen Schichten und durch gleichzeitigen Ausstoss schmelzflüssiger Targetpartikel (Spratzerscheinun-gen) zu Schichtdefekten. Weiterhin ist die Targetlebensdauer durch diese Erscheinungen, die auch bei geringen Quellenleistungen nicht vollständig verschwinden, auf wenige Stunden begrenzt. Die Targets zerfallen. Dieses Problem macht sich unter anderem bemerkbar bei Versuchen, Schichten aus oxidischen Hochtemperatur-Supraleitern aufzustäuben (DE 3 906 954), weshalb man bereits vorgeschlagen hat, zur Hochfrequenzzerstäubung von oxidischen Targets das Target elektrisch isoliert und gut wärmeleitend über dem Targetträger anzuordnen.

Bekannt ist eine Aufstäubungsvorrichtung für die Niederschlagung dünner Schichten von Werkstoffen mit Ausnahme von Metallen auf Substraten (DE 3 029 567) mit zwei einander gegenüberliegenden Elektroden, von denen eine für die Befestigung eines Substrats ausgebildet ist und mit einem an der anderen Elektrode befestigten Target, das aus einem nichtmetallischen Werkstoff besteht, von dem die die dünne Schicht bildenden Atome durch lo-nenbeschuss während des Aufstäubens herausgeschleudert werden, wobei dieses Target aus wenigstens zwei übereinandergelegten Targetteilen aus Keramik, Glas oder Harz besteht und wobei ein Luftspalt als Wärmeisolation zwischen dem Target und der Kathodenplatte vorgesehen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, das Aufwachsen von Pickeln auf der Oberfläche von Indium-Zinn-Oxid-Targets während des Sputtervorgangs zu reduzieren, um so Änderungen der spezifischen Abstäubrate und der Eigenschaften abgeschiedener Schichten zu verhindern und das gefürchtete Arcing zu vermeiden und die Langzeitstabilität des Prozesses zu erhöhen, was insbesondere bei In-Iine-Anlagen zu einer erheblichen Steigerung der Produktivität führt, da Ausfallzeiten für die bisher notwendige mechanische Targetreinigung entfallen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das zu zerstäubende Target im Abstand zur Kathode gehalten ist, wozu Haltemittel vorgesehen sind, mit denen das Target mit dem Kathodenkörper verbunden ist.

Als Haltemittel werden beispielweise Zuganker oder Haltezapfen verwendet. Bevorzugterweise ist das Target mit einem Magnetjoch oder einem U-för-migen Element des Kathodenkörpers galvanisch verbunden.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist zwischen dem Kathodenkörper und dem Target ein flacher Heizkörper angeordnet, dessen Heizfläche unmittelbar an der Rückseite des Targets anliegt und dessen kontrollierte Aufheizung bewirkt.

Bevorzugterweise ist die Heizung zwischen dem U-förmigen Element und dem Target angeordnet.

Die Erfindung lässt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der anhängenden Zeichnung schematisch näher dargestellt, die eine Sputteranlage für das DC-Sputtern zeigt.

In der Zeichnung ist ein Substrat 1 dargestellt, das mit einer dünnen Schicht 2 versehen werden soll. Diesem Substrat 1 liegt ein Target 3 gegenüber, das zu zerstäuben ist. Das Target 3 steht über mehreren schmalen Tragzapfen oder Haltezapfen 30, 30' und über einem im Schnitt U-förmigen Element 4 mit einer Elektrode 5 in Verbindung, die ein Joch 6 einschliesst, das zwischen sich und dem Element 4 drei Dauermagnete 7, 8, 9 einschliesst. Die auf das Target 3 gerichteten Polaritäten der Pole der drei Dauermagnete 7, 8, 9 wechseln sich ab, so dass jeweils die Südpole der beiden äusseren Dauermagnete 7, 9 mit dem Nordpol des mittleren Dauermagneten 8 ein etwa kreisbogenförmiges Magnetfeld durch das Target 3 bewirken. Dieses Magnetfeld verdichtet das Plasma vor dem Target 3, so dass es dort, wo die Magnetfelder das Maximum ihres Kreisbogens besitzen, seine grösste Dichte hat. Die Ionen im Plasma werden durch ein elektrisches Feld beschleunigt, das sich aufgrund einer Gleichspannung aufbaut, die von einer Gleichstromquelle 10 angegeben wird. Diese Gleichstromquelle 10 ist mit ihrem negativen Pol über die elektrische Verbindungsleitung 28 und über zwei Induktivitäten 11, 12 mit der Elektrode 5 verbunden, wobei die Leitung 28 ausserdem über zwei Kondensatoren 29, 31 an Masse liegt. Das elektrische Feld steht senkrecht auf der Oberfläche des Targets 3 und beschleunigt die positiven Ionen des Plasmas in Richtung auf dieses Target. Hierdurch werden mehr oder weniger viele Atome oder Partikel aus dem Target 3 herausgeschlagen, und zwar insbesondere aus den Gebieten 13, 14, wo die Magnetfelder ihre Maxima haben. Die zerstäubten Atome oder Partikel wandern in Richtung auf das Substrat 1, wo sie sich als dünne Schicht 2 niederschlagen.

Die Kathode 5 mit ihrem Target 3 ist von einer Blende 24 umschlossen, wobei der Teil der Be-schichtungskammer 15, der unmittelbar vor dem Target 3 vorgesehen ist, mit 15a bezeichnet ist. Die Blende 24 weist auf ihrer unteren Seite eine Öffnung 26 auf, durch die die aus dem Target 3 herausgeschlagenen Teilchen auf das Substrat 1 hindurch beschleunigt werden.

Für die Steuerung der dargestellten Anordnung kann ein Prozessrechner vorgesehen werden, der Messdaten verarbeitet und Steuerungsbefehle abgibt. Diesem Prozessrechner können beispielsweise

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die Werte des gemessenen Partialdrucks in der Prozesskammer 15 zugeführt werden. Aufgrund dieser und anderer Daten kann er zum Beispiel den Gasfluss über die Ventile 18, 19 regeln und die Spannung an der Kathode 5 einstellen. Der Prozessrechner ist auch in der Lage, alle anderen Variablen, zum Beispiel Kathodenstrom und magnetische Feldstärke, zu regeln. Da derartige Prozessrechner bekannt sind, wird auf eine Beschreibung ihres Aufbaus verzichtet.

Während des Prozesses wird über das Ventil 18 und den Anschluss 21 Argon aus dem Behälter 16 in die Prozesskammer 15, 15a eingelassen. Um auch reaktive Materialien sputtern zu können, ist ausserdem noch der Behälter 17, der Sauerstoff enthält, vorgesehen, wobei der Behälter 17 über das Ventil 19 und den Anschluss 20 mit der Prozesskammer 15, 15a verbunden ist.

Wie die Zeichnung deutlich zeigt, ist das Target 3 nicht unmittelbar mit dem U-förmigen Element 4 verbunden, sondern mit Abstand a vor diesem Element 4 angeordnet. Infolge dieses Spalts zwischen der Unterseite des Elements 4 und der Oberseite des Targets 3 erhitzt sich das Target 3 während des Beschichtungsvorgangs auf etwa 200-400°C, wodurch das Aufwachsen von Pickeln an der Unterseite des Indium-Zinn-Oxid-Targets 3 entscheidend

- und zwar entgegen der allgemeinen Lehrmeinung

- verringert wird.

Bezugszeichenliste

1 Substrat

2 Schicht

3 Target

4 U-förmiges Element

5 Elektrode

6 Joch

7 Dauermagnet

8 Dauermagnet

9 Dauermagnet

10 Gleichstromquelle

11 Induktivität

12 Induktivität

13 Sputtergraben (Gebiet)

14 Sputtergraben (Gebiet)

15, 15a Raum, Beschichtungskammer

16 Gasbehälter

17 Gasbehälter

18 Ventil

19 Ventil

20 Einlassstutzen

21 Einlassstutzen

22 Gaszuführungsleitung

23 Gaszuführungsleitung

24 Blende

25 Behälter, Prozesskammer

26 Öffnung

27 elektrischer Anschluss (Masse-Leitung)

28 elektrischer Anschluss

29 Kondensator

30 Tragzapfen

31 Kondensator

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere zum Beschichten von Flachglas, mit einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht, bestehend aus einer Stromquelle (10), die mit einer in einer evakuierbaren Beschichtungskammer (15, 15a) angeordneten Kathode (5) verbunden ist, die elektrisch mit einem Target (3) in Verbindung steht, das zerstäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat (1) niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer (15, 15a) Prozessgase einbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zu zerstäubende Target (3) im Abstand (a) zur Kathode (5) gehalten ist, wozu Haltemittel vorgesehen sind, mit denen das Target (3) mit dem Kathodenkörper verbunden ist.

2. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltemittel aus Zuganker oder Haltezapfen (30, 31) bestehen.

3. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (3) mit einem Magnetjoch (6) des Kathodenkörpers verbunden ist.

4. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Target (3) mit einem U-förmigen Element (4) des Kathodenkörpers verbunden ist.

5. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats, insbesondere zum Beschichten von Flachglas, mit einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht, bestehend aus einer Stromquelle (10), die mit einer in einer evakuierbaren Beschichtungskammer (15, 15a) angeordneten Kathode (5) verbunden ist, die elektrisch mit einem Target (3) in Verbindung steht, das zerstäubt wird und dessen zerstäubte Teilchen sich auf dem Substrat (1) niederschlagen, wobei in die Beschichtungskammer (15, 15a) Prozessgase einbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kathodenkörper, und dem Target (3) ein flacher Heizkörper angeordnet ist, dessen Heizfläche unmittelbar an der Rückseite des Targets (3) anliegt und dessen kontrollierte Aufheizung bewirkt.

6. Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper zwischen einem U-förmigen Element (4) des Kathodenkörpers und dem Target angeordnet ist.

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