DE69033441T2

DE69033441T2 - Geometrie und Gestaltungen eines Geräts zum Magnetronzerstäuben

Info

Publication number: DE69033441T2
Application number: DE69033441T
Authority: DE
Inventors: Thomas H. Allen; Erik R. Dickey; Bryant P. Hichwa; Rolf F. Illsley; Robert F. Klinger; Paul M. Lefebvre; Michael A. Scobey; Richard I. Seddon; James W. Seeser; David L. Soberanis; Michael D. Temple; Craig C. Van Horn; Patrick R. Wenthworth
Original assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Current assignee: Optical Coating Laboratory Inc
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1990-11-12
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: EP0428358A2; JPH03211275A; DE69033441D1; EP0428358B1; EP0428358A3; EP0716160A1; CA2029755A1; CA2029755C; ATE189272T1; ATE138111T1; DE69027004D1; EP0716160B1; DE69027004T2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sputterverfahren und entsprechende Vorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Vorrichtungen und Verfahren zur schnellen, gleichmäßigen Abscheidung und Bildung dünner Materialschichten, wie zum Beispiel lichtbrechender Metalle und/oder Oxide, Nitride, Hydride, Karbide, Fluoride und andere Verbindungen und Legierungen dieser Metalle und außerdem auf die Abscheidung und Bildung von Kompositschichten. Da das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfüllung der hohen Anforderungen optischer Beschichtungen konstruiert sind, können sie ebenso auch auf eine Anzahl anderer Beschichtungsvorgänge mit weniger strengen Anforderungen angewendet werden.
Gleichstrom-Magnetron-Reaktivsputtern ist in den letzten Jahren als ein Verfahren zum Herstellen von Schichten dielektrischen Materials, insbesondere von Metalloxiden und Oxid- Halbleitern, insbesondere Indiumzinnoxid, entwickelt worden. Das Verfahren hat im Vergleich zu HF-Magnetronverfahren zum direkten Sputtern dielektrischer Materialien dahingehend Vorteile, daß Abscheidungsgeschwindigkeitssteigerungen möglich sind und die Produktionsausrüstung weniger kostenaufwendig, sicherer und leichter zu steuern ist.
Auf dem Gebiet der Beschichtungen ist allgemein anerkannt, daß bei einem Verfahren, das das Gleichstrom-Magnetron- Sputterverfahren zum vollen Vorteil anwenden und seine potentiellen Nachteile vermeiden will, vorzugsweise eine Teil- Drucktrennung des Substrats und der Sputterkathoden vorgenommen werden muß. Mehrere Möglichkeiten der Teil-Drucktrennung sind bisher angewendet worden. Siehe zum Beispiel das US- Patent Nr. 4,420,385 (Hartsough); Schiller et al. "Advances in High Rate Sputtering with Magnetron-Plasmatron Processing and Instrumentation" ("Fortschritte beim schnellen Sputtern mit Magnetron-Plasmatron-Bearbeitung und entsprechenden Instrumenten"), TSF 64 (1979) 455-67; Scherer et al. "Reactive High Rate DC Sputtering of Oxides" ("Reaktives schnelles Gleichstrom-Sputtern von Oxiden"), (1984) und Schiller et al. "Reactive DC Sputtering with the Magnetron-Plasmatron for Titanium Pentoxide and Titanium Dioxide Films" ("Reaktives Gleichstrom- Sputtern mit dem Magnetron-Plasmatron für Titanpentoxid- und Titandioxidschichten"), TSF 63 (1979) 369-373.
Bei dem Verfahren von Scherer werden Kathoden verwendet, die in solcher Weise abgeschirmt wurden, daß direkt über der Sputterzone eine Oxidationszone erzeugt wird. In jeder anderen Hinsicht ist dieses Verfahren nicht direkt relevant für die vorliegende Erfindung, da es zum Abscheiden von Material in einem einzigen Durchgang konzipiert ist und außerdem weil die Oxidation des Metalldampfs beim Abscheidungsvorgang stattfindet.
Die Verfahren von Schiller und Hartsough wechseln ein Substrat zwischen einer Sputterkathode und einer Reaktivgas- Sorptionszone hin und her, was zum Erreichen der Drucktrennung das effektivere Verfahren ist. Die vollständigste Beschreibung dieses Teil-Druckverfahrens ist im Hartsough-Patent zu finden, das die Bildung abriebfester Aluminiumoxidbeschichtungen nicht optischer Qualität auf einer Platte durch Rotieren der Platte an einer einzigen Sputter-Abscheidungszone und einer einzigen Oxidationszone vorbei offenbart. Das gesamte Volumen außerhalb der Sputterzone wird als die Reaktions- bzw. Oxidationszone verwendet, wodurch die Grenzen der beiden Zonen in Kontakt sind. Ein extrem dichtes Abschirmen zwischen der Sputterkathode und dem Substratträger ist erforderlich, um eine Migration des Reaktionsgases in die Abscheidungszone zu vermeiden. Hierdurch wird der zur Oxidation verfügbare Druck eingeschränkt. Außerdem wird die unter Verwendung dieser Technik zur Verfügung stehende Abscheidungsrate inhärent durch die Oxidationsrate eingeschränkt. Das heißt, wenn die an die Kathode angelegte Energie zum Erhöhen der Metall-Sputterrate erhöht wird, muß auch die Rotationsgeschwindigkeit des Tischs erhöht werden, so daß die optimale Materialdicke in der Abscheidungszone abgeschieden wird. Wenn jedoch die Translationsgeschwindigkeit des Tischs erhöht wird, verringert sich die Verweildauer in der Oxidationszone proportional, was dazu führt, daß schließlich die Verweildauer in der Reaktionszone zur vollständigen Oxidation der Metallschicht nicht ausreicht.
EP-A-0 328 257 offenbart ein Sputter-Beschichtungssystem, mit einer Vakuumkammer, einer beweglichen Substrathalterung zum Bewegen von Substraten an einer ersten und einer zweiten physisch beabstandeten Arbeitsstation, einer Linear-Magnetron- Steigerungs-Sputtervorrichtung, die an der ersten Arbeitsstation angeordnet ist und ein Target eines ausgewählten Materials und eine Einrichtung zum Erzeugen eines entsprechenden Plasmas in der Vorrichtung aufweist, neben der Arbeitsstation und im wesentlichen in einem ausgedehnten Bereich der Kammer einschließlich der physisch beabstandeten zweiten Arbeitsstation, zum Sputterabscheiden von Material auf die die erste Arbeitsstation durchlaufende Substrate; und mit einer Ionenquellenvorrichtung, die bei der zweiten Arbeitsstation angeordnet ist und zum Verwenden von Elektronen des Plasmas der Sputtervorrichtung und zum Anwenden eines Reaktionsgases zum Bilden eines zweiten Plasmas mit Ionen des Reaktionsgases entlang einer relativ schmalen Zone neben der Substrathalterung geeignet ist. Die Ionenquellenvorrichtung hat eine Einrichtung zum Anlegen eines gerichteten Potentials zwischen der Ionenquelle und dem Plasma der Sputtervorrichtung zum Beschleunigen reaktiver Ionen zu den Substraten zum Durchführen einer ausgewählten Reaktion mit dem durch Sputtern abgeschiedenen Material.
EP-A-0 409 451 offenbart ein Dreh-Zylinder-Sputtersystem, das getrennt eine Linear-Magnetron-Sputter-Abscheidungszone und eine Reaktionszone zum Sputter-Abscheiden von Materialien, wie zum Beispiel lichtbrechende Metalle, und zum Bilden von Oxiden und anderen Verbindungen und Legierungen dieser Materialien aufweist. Das Verfahren besteht darin, daß Werkstücke an der differentiell gepumpten, atmosphärisch voneinander getrennten, sequentiell oder simultan betriebenen Abscheidungszone und Reaktionszone vorbei rotiert oder translatiert werden.
Erfindungsgemäß ist eine Beschichtungsvorrichtung mit den folgenden Elementen vorgesehen: eine Vakuumkammer; eine in der Kammer angebrachte Trägereinrichtung zum Befestigen von Substraten darauf; Beschichtungseinrichtungen, die mindestens eine erste Vorrichtung in der Form einer Abscheidungsvorrichtung aufweisen, die neben der Trägereinrichtung positioniert ist und zum Abscheiden eines ausgewählten Materials auf das Substrat geeignet ist, und mindestens eine zweite Vorrichtung, die neben der Trägereinrichtung positioniert und zum Erzeugen eines Plasmas mit Ionen niedriger Energie geeignet ist, die mit dem ausgewählten Material eine ausgewählte chemische Reaktion durchführen; wobei mindestens entweder die Trägereinrichtung oder die Beschichtungseinrichtung zur Bewegung im Verhältnis zur jeweils anderen entlang eines ausgewählten Pfads geeignet ist; wobei durch die Kombination der Trägereinrichtungsanordnung, der Abscheidungsvorrichtungsanordnung und der relativen Bewegung entlang des ausgewählten Pfads im wesentlichen gleiche Abscheidungsraten für die Substratoberflächen erzeugt werden; wobei die zweite Vorrichtung eine Mikrowellen-Ionenquellenvorrichtung ist.
Außerdem ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen optischer Beschichtungen auf Substraten mit den folgenden Schritten vorgesehen: Befestigen des Substrats auf einer Trägereinrichtung in einer Vakuumkammer; Vorsehen von Beschichtungseinrichtungen mit mindestens einer ersten Vorrichtung in der Form einer Abscheidungsvorrichtung, die neben der Trägereinrichtung angeordnet ist und zum Abscheiden eines ausgewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und einer zweiten Vorrichtung, die zum Erzeugen eines Plasmas von Ionen niedriger Energie geeignet ist, zum Durchführen einer ausgewählten chemischen Reaktion mit dem ausgewählten Material. und Betreiben der Beschichtungseinrichtung zum Bilden einer ausgewählten optischen Beschichtung auf den Substraten, während mindestens entweder die Trägereinrichtung oder die Beschichtungeinrichtung im Verhältnis zur jeweils anderen Einrichtung entlang eines Pfads bewegt wird, der so ausgewählt ist, daß im wesentlichen gleiche Abscheidungsraten für ähnlich konfigurierte beabstandete Substrate erzielt werden; wobei die zweite Vorrichtung eine Mikrowellen-Ionenquelle ist.
Die Abscheidungsvorrichtungen können eine oder mehr der folgenden Vorrichtungen sein (a) stationäre Magnetronvorrichtungen; (b) rotierende Magnetronvorrichtungen; (c) Punktquellen-Sputterkanonen; (d) stationäre Verdampfungsquellen; (e) rotierende Zentrifugalkraft-Verdampfungsquellen und (f) reaktive Ionen-Beschichtungsquellen.
Alternative Magnetronversionen sind (1) mindestens eine Magnetron-Steigerungs-Sputterabscheidungs-Vorrichtung oder -Kathode (eine planare Magnetron-Steigerungs-Vorrichtung oder eine rotierende Magnetron-Steigerungs-Vorrichtung mit zylindrischem Target oder eine rotierende Magnetron-Steigerungs- Vorrichtung mit mehreren Targets), die zum Abscheiden von Silizium, Tantal usw. in einem Metallabscheidungsmodus betrieben werden, und (2) eine ähnliche Vorrichtung wie zum Beispiel eine lineare Magnetron-Steigerungs-Vorrichtung oder eine inverse Magnetron-Ionenkanone oder eine andere Ionenkanone oder eine andere Ionenquelle, die zum Herstellen einer länglichen gleichmäßigen hochintensiven Ionenflusses am Rande des Trägers zum Erzeugen eines intensiven chemisch reaktiven Plasmas unter Verwendung von Sauerstoff und/oder von Gasen, wie die oben angegebenen, geeignet ist. Vorzugsweise wird diese Anordnung zum Erzeugen der oben beschriebenen langen schmalen Zonen sowohl zur Abscheidung als auch zur Reaktion unter vollständiger physischer Trennung der Zonengrenzen verwendet. Wenn Vorrichtungen wie ähnliche lineare Magnetron- Steigerungs-Kathodenvorrichtungen verwendet werden, kann eine davon unter Verwendung eines relativ geringen Teildrucks des Gases (wie zum Beispiel Sauerstoff) zum Erzeugen des Metall- Abscheidungs-Modus betrieben werden, während die andere bei einem relativ höheren Teildruck des Reaktionsgases zum Erzeugen des intensiven Reaktionsplasmas zur Oxidation betrieben wird, usw..
Die Substrate, Abscheidungsvorrichtungen und Ionenquellen-Reaktionsvorrichtungen können innerhalb oder außerhalb der Trommel (oder beides) angeordnet sein. Außerdem ist die Anord nung skalierbar, indem eine vielfache Anzahl von Vorrichtungen in jeder Bearbeitungsstation verwendet werden kann, um so die Abscheidungsraten und die Anzahl zu bildender Materialien zu erhöhen. Unterschiedliche Bearbeitungsstationsanordnungen können in einer Kammer zum Abscheiden und Oxidieren unterschiedlicher oder sonst zum getrennten, sequentiellen oder simultanen Reagieren mit Metallen vorgesehen sein. Zum Beispiel können vier Stationen selektiv angeordnet und betrieben werden, die die Abfolge Siliziumabscheidung, Oxidation, Tantalabscheidung und Oxidation durchführen, wodurch abwechselnd Siliziumoxid- und Tantaloxidschichten hergestellt werden. Zum Beispiel können eine oder mehr Silizium-Abscheidungsstationen zeitlich simultan und räumlich sequentiell zum Bilden von SiO&sub2;-Schichten betrieben werden, die sich mit in der gleichen Weise hergestellten Ta&sub2;O&sub5;-Schichten abwechseln.
Im vorliegenden Verfahren kann das Verhältnis zwischen der Energie an den Abscheidungskathoden und der Rotations- oder Translationsgeschwindigkeit des Substrats so eingestellt werden, daß bei jedem Durchgang eine abgeschiedene Dicke von einer oder zwei Atomschichten hergestellt werden kann. Durch Hinzufügen zusätzlicher Kathoden anderer Materialien und durch Einstellen der an den jeweiligen Kathoden anliegenden Energie können in günstiger Weise Legierungen jedes gewünschten Mischungsverhältnisses hergestellt werden. Zum Beispiel kann NiCr in jedem gewünschten Verhältnis von Ni- und Cr-Kathoden über große Flächen einfach dadurch hergestellt werden, daß die relative an den Kathoden anliegende Energie eingestellt wird. Durch Hinzufügen von Oxidationsstationen können komplexe Oxide, wie zum Beispiel Barium-Kupfer-Yttrium-Oxid hergestellt werden, von denen bekanntermaßen manche Formen superleitend sind.
Die obigen und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 und 2 eine vereinfachte schematische perspektivische Darstellung bzw. eine vereinfachte schematische horizontale Schnittdarstellung jeweils eines Magnetron-Steigerungs-Vakuum-Sputtersystems mit einer einzigen rotierenden zylindrischen Trommel, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist,
Fig. 3 eine vereinfachte schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform mit zwei rotierenden zylindrischen Trommeln eines Magnetron-Steigerungs-Vakuum-Sputtersystems, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist,
Fig. 4 und 5 eine perspektivische vereinfachte schematische, teilweise Schnittdarstellung bzw. eine vereinfachte schematische horizontale Schnittdarstellung eines Typs einer Gleichstrom-Linear-Magnetron-Sputtervorrichtung, die im erfindungsgemäßen Magnetron-Steigerungs-Vakuum-Sputtersystem zum Einsatz kommt,
Fig. 6 und 7 eine perspektivische Explosionsdarstellung bzw. eine teilweise schematisierte Seitenansicht einer inversen Linear-Magnetron-Tonenquelle, die im erfindungsgemäßen Magnetron-Steigerungs- Vakuum-Sputtersystem zum Einsatz kommt,
Fig. 8 und 9 vereinfachte schematische horizontale Schnittdarstellungen alternativer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems mit rotierenden Trommeln,
Fig. 10 eine Alternative zum System von Fig. 2, bei der Abscheidungs- und/oder Reaktionsvorrichtungen in einem unter Atmosphärendruck stehenden hohlem Zylinder im Inneren der rotierenden Trommel angeordnet sind,
Fig. 11 eine Helix-Pfad-Alternative zum System mit einer rotierenden Trommel von Fig. 1 bis 3,
Fig. 12 eine weitere Alternative zum System mit einer rotierenden Trommel von Fig. 1 bis 3, bei der konzentrische, vertikal translatierbare rotierende Trommeln verwendet werden,
Fig. 13 noch ein weiteres alternatives System mit einer rotierenden Trommel, das Einzel-Flip- oder rotierende Substratträger aufweist,
Fig. 14 eine spinnenartige Alternative zum System mit einer rotierenden Trommel von Fig. 1 bis 3,
Fig. 15 eine vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform des vorliegenden rotierenden Vakuum-Sputtersystems, bei dem ein Vlies inkrementell oder kontinuierlich zur Trommel geführt wird und Substrate zur Bearbeitung auf dem Vlies angebracht sind oder alternativ dazu die Oberfläche des Vlieses selbst bearbeitet wird,
Fig. 16-18 drei alternative Vlies- oder Roll-Beschichtungssysteme,
Fig. 19-21 Scheibensysteme, die eine doppelte rotierende Scheibenanordnung (Fig. 19), zwei rotierende Scheiben und radial translatierbare Targets (Fig. 20) und eine geneigte, Zentrifugalkraft- Substrathalteplatte (Fig. 21) aufweisen,
Fig. 22-25 alternative Ausführungsformen von Fließband-Magnetron-Steigerungs-Vakuumsputtersysteme, bei denen erfindungsgemäß getrennte Abscheidungs- und Reaktionszonen verwendet werden,
Fig. 26 und 27 schematisch weitere Fließbandsysteme, bei denen ein Endlosband oder ein Förderband verwendet werden,
Fig. 28 schematisch ein alternatives Fließbandsystem, das ein Roll- bzw. Vlies-Beschichtungsverfahren mit einem Fließband-Transportverfahren kombiniert,
Fig. 29 und 30 schematisch eine alternative Abscheidungsquellenanordnung, bei der eine zylindrische rotierende Magnetronvorrichtung verwendet wird,
Fig. 31 schematisch eine weitere alternative Abscheidungsquellenanordnung in der Form von Punktquellen-Sputterkanonen (S-Kanonen),
Fig. 32-35 schematisch alternative Ausführungsformen thermischer Verdampfungs-Abscheidungsquellen, d. h. Systeme mit Widerstandserwärmung (Fig. 32), Elektronenstrahlheizung (Fig. 33) und Laserheizung (Fig. 34), sowie einer seitlich angebrachten Zentrifugalkraft-Tiegelanordnung (Fig. 35),
Fig. 36 eine modifizierte rotierende Version des in der US-A-4, 777, 908 offenbarten Plasma-Beschichtungssystems,
Fig. 37 ein erfindungsgemäßes Ionenquellensystem in der Form einer durch Mikrowellen getriebenen Quelle,
Fig. 38 eine alternative Geometrie in der Form eines rotierenden linearen Magnetronsystems mit mehreren Targets,
Fig. 39-44 entweder die Durchlaß- oder die Reflexionskurve, oder beide, für (a) auf gewölbten Glasspiegeln abgeschiedenen Beschichtungen optischer Qualität (Fig. 39), Glas-Brillengläser (Fig. 40), Kunststoff-Brillengläser (Fig. 41) und (b) Entspiegelungsbeschichtungen auf Kunststoff (Fig. 42), gelbe Autoscheinwerfer-Filterbeschichtungen (Fig. 43) und Verspiegelungsbeschichtungen auf Infrarot-Heizlampen (Fig. 44), und
Fig. 45 die Art tiefen Glas-Lampenreflektor, auf dem reflektierende Vielschicht-Oxidbeschichtungen mit den zum Beispiel in Fig. 39 gezeigten Durchlässigkeitseigenschaften unter Verwendung der vorliegenden Erfindung gebildet wurden.

A. Systeme mit rotierenden Zylindern

1. Bevorzugte Systeme mit einem oder zwei rotierenden Zylindern

Bei einem bevorzugten Aspekt kombiniert die vorliegende Erfindung lineare Gleichstrom-Magnetron-Steigerungs-Sputterkathoden, die unter einer Teil-Druck-Trennung betrieben werden, und einen Werkstücktransport in Form eines rotierenden Zylinders zum Vorsehen eines Sputter-Abscheidungssystems, das zum schnellen Abscheiden ein- oder mehrschichtiger optischer Beschichtungen aus Materialien wie zum Beispiel (jedoch nicht ausschließlich) SiO&sub2;, TiO&sub2; und Ta&sub2;O&sub5;. Diese Kombination wird trotz der vorherigen Inkompatibilität linearer Magnetron- Sputtervorrichtungen und einem rotierenden Werkstücktransport und trotz der (im Stand der Technik zu verfolgenden) inhärenten Schwierigkeit der Herstellung einer Teil-Druck-Trennung erreicht.
Fig. 1 und 2 zeigen eine vereinfachte schematische perspektivische Darstellung bzw. eine horizontale Schnittdarstellung einer einfachen rotierenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetron-Steigerungs-Vakuumsputtersystems. Das gezeigte Sputtersystem 10 weist ein Gehäuse 11 auf, das eine Vakuum-Bearbeitungskammer bildet und an das, wie in Fig. 2 gezeigt, ein geeignetes Vakuumpumpsystem 12 angeschlossen ist. Das Vakuumpumpsystem weist eine Kryopumpe oder eine andere geeignete Vakuumpumpe oder Kombinationen davon auf, die die Vakuumkammer über die Auslaßöffnung 13 entleeren und auspumpen können. Das System 10 weist auch ein Trommel 14 auf, die zur Drehung um eine Welle 16 herum angeordnet ist und eine zylindrische Seite aufweist, die zum Anbringen von Substraten 15 unterschiedlicher Konfigurationen und Größen geeignet ist. Die Substrate 15 können so direkt auf der Trommel 14 angebracht werden, daß sie nach außen zu den Sputterstationen hin zeigen, die außen um die Trommel herum angeordnet sind, oder daß sie nach innen zu den Sputterstationen hin zeigen, die innen um die Trommel herum angeordnet sind.
Alternativ kann gemäß Fig. 3 das System 10 eine oder mehr Doppeldrehungs-Planetengetriebe-Befestigungsanordnungen 25 entweder zusammen mit oder anstelle der Trommel 14 aufweisen. Die Doppeldrehungs-Planetengetriebe-Befestigungsanordnungen können entweder alleine auf der Trommel vorgesehen sein oder in Kombination mit den Einfachdrehungs-Substratbefestigungspositionen 15. Die Planetengetriebeanordnung hält Artikel wie zum Beispiel Röhren 18 und versetzt sie in eine doppelte Rotation. Das Planetengetriebe 25 kann ein Sonnenrad 19 haben, das von der Welle 16 angetrieben wird. Allein oder in Zusammenwirkung mit einem (nicht dargestellten) Ringrad rotiert das Sonnenrad 19 die entsprechenden Planetenräder 21 um ihre eigenen Rotationsachsen 21A sowie um die Rotationsachse des Sonnenrads 16A. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Planetenrad 21 wirksam mit einem Getriebe von Zahnrädern 22 verbunden, die sich um ihre Achsen 22A drehen. Die Röhren 18 sind wiederum auf den Planentenrad-Haltewellen angebracht und drehen sich mit ihnen um die Achsen 22A. Aufgrund dieser Planentengetriebe-Anbringungsanordnung, dreht die Rotation der Trommel 14 und des Sonnenrads 19 entlang des umkehrbaren Pfads 16P um die Achse 16A die Planetenräder 21 entlang des Pfads 21P um die Achse 21A, was durch das Getriebe in eine alternierende Rotation der Röhren 18 entlang der Pfade 18P um die Achse 22A umgesetzt wird. Die doppelte Rotationsbewegung des Sonnerads 19 und der Planetenräder 21 steigert die Fähigkeit der zu beschichtenden Artikel, wie zum Beispiel der Röhren, sich gleichmäßig um ihren gesamten Umkreis zu drehen.
Weiter werden gemäß Fig. 1 bis 3 bei der gezeigten Ausführungsform mehrere lineare Magnetron-Steigerungs-Sputtervorrichtungen, die allgemein mit 30 bezeichnet sind, außen um die Trommel 14 herum angeordnet. Bei einer als Beispiel angegebenen Ausführungsform wird die mit 26 bezeichnete Station zum Abscheiden von Material, wie zum Beispiel Silizium, die Stationen 27 zum Abscheiden eines anderen Materials, wie z. B. Tantal, verwendet und die Station 28 dazu, ein Gas, wie zum Beispiel Sauerstoff mit den Substraten in Reaktion zu bringen, wodurch die abgeschiedene Metallschicht oder die abgeschiedenen Metallschichten in ein Oxid umgewandelt werden. (Die Referenznummern 26-28 beziehen sich auf die Bearbeitungsstationen und auf die Vorrichtungen an den Stationen.) Durch Rotieren der Trommel 14 und durch selektives Betreiben der Sputter- und Reaktionsstationen 26, 27 und 28 können die Metalle und/oder deren Oxide daher selektiv auf dem Substrat in im wesentlichen jeder gewünschten Kombination hergestellt werden. Zum Beispiel kann durch Rotieren der Trommel 14 und ein sequentielles Aktivieren der Sputterkathoden in der Reihenfolge 26, 27, bei gleichzeitigem Betreiben der entsprechenden Reaktionsstation(en) 28 das System 10 eine wenige Atome dicke Siliziumschicht herstellen und das Silizium zu SiO&sub2; oxidieren, dann eine wenige Atome dicke Schicht Tantal und das Tantal zu Ta&sub2;O&sub5; oxidieren. Diese Sequenz kann nach Wunsch wiederholt oder verändert werden, wodurch zusammengesetzte optische Beschichtungen aus SiO&sub2;- und Ta&sub2;O&sub5;-Schichten präzise gesteuerter Dicken hergestellt werden können. Bei Oxidationsstationen 30 wie der Station am Ort 28 kann natürlich auch eine planare Magnetron-Kathode ähnlich der bei den Abscheidungsstationen 26 und 27 verwendeten eingesetzt werden, wenn Argon durch Sauerstoff ersetzt wird. Oder es können andere Ionenquellen verwendet werden, die zum Erzeugen eines reaktiven ionsisierten Plasmas geeignet sind, wie zum Beispiel Ionenkanonen oder die unten beschriebene inverse lineare Magnetron-Ionenquelle, oder auch andere Vorrichtungen wie die unten beschriebenen, die das erforderliche reaktive Gleichstrom- oder HF-Plasma erzeugen.

2. Gleichstrom-Magnetron-Sputter-Abscheidungsvorrichtungen

Fig. 4 und 5 zeigen schematisch einen Typ einer planaren Gleichstrom-Magnetron-Sputtervorrichtung 30, die von VacTec oder anderen Herstellern im Handel erhältlich ist und an den Stationsorten 26 und 27 und wahlweise auch an der Station 28, Fig. 1 und 2, eingesetzt wird. Die Sputtervorrichtung 30 weist ein Gehäuse auf, auf dem eine Elektrode 31 sitzt und einen vorderen Gasschirm 32 bildet mit einer Öffnung 36, die durch einen (nicht dargestellten) Verschluß selektiv geschlossen wird. Die Elektrode 31 ist mit einer Energieversorgung 33 zum Anlegen einer Spannung an die Elektrode von zum Beispiel -400 V bis -600 V im Verhältnis zum Schirm 32 verbunden, der auf Anodenpotential (normalerweise Erdung) gehalten wird. (Nicht dargestellte) Permanentmagneten sind im Elektrodenkörper zum Herstellen eines Magnetfelds B einer rechteckigen "Rennbahn"-Konfiguration entlang der Oberfläche des Targets 34 und im rechten Winkel zum angelegten elektrischen Feld vorgesehen. Verteilerröhren 37 sind neben dem Target 34 angeord net und mit einer Gasquelle verbunden zum Einleiten von Reaktionsgas wie zum Beispiel Sauerstoff oder eines inerten Arbeitsgases wie zum Beispiel Argon in die Sputterkammer 35, die durch den Schirm 32 und das Target 34 gebildet wird. Die Vorrichtung wird durch Wasser gekühlt, das über einen Einlaß 38 eingelassen und zu einem (nicht dargestellten) Auslaß weitergeleitet wird. Die Schirme 32 in den einzelnen Sputtervorrichtungen 30 teilen die gesamte Bearbeitungskammer 10, Fig. 1 und 2, in unterschiedliche Bereiche oder Unterkammern bei jeder Sputtervorrichtung auf, in denen unterschiedliche Gasatmosphären und/oder Gas-Teil-Drücke hergestellt werden können. Verbesserungen können leicht verwirklicht werden, wenn eine oder mehr zusätzliche Pumpen zum Verbessern einer Trennung zwischen Bereichen reaktiven und nicht-reaktiven Gases eingesetzt werden.
Verbindungen usw., wie zum Beispiel dielektrische Oxidbeschichtungen, können unter Verwendung der linearen Magnetron- Sputtervorrichtungen 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 wird, bei der Reaktionsstation bzw. den Reaktionsstationen 28 hergestellt werden. Alternativ dazu können lineare Magnetron-Sputtervorrichtungen 30 an den Sputterstationen 26 und/oder 27 und/oder an der Reaktionsstation 28 verwendet werden. In beiden Fällen ist die Sputtervorrichtung und die Ionenquellenvorrichtung in getrennten Teil-Druck-Vorrichtungen oder Kammerbereichen eingeschlossen, zwischen denen das Substrat durch die sich kontinuierlich drehende Trommel hin und her gewechselt wird. Wenn abgeschirmte Magnetron-Kathoden 30 sowohl zum Sputtern als auch zum Oxidieren verwendet werden, werden die Kathoden bei einer relativ hohen Energiedichte in einer Sauerstoffumgebung in der Kammer 10 betrieben, wobei ein Target verwendet wird, das zum Sputtern des ausgewählten Metalls, wie zum Beispiel Silizium oder Tantal konstruiert ist. Die abgeschirmten Magnetron-Kathoden, die bei den Stationen 26 und 27 zur Metallabscheidung verwendet werden, werden jedoch in einer Umgebung eines reaktiven Gases (Sauerstoff) niedrigen Teildrucks betrieben, was für einen Betrieb in einem Metallmodus und zum Abscheiden von Metall mit entsprechend hohen Geschwindigkeiten passend ist. Der niedrige Sauerstoff-Teildruck wird durch Einleiten eines inerten Arbeitsgases, wie zum Beispiel Argon, über die Gaseinlaßverteiler 37 in den Kammerbereich erzeugt. Die andere Art einer abgeschirmten Magnetronkathode 28 wird mit einem Reaktionsgas eines relativ höheren Teildrucks betrieben und scheidet das Metall mit einer viel niedrigeren Geschwindigkeit auf die sich bewegenden Substrate ab, oxidiert das Metall jedoch mit einer viel höheren Geschwindigkeit. Das langsamere Target trägt nicht viel zur Gesamt-Abscheidungsrate bei und wirkt sich daher nicht auf die Steuerung aus, es entsteht dabei jedoch ein höchst reaktives Plasma, das es dem Sauerstoff in der Kammer ermöglicht, leicht mit der wachsenden dünnen Beschichtung in Reaktion zu kommen, was folglich ermöglicht, daß ein relativ niedriger Sauerstoff- Teildruck in der Kammer verwendet wird, was die Kathodenstabilität und -geschwindigkeit erhöht. Bei dieser Art des reaktiven Sputterns werden wiederholbar dünne Beschichtungen mit hohen Geschwindigkeiten abgeschieden, die vollständig oxidiert werden und gute optische Eigenschaften aufweisen.

3. Inverser linearer Magnetron-Typ der Ionenquelle

Fig. 6 und 7 zeigen eine nicht zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehörende Anordnung eines invers (oder umgekehrt vorgespannten) linearen Magnetron-Typs einer Ionenquelle 40, die bei der Ionenquellen-Reaktionsstation oder an den Ionenquellen-Reaktionsstationen 28, Fig. 1 bis 3, zum Erzeugen der gewünschten schmalen länglichen Reaktionszone eingesetzt wird. Die Ionenquelle 40 verwendet Elektronen des Sputterplasmas zum Erzeugen von Ionen aus einem Reaktiongas in einem eigenen lokalen Plasma. Diese Ionen bombardieren das aufgesputterte Material auf den Substraten und bilden so Verbindungen mit dem gesputterten Material. Bei der Ionenquelle 40 können der Elektrodenkörper oder die Elektrodenanordnung 31 und das Gehäuse 32, die in Fig. 4 und 5 gezeigt sind (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Gehäuse in Fig. 6 und 7 weggelassen), verwendet werden. Zur Verwendung als lineare Magnetron-Ionen quelle eingerichtet, weist die direkt gekühlte Elektrodenanordnung 31 einen Dichtungsring 41 und gestanzte Löcher 42 in der Vorderfläche zum abdichtenden Befestigen einer nichtmagnetischen Edelstahl-Deckplatte 43 anstelle des Targets 34 zum Abdichten des Wasser-Fließkanals 45 im Körper 31 auf. Wie zuvor erwähnt, weist der Körper 31 außerdem (nicht dargestellte) Permanentmagneten auf, die ein Magnetfeld einer länglichen rechtwinkligen "Rennbahn"-Konfiguration 44 entlang der Platte 43 bilden, wenn die Platte auf dem Körper 31 montiert ist. Die Ionenquelle 40 ist am Rand des drehbaren Substratträgers 14 angebracht, wobei ihre Längsrichtung bzw. -achse 40L parallel zur Achse 16A des Trägers 14, Fig. 1, und die Breiten- bzw. Kurzachse 40W parallel zur Umlaufrichtung und der Rotationsrichtung 16P, Fig. 3, des Trägers verläuft.
Ein Paar Edelstahl-Stangenanoden 46-46 sind entlang der sich gegenüberliegenden Längsseiten der Magnetron-"Rennbahn" 44 auf Stützen 47 angebracht, die ihrerseits wiederum auf der nichtmagnetischen Platte sitzen. Die Anoden 46 sind von den Stützen 47 und der Platte 43 durch gestufte Isolier-Abstandhalter 48 isoliert, die relativ kleine Durchmesser, die sich in die Löcher 49 in den Stangenanoden 46 erstrecken, und größere untere Durchmesser, die zum Erzeugen eines präzisen Abstands zu den Edelstahlplatten 43 dienen, aufweisen, wie das in Fig. 7 gezeigt ist. Zum Befestigen werden die Stützen 47 durch die Abstandhalter 48 und durch die Löcher 49 in den Stangenanoden 46 gesteckt und mit Schraubenmuttern 51 verschraubt.
Jede Anode 46 ist eine gerade Stange, die etwas kürzer als die Längsseite der Magnetron-"Rennbahn" 44 ist. Die allgemein halbzylindrisch geformte, gewölbte Außenoberfläche 52 einer jeden Anode ist weitgehend konform mit den Magnetfeldlinien Fig. 7. Die Anoden 46 werden über Drahtleiter 53 mit einer herkömmlichen Energiequelle 54 verbunden, die einen Strom mit mehreren Amperes Stromstärke und zum Beispiel +50 V bis +140 V Vorspannung liefern kann. Vorzugsweise sind entlang des Abschnitts der Kabel 53 innerhalb des Gehäuses zum Isolieren der Kabel vom Plasma und zum Verhindern eines Entladens am Kabel Isolierperlen 56 (oder eine andere geeignete Isolierung) angebracht. Ein typischer Betrieb geschieht bei 2 bis 4 Amperes und 100 bis 120 Volt bei einer nominell zwanzig Zoll (50,8 cm) langen Magnetronelektrode.
Wie schon erwähnt, ist der Anbringungsort bzw. die Station der inversen linearen Magnetron-Ionenquelle 40 außerhalb des Sputterbereichs bzw. der Sputterbereiche 26 oder 27, jedoch innerhalb des entsprechenden Plasmas, das sich im wesentlichen auf die gesamte Vakuum-Sputterkammer erstreckt. Im Betrieb wird die Energiequelle 54 dazu verwendet, die Edelstahl-Stangenanoden 46 bei einer positiven Gleichspannung von zum Beispiel 100 bis 120 Volt im Verhältnis zur Elektrodenanordnung 31 und der Edelstahlplatte 43 zu halten, die systemgeerdet sind und im Verhältnis zu den Elektronen im Plasma darum auf einem noch höheren positiven Potential gehalten werden. Wie am besten aus Fig. 7 zu erkennen ist, erzeugen die gewölbten Oberflächen 52 der Anoden elektrische Feldlinien , die im wesentlichen senkrecht zu den Magnetfeldlinien verlaufen. Elektronen in dem entsprechenden Plasma werden zu den positiven Anoden 46 hin beschleunigt und durch das resultierende Feld > x entlang der Magnetron-Rennbahn eingefangen oder eingeschlossen, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen mit dem über daneben liegende Einlaßverteiler 57 zugeleiteten Reaktionsgas beträchtlich erhöht und ein intensives Plasma erzeugt wird, das durch die Rennbahnkonfiguration 44 definiert ist. Dieses intensive Plasma erzeugt viele Ionen aus dem Reaktionsgas, die durch den Potentialgradienten, der zwischen den Anoden und dem Hintergrundplasma besteht, von den Anoden 46 weg und zu den Substraten hin beschleunigt. Diese energiereichen, gerichteten Ionen steigern den Reaktionsvorgang, z. B. durch eine gesteigerte Oxidation aufgesputterter Metalle unter Verwendung von Sauerstoff als Reaktionsgas.
Während des Betriebs erzeugt kurz gesagt die inverse lineare Magentron-Ionenquelle 40 eine intensive lange schmale Reaktionszone, die durch die Magnetron-Rennbahn 44 definiert ist, wobei sich ihre Längsabmessung im wesentlichen über die Höhe der Substratträgertrommel 14 erstreckt und ihre Breiten abmessung entlang des Umkreises des Trägers parallel zur Rotationsrichtung definiert ist. In klarem Gegensatz zu der Anforderung beim Stand der Technik, daß im wesentlichen das gesamte Volumen außerhalb der einzelnen Sputterzone zur Oxidation verwendet wird, hat die derzeitige Version der erfindungsgemäßen Ionenquelle 40 eine Reaktionszone, die nur ungefähr 12,7 cm bis 15,24 cm (5 bis 6 Zoll) breit ist und einen kleinen Teil des Umkreises der Trommel 14 mit einem Durchmesser von 73,66 cm (29 Zoll) (12,7 cm/πD = 12,7 cm/227,5 cm = 5,6%) (bzw. 6"/πD = 5"/91" = 5,5%) einnimmt.
Aufgrund der intensiven durch das Magnetfeld gesteigerten Plasmareaktion oxidiert jedoch diese Reaktionszone die abgeschiedene dünne Beschichtung typischerweise in einem Durchgang. Die kleine Ionenquellengröße und die schnelle Reaktionsrate bieten eine hervorragende Möglichkeit der Aufstockung, wodurch die Verwendung z. B. mehrerer Abscheidungsvorrichtungen, wie zum Beispiel linearer Magnetron-Steigerungs-Sputterkathoden und inverser linearer Magnetron-Oxidations-Reaktions-Vorrichtungen zum Erzeugen einer Abscheidung mit hoher Geschwindigkeit, hohem Volumen, einer Abscheidung mit hohem Durchsatz und großer Vielseitigkeit bei der Auswahl und der Zusammensetzung der abgeschiedenen Beschichtungen möglich wird.
Die Kombination der rotierbaren Trommel und der abgeschirmten linearen Magnetron-Steigerungs-Sputterkathoden und der inversen Magnetron-Steigerungs-Ionenquellen-Reaktionsvorrichtungen hat zur schnellen und präzise steuerbaren Herstellung von Metall- und dielektrischen Schichten optischer Qualität geführt, wobei deren Dicke bei einer minimalen Maskierung auf flachen, gewölbten und unregelmäßig geformten Substraten skalierbar sind. Da außerdem eine bestimmte Schicht über mehrere Beschichtungsdurchgänge aufgebaut wird, werden die Auswirkungen von Kathodenbögen beträchtlich verringert, da ein solcher Bogen nur einen Teil der Beschichtung betrifft. Außerdem sind bei einem Betrieb im Metallmodus Magnetronbögen typischerweise weniger häufig und stark.
Das oben beschriebene Verfahren bezieht sich auf das Sputtern von Metallen wie zum Beispiel, jedoch nicht ausschließlich, Silizium, Tantal, Titan, Eisen oder jedes andere sputterbare Material in einer Atmosphäre, die einen Betrieb des Targets im Metallmodus erlaubt und durch die höchste Sputterrate gekennzeichnet ist, während an anderen Orten in der Maschine das Einleiten eines Ionenvorgangs dazu verwendet wird, die gerade erst abgeschiedene Schicht einer reaktiven Atmosphäre auszusetzen, die sie zum Beispiel in ein Oxid umwandelt. Das Metall wird vorzugsweise nicht mehr als wenige Atome dick abgeschieden, so daß die Oxidation während des darauffolgenden Reaktionsvorgangs vollständig ist. Typischerweise wird die Abfolge aus Sputterabscheidung, Oxidation, Sputterabscheidung, Oxidation gegebenenfalls so lange wiederholt, bis die Oxidschicht eines Materials wie zum Beispiel SiO&sub2; zur erforderlichen Dicke aufgebaut wurde. Wenn dann eine andere Schicht, wie zum Beispiel aus Ta&sub2;O&sub5; gebildet werden soll, wird der gleiche repetitive Vorgang wiederholt. So können natürlich unterschiedliche Oxidbildungszyklen und Metallabscheidungszyklen eingesetzt werden, so daß je nachdem Zusammensetzungen nur aus Oxiden, aus Oxiden und Metallen oder aus Metallen allein gebildet werden können.
Wie oben erwähnt, kann ein örtlich intensives ionisiertes reaktives Plasma aus einer Tonenquelle zum Durchführen der Oxidationsreaktion verwendet werden. Die Gleichmäßigkeit der durch Magnetron-Sputtern abgeschiedenen Metallschichten ist genau, und der zylindrische Aufbau ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung von Sputtermaterialien. So ist es möglich, über die Steuerung der Zeit und der Leistung des Verfahrens so gut wie jeden Breite und Länge einer Kathode zu verwenden, wodurch die bisherigen Probleme der Steuerbarkeit, der Skalierbarkeit und des Durchsatzes, unter denen herkömmliche Gleichstrom- Magnetron-Reaktionsverfahren litten, überwunden werden können. Wie unten in den Beispielen gezeigt, erlaubt diese Fähigkeit eine Präzisionsabscheidung fraktionaler optischer Schichten, wie zum Beispiel optische Beschichtungen eines Sechzehntels sichtbarer Wellenlänge, die unter Verwendung herkömmlicher Vakuum-Verdampfungsverfahren schwer abzuscheiden sind.

4. Zusätzliche Drehzylindersysteme

Fig. 8 zeigt ein alternatives System 10A, das zwei Vakuumpumpensysteme 12-12 aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Vakuumsputterkammer angeordnet sind, sowie mehrere Vorrichtungen 26 zum Abscheiden von Material, wie zum Beispiel Silizium, und Vorrichtungen 27 zum Abscheiden von Material, wie zum Beispiel Tantal, auf der Innenseite der Trommel 14, die nach außen gerichtet sind und zwischen denen Oxidations- oder andere Reaktionsvorrichtungen 28 auf der Außenseite der Trommel 14 angeordnet und nach innen gerichtet sind. Das gezeigte System weist eine Planetengetriebe-Substratbefestigungs- und -Antriebsanordnung 25 zum gleichmäßigen Vorbeiführen der Außenoberflächen von Werkstücken wie zum Beispiel Rohren an sowohl den inneren als auch den äußeren Sputterstationen auf. Durch diese Anordnung und durch die mehreren Silizium-, Tantal- und Sauerstoff-Vorrichtungen können die Silzium- und Tantalschichten sowie die Oxidation der Schichten mit hoher Geschwindigkeit und an einer großen Anzahl von Substraten erfolgen. Zum Beispiel kann eine Kompositschicht aus SiO&sub2; und Ta&sub2;O&sub5; durch kontinuierliches Betreiben des Oxidators bzw. der Oxidatoren 28, während die Siliziumabscheidungsvorrichtungen 26 und die Tantalabscheidungsvorrichtungen 27 sequentiell betrieben werden.
In Fig. 9 ist noch eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dreh-Vakuum-Sputtersystems gezeigt. Hier weist das gezeigte System 10B zwei Vakuumpumpsysteme 12 und vier rotierende Trommeln 14 auf, von denen jede durch eine außen liegende Anordnung einer Abscheidungsvorrichtung 26 für ein Material wie zum Beispiel Silizium und eine Abscheidungsvorrichtung 27 für ein Material wie zum Beispiel Tantal und eine Sauerstoffvorrichtung oder eine andere Reaktionsvorrichtung 28 bedient wird.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Vorgehensweise 10C beim System von Fig. 8, bei der Abscheidungs- und/oder Reaktionsvorrichtungen innerhalb und außerhalb der Trommel 14 angeordnet sind. Ein geschlossener stationärer Hohlzylinder bzw. eine Trommel 67 mit Atmosphärendruck ist innerhalb der drehbaren Trommel 14 angeordnet. Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtungen 26-28 können an der inneren Trommel 67 angebracht werden zum Beschichten der Trommel 14 sowohl von innen als auch von außen. Armaturen, wie zum Beispiel Pumpleitungen und elektrische Leitungen können in der inneren Trommel 67 angebracht werden, wodurch diese Armaturen und damit verbundene Lecks und Verschmutzungen gegenüber der Vakuum-Prozeßumgebung der Trommel 14 isoliert werden.
Fig. 11 zeigt noch eine weitere Alternative 10D zum rotierenden Zylindersystem von Fig. 1 bis 3. Die Trommelbewegung ist hier helixförmig (siehe Pfeile 14H) durch die Kombination von (1) einer vertikalen Bewegung der Welle 16 (oder der Trommel 14 entlang der Welle 16) entlang des Pfads 116 und (2) einer Drehbewegung der Trommel entlang des Pfads 118. Bei einer Anzahl von Antriebsanordnungen ist die Welle 16 unter Verwendung einer Gleitlageranordnung drehbar an ihren Enden aufgehängt, und ein Motor oder eine andere Antriebseinrichtung ist zum Drehen der Welle und der Trommel entlang des Pfads 14R zum Beispiel über ein Zahnradgetriebe wirksam mit der Welle verbunden. Der Wellen-Antriebsmotor und die Gleitlager sind auf einer Spindel oder dergleichen gelagert, die die Trommel entlang des Pfads 14T querbewegt.
Durch die helixförmige Bewegung 14H können mehrere Targets bzw. Quellen verwendet werden, die sich über die gesamte vertikale Ausdehnung erstrecken, die die Trommel zwischen ihrer äußersten oberen und ihrer äußersten unteren Position einnimmt, sowie um die ganze Trommel herum.
Durch die helixförmige Bewegung werden außerdem die Substrate 15 an unterschiedlichen oder an allen der vielen Abscheidungsvorrichtungen 26, 27 und Ionenquellen-Reaktionsvorrichtungen 28 vorbeigeführt, wodurch sich die von den verschiedenen Targets und Quellen erzeugte Abscheidung und Reaktion ausgleicht und wodurch eine gleichmäßigere Abscheidung und Reaktion entsteht, auch wenn die einzelnen Quellen nicht gleichmäßig sind.
Wie oben angedeutet, erhöht die vertikale Bewegung 14T der Trommel 14 die Anzahl von Substraten, die in einer Ladung verarbeitet werden können. Das heißt, wenn die axiale Abmessung der Trommel (und die Anzahl und/oder Größe der Substrate) so vergrößert wird, daß sie größer als die Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtung 26-28 sind, ermöglicht die Vertikalbewegung eine effektive Abdeckung der vergrößerten Oberfläche und Ladung durch die relativ kleinen Targets.
Schließlich (jedoch nicht abschließend) kann die Trommel 14 an beiden Enden durch Abdeckungen 68-68 verschlossen werden, wobei die Welle 16 über eine Standard-Vakuumdichtung, wie zum Beispiel eine Ferrofluiddichtung, durch die Abdeckungen hindurchführt.
Gemäß Fig. 12 sind bei einer weiteren alternativen Dreh- Ausführungsform 10E zwei konzentrische rotierende Zylindertrommeln 14A, 14B drehbar entlang der Pfade 118A, 118B und zur vertikalen Bewegung entlang typischerweise koinzidenter oder paralleler Pfade 116A, 116B zwischen einer bestimmten oberen und einer bestimmten unteren Zone 69U, 69L gelagert. Vielfältige Befestigungs- und Antriebsanordnungen werden vom Durchschnittsfachmann ohne weiteres angewendet werden. Zum Beispiel können eine obere und eine untere Trommel 14A und 14B an ihren jeweiligen oberen und unteren Enden auf konzentrischen Wellen angebracht werden, die in einer Weise montiert und angetrieben werden, die der bei Fig. 11 erörterten ähnelt. Die Zonen können jeweils nur der Abscheidung und der Reaktion oder umgekehrt dienen. Alternativ dazu können die Zonen zur Herstellung unterschiedlicher Schichten dienen. Zum Beispiel können die Zonen 69U und 69L jeweils Abscheidungsvorrichtungen oder Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtungen zum Abscheiden oder zum Abscheiden und zur Reaktion eines spezifischen Materials wie zum Beispiel Si, SiO&sub2;, Ta, Ta&sub2;O&sub5; usw. aufweisen. Während des Betriebs werden die beiden Trommeln 14A, 14B, die eine zur oberen Zone 69U und die andere zur unteren Zone 69L in einer Einzel- oder Doppel-Rotationsbewegung während der Verarbeitung vertikal hin und her bewegt. Der Zyklus der vertikalen Indexierens und Verarbeitens wird gegebenenfalls wiederholt, bis eine bestimmte Beschichtung fertiggestellt ist.
Bei einer weiteren in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform 10F (die auf der Welle sitzende Trommel ist zur Verdeutlichung weggelassen) weist die Trommel 14F im zylindrischen Sputtersystem ein Armatursystem 74 mit einzelnen Substratträgern 75 auf, von denen jeder zum Wenden oder Drehen auf einer Achswelle 122 sitzt, wodurch mehrere oder vielfältige Substratträgerseiten oder -facetten 76-76 während eines Durchlaufs zu den (nicht dargestellten) Arbeitsstationen gewendet werden, wodurch die Kapazität der Beschichtungsmaschine erhöht wird. Die Tommel 14F hat eine Reihe von Aussparungen 77 in ihrer Seite, die in Größe und Form den einzelnen Seiten 76 der Substratträger 75 entsprechen. Die potentiell nützlichen Substratträger sind (1) eine zweiseitige Anordnung mit parallelen substrattragenden Seiten 76-76, die um 180º gedreht werden, um Substrate auf jeder Wange oder Seite zu den Abscheidungs- bzw. Reaktionsstationen zu wenden, (2) getrennte Trommeln, die einen kreisrunden, ovalen usw. Grundriß haben, und (3) vielseitige Halterungsträger (mit dreieckigem oder sonst vieleckigem Grundriß). (Der Einfachheit halber wird hier "Zylinder" zur Bezeichnung auch der vielen verschiedenen Grundrißarten der Träger 75 verwendet, d. h. zum Bezeichnen zweiseitiger, polygonaler, kreisförmiger und anderer Formen.) Alternativ kann eine innere abgedichtete Trommel 78, die unter Atmosphärendruck steht (oder zumindest nicht den gleichen Unterdruck aufweist wie die Bearbeitungsbereiche), eingebaut werden.
Bei einer Befestigungs- und Antriebsanordnung können die Wellen 122 der einzelnen Träger 75 am oberen und unteren Ende der Trommel 14F in einem Gleitlager sitzen. Ein Motor oder mehrere (nicht dargestellte) Motoren, die typischerweise über ein Zahnradgetriebe oder ein anderes geeignetes System angeschlossen sind, wird vom Systemcomputer so gesteuert, daß er die verschiedenen Außenseiten 76 zu den radial außerhalb umliegenden Arbeitsstationen selektiv schrittweise oder fortlaufend hinzeigt. Alternativ können die Zylinderträger 75 auf einer Planetengetriebeanordnung sitzen und von dieser gedreht werden, die die Flächen zu den Arbeitsstationen hin zeigt.
Fig. 14 zeigt eine weitere zylindrische Anordnung in der Form eines Spinnensystems 10G, das eine kontinuierliche (ununterbrochene) Abscheidungs- und Reaktionsbearbeitung erlaubt. Der Rahmen 130 weist radiale untere und obere Haltarmpaare 132-133 auf, von denen jedes einen Zylinder 134 (der eine jede der anhand der Ausführungsform 10F, Fig. 13 erörterten Konfigurationen annehmen kann) aufweist, der die Zylinder zwischen den Bearbeitungsstationen 135A-135D schrittweise transportiert. Wie unten erwähnt können an den einzelnen Stationen eines oder mehrere Materialien abgeschieden und/oder einer Reaktion unterzogen werden. Alternativ können Halterungen wie zum Beispiel Röhren auf den Trägern befestigt werden.
In einer Version des Spinnensystems 10G dienen die Stationen 135A-135D entweder dem Abscheiden oder dem Unterziehen einer Reaktion einer oder mehrerer (weniger) Materialeinzelschichten. Zum Beispiel könnten die Stationen 135A, 135B, 135C und 135D Siliziumabscheidungsvorrichtungen, Oxidationsvorrichtungen, Tantalabscheidungsvorrichtungen bzw. Oxidationsvorrichtungen enthalten.
Während des Betriebs wird die Rahmenanordnung 130 zu einer ausgewählten Arbeitsstation oder zu ausgewählten Arbeitsstationen schrittweise weitergeführt, an denen die einzelnen Träger zur Abscheidung oder zur Reaktion rotiert werden. Der Zyklus der schrittweisen Weiterbewegung zu einer ausgewählten Station und der Bearbeitung wird wiederholt, bis die entsprechende Beschichtung bzw. die entsprechenden Beschichtungen fertiggestellt sind. Bei dieser Version ist ein schneller Übergang von einer Station zu anderen für einen hohen Durchsatz entscheidend.
Alternativ kann jede Station für ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Auswahl von Materialien und nicht zur Abscheidung oder Reaktion einer Einzelschicht gedacht sein. So könnten zum Beispiel die einzelnen Stationen Si- oder Ta- Abscheidungsvorrichtungen und entsprechende Oxidationsvorrichtungen zum Aufbauen einer erwünschten Dicke von SiO&sub2; oder Ta&sub2;O&sub5; während einzelner oder mehrerer Umdrehungen/Durchgänge des entsprechenden Zylinders sein.
Zum Erhöhen der Vielfältigkeit des Systems und der Beschichtungsgeschwindigkeit können Abscheidungs-/Reaktions- Vorrichtungen sowohl radial innerhalb und radial außerhalb des Substrat-Trägerzylinders 134 bei der jeweiligen Arbeitsstation angebracht werden.

5. Zusammenfassung des Betriebs von Drehsystemen

Vor der Betrachtung spezifischer Beispiele ist es sinnvoll, die Abfolge der beim derzeit bevorzugten Verfahren des Betreibens einer Dreh-Magnetron-Sputter-Vorrichtung verwendeten Schritte durchzugehen. Da die unten beschriebenen Beispiele unter Verwendung der Einzel- und Doppel-Rotationsvorrichtungen von Fig. 1 bis 3 erhalten wurden, ist das Betriebsverfahren auf diese Vorrichtungen und überarbeitete Ausführungsformen dieser Vorrichtungen ausgerichtet, die vier (oder mehr) Metallsputter- und Oxidations-/Reaktions-Stationen verwenden. Der Einfachheit halber werden die hier als Beispiel eingesetzten linearen Magnetron-Steigerungs-Sputtervorrichtungen als Kathoden oder Sputterkathoden bezeichnet.
Zuerst werden die Reflektoren oder Röhren oder andere Substrate außen an der Trommel angebracht. Die Vakuumkammer wird dann auf einen Hintergrunddruck von zum Beispiel 1,33322 · 10&supmin;&sup4; N/m² (1 · 10&supmin;&sup6; Torr) gebracht, und die Drehung der Trommel mit der ausgewählten Drehzahl wird eingeleitet.
Als nächstes werden die Metall-Suptterkathoden, die während der ausgewählten Beschichtungssequenz eingesetzt werden sollen, durch Einfließen-Lassen von Sputtergas, wie zum Beispiel Argon, durch die Einlaßverteiler 37 und durch ein Anlegen von Leistung an die Kathoden 31 über entsprechende Spannungsversorgungen 33 eingeschaltet. Vor dem Einleiten des Beschichtungszyklus der Abscheidung (bzw. Abscheidung und Oxidation) werden die Sputterkathodenverschlüsse zum Verhindern einer Abscheidung geschlossen gehalten.
Wenn der Sputterkathodenbetrieb eingeleitet wurde, wird der Betrieb der Ionenquelle oder der Ionenquellen 40 gestartet. Wie erwähnt verwendet der Betrieb der Ionenquelle 40 das mit dem Betrieb der Sputterkathode(n) 30 einhergehende Plasma und erfordert daher einen vorhergehenden Betrieb der Sputterkathode. Bestimmte andere Ionenquellen, wie zum Beispiel die Sputterkathode 30, wenn sie in einem Oxidationsmodus betrieben wird, benötigen kein getrenntes Plasma zum Betrieb, es ist jedoch typischerweise vorzuziehen, sogar diese Vorrichtungen erst zu starten, wenn sich die Betrieb der Sputterkathode stabilisiert hat. Der Betrieb der Ionenquelle(n) wird durch Anlegen des Eingangsflußes von Sauerstoff oder eines anderen erwünschten Reaktionsgases oder Mischungen davon über die Einlaßverteiler 57 und durch Anlegen von Energie über die Energieversorgung 54 eingeleitet.
Wenn die Sputterkathoden und Tonenquellen bei stabilen Betriebsbedingungen einmal laufen, d. h. mit stabiler gewählter Energie, mit stabilem Gasfluß und stabilem Druck und wenn die Trommel mit der festgelegten Drehzahl zum Erzeugen ausgewählter Abscheidungs- und Oxidationsraten läuft, wird die erwünschte Abscheidungs- und Oxidationssequenz durch selektives Öffnen der Verschlüsse erzeugt. Angenommen zum Beispiel, daß zwei Sputter- und zwei Oxidationsstationen (eine Oxidationsstation würde evtl. auch reichen) außen um eine Trommel 14 in der Abfolge Metall-1-Kathode, Ionenquellen-Oxidationsvorrichtung, Metall-2-Kathode und Ionenquellen-Oxidationsvorrichtung angeordnet sind, können die folgenden Beschichtungen durch entsprechende Sputterkathoden-Verschlußöffnungssequenzen erzielt werden (es ist zu beachten, daß die Oxidation kontinuierlich ist und die Oxidationsvorrichtungsverschlüsse offen bleiben, außer wenn Schichten abgeschieden werden, die nicht oxidiert werden; während oxidationsfreier Zeiträume werden die Oxidationsvorrichtungen ausgeschaltet, d. h. die Verschlüsse bleiben zu, siehe Beispiel 2, Metall 1):
1. Metall-1-Abscheidung, Oxidation, Metall-2-Abscheidung, Oxidation → Metall-2-Oxid auf Metall-1-Oxid;
2. Metall 1 (Oxidationsvorrichtungsverschlüsse bleiben zu), Metall 2, Oxidation → Metall-2-Oxid auf Metall 1;
3. Metall 1, Oxidation, Metall 2 (Oxidationsvorrichtungsverschlüsse bleiben zu) → Metall 2 auf Metall-1- Oxid;
4. Metall 2 (Oxidationsvorrichtungsverschlüsse bleiben zu), Metall 1, Oxidation → Metall-1-Oxid auf Metall 2;
5. Metall 2, Oxidation, Metall 1 (Oxidationsvorrichtungsverschlüsse bleiben zu) → Metall 1 auf Metall-2- Oxid;
6. Metall 1 und Metall 2 gleichzeitig ohne Oxidationsvorrichtungen (d. h. die Verschlüsse für die Metall-1- Kathode und die Metall-2-Kathode werden gleichzeitig geöffnet und die Oxidationsvorrichtungen sind aus oder ihre Verschlüsse zu) → eine Schicht, die eine Mischung aus Metall 1 und Metall 2 ist; und
7. Metall 1 und Metall 2 gleichzeitig, Oxidation oxidierte Mischung aus Metall 1 und Metall 2.
Nun kann natürlich eine im wesentlichen unbegrenzte Anzahl von Kombinationen von vielschichtigen Beschichtungen aus unterschiedlichen Materialien und einer Vielzahl von Kathoden gebildet werden.
Dabei ist zu beachten, daß während der Bildung von Mischungen von zwei oder mehr Metallen und/oder anderen Materialien vorzugsweise die Sputterkathodenverschlüsse geöffnet bleiben und das Verhältnis von einem Material zum anderen oder zu den anderen durch Einstellen der Energie, des Drucks, der relativen Öffnungsgröße und/oder der relativen Anzahl von Kathoden verändert wird.
Außerdem wird allgemein die Dicke der bestimmten Schicht, die entweder eine Verbindung oder eine Mischung einzelner Materialien ist, durch die Zeitdauer bestimmt, die der entsprechende Sputterkathodenverschluß oder die entsprechenden Sputterkathodenverschlüsse offen sind.
Aufgrund der obigen Beschreibung und der folgenden Beispiele kann ein Durchschnittsfachmann im wesentlichen eine unbegrenzte Anzahl von Kombinationen verschiedener Zusammenstellungen, Verbindungen, Legierungen und Mischungen von Metallen einzelner und vieler Schichten und anderer Materia lien und ihrer Oxide, Nitride, Karbide usw. einschließlich komplexer Materialien wie zum Beispiel Supraleiter herstellen. Die Möglichkeit der Bildung von Beschichtungen aus Kompositmaterialien und -legierungen erstreckt sich auf Beschichtungen mit sich kontinuierlich verändernder Zusammensetzung und somit sich kontinuierlich verändernden optischen Eigenschaften in einer zur Substratebene senkrecht verlaufenden Richtung. Die Zusammensetzungsprofilierung kann durch ein kontinuierliches oder periodisches Verändern der an eine oder mehr Sputterkathoden angelegten Energie oder durch kontinuierliches Verändern der Öffnung oder Verschlußöffnung bei einer oder mehr Sputterkathoden geschehen. Drei wichtige Vorrichtungskategorien sind die folgenden:

Transparente Entspiegelungsbeschichtungen

Sie können als einzige Schicht mit einem Brechungsindex, der vom Brechungsindex des Substratmaterials am Substrat bis zum niedrigsten praktikablen Wert an der äußeren Schnittstelle reicht, hergestellt werden. Solche Vorrichtungen werden typischerweise dazu verwendet, Entspiegelungsbeschichtungen herzustellen, die über eine sehr weite Bandbreite wirksam sind, die sich allgemein über zwei oder mehr Oktaven erstreckt.

Undurchsichtige Entspiegelungsbeschichtungen

Typischerweise können diese Beschichtungen, die zum Herstellen allgemeiner und selektiver Absorbtionsoberflächen auf Metalloberflächen verwendet werden, durch ein Verändern der Beschichtungszusammenstellung von 100 Prozent der gleichen Metallkomponente bis 100 Prozent eines transparenten Materials an der äußeren Schnittstelle erzeugt werden.

Transparente Beschichtungen mit kontinuierlichem, sich periodisch veränderndem Profil

Das Profil des Brechungsindex kann ein einfaches Profil einer festen Frequenz sein oder ein komplexeres frequenzmoduliertes Profil. Typische Verwendungen solcher Strukturen sind als Reflektoren mit sehr schmalem Band mit einem oder mehr diskrekten schmalen Reflexionsbändern, die durch Bereiche hoher Durchlässigkeit voneinander getrennt sind, verwendet. Eine typische Anwendung für solche Vorrichtungen wäre zum Schutz des menschlichen Auges oder zum Schutz eines optischen Systemsensors gegen auf das System auftreffende, in dessen Durchlaß-Wellenlängenbereich liegende Laserstrahlung.

6. Zusammenfassung bestimmter praktischer Vorteile des erfindungsgemäßen Systems

Der beim erfindungsgemäßen System verwendete zylindrische rotierende Aufbau in Kombination mit den linearen bzw. planaren Magnetron-Sputterstationen und reaktiven Plasmastationen führt zu einer schnellen, gleichmäßigen Abscheidung von Beschichtungen optischer Qualität auf einem großen Volumen von sowohl flachen als auch gewölbten Teilen. Werkstücke, wie zum Beispiel Röhren oder Polygone, können von allen Seiten beschichtet werden, indem eine sich doppelt drehende Planetengetriebe-Befestigungsanordnung verwendet wird. Zusätzlich wurden gleichmäßige Beschichtungen auf komplexe Formen, wie zum Beispiel Glaslampenschirme, abgeschieden. Außerdem führt eine Anwendung der Sputterstationen und Reaktionsstationen auf Translationssysteme zu einer schnellen, einen hohen Durchsatz aufweisenden, gleichmäßigen Abscheidung von Beschichtungen optischer Qualität auf großen flachen Substraten, wie zum Beispiel Glasscheiben. Der Wirkungsgrad der Metallmodusabscheidung beim Bewirken hoher Abscheidungsraten für eine bestimmte aufgewendete Leistung zusammen mit dem Verteilen der Abscheidung und der Wärme auf eine große Anzahl von Substraten bzw. über eine große Trommelfläche ergibt eine einzigartige Kombination hoher Abscheidungsraten bei geringer Substraterwärmung, was eine schnelle Bildung von Beschichtungen sogar auf Kunststoffen sowie anderen Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt ermöglicht.
Als Vergleichsbasis haben herkömmliche Gleichstrom-Reaktiv-Oxid-Sputterverfahren Oxidationsraten von ≤ 10 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (10 Å/s) vom Target, während das erfindungsgemäße Verfahren Schichtbildungsraten von ungefähr 100-150 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (100-150 Å/s) für Ta&sub2;O&sub5; und ungefähr 100 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (100 Å/s) für SiO&sub2; aufweist.
Die hier beschriebene Vorrichtung löst ein größeres Problem bei der bisherigen Abscheidung von aus mehreren oder einer einzigen Schicht bestehenden dünnen Schichten auf kugelförmigen, gewölbten und unregelmäßig, unkonventionell geformten Substraten, indem auf solchen Substraten in wiederholbarer Weise haltbare Hochqualitätsbeschichtungen mit gesteuerten Dickeprofilen ausgewählter gleichmäßiger oder veränderlicher Dicken hergestellt werden. Bisher wurden verschiedene Verfahren verwendet bei dem Versuch, die Schwierigkeiten zu überwinden, die bei der gesteuerten Abscheidung auf gewölbten und flachen Oberflächen auftraten. Es wurde zum Beispiel auch der Versuch unternommen, das Gleichmäßigkeitsproblem dadurch zu lösen, daß entweder das Substrat mehrfach rotiert wurde bei gleichzeitigem Einführen eines inerten Gases zum "Wegblasen" der Abscheidungsmaterialwolke, oder daß ein Abschirmungsverfahren eingesetzt wurde, bei dem eine gleichmäßige Abscheidungsrate auf dem Teil dadurch erreicht wird, daß Bereiche mit einer hohen Abscheidungsrate so abgedeckt wurden, daß sie Bereichen mit niedriger Abscheidungsrate gleichkamen. Mit dem hohen Abscheidungswinkel auf gewölbten Oberflächen zusammenhängende Haltbarkeitsprobleme können durch ein Abschirmen von Bereichen mit hohen Winkeln gelöst werden. Diese Vorgehensweisen haben jedoch ziemliche Schwierigkeiten. Das Wegblasen ist nämlich auf ZnS/MgF&sub2;-Materialien beschränkt, wobei poröse, weiche Beschichtungen entstehen, die gegen Abrieb und Temperatur nicht besonders widerstandsfähig sind. Harte Beschichtungsmaterialien wie zum Beispiel Metalloxide leiden bei einer Wärmebehandlung unter verringerten Brechungsindices und einer geringen Widerstandsfähigkeit, wenn sie im Verdampfungsverfahren hergestellt wurden. Die Abschirmung erhöht die Komplexität des Beschichtungskammer-Innenaufbaus, insbesondere für gewölbte Oberflächen und komplexe gewölbte Oberflächen, wie zum Beispiel Glühbirnen, und verringert die Abscheidungsraten.
Wie oben erwähnt, werden bei der Vorrichtung diese Probleme dadurch gelöst, daß eine einfache axiale Drehbewegung mit dem erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeits-Sputterverfahren kombiniert wird. Die Axialdrehung führt zu Gleichmäßigkeit entlang der Äquatorachse, und die inhärent hohen Drücke beim Sputtern erzeugen einen Gasverteilungseffekt zur polaren Gleichmäßigkeit. Die höheren Energien der gesputterten Atome reichen zum Überwinden der Erwärmungseffekte der Gasverteilung aus, und die Beschichtungen zeichnen sich durch eine hohe Haltbarkeit aus. Hohe Raten werden durch das oben beschriebene einzigartige reaktive Sputterverfahren erzielt, bei dem Substrate wie zum Beispiel (jedoch nicht ausschließlich) Glühbirnen abwechselnd duch eine Hochgeschwindigkeits-Metallsputterzone und ein energetisches Plasma rotiert werden. Diese Kombination einer sich drehenden Zylindergeometrie mit einer planaren Magnetron- und reaktiven Plasmatechnik führt zum erwünschten Ergebnis: wiederholbare, höchst haltbare, optische Dünnfilmbeschichtungen, die mit hohen Raten und gesteuerter Gleichmäßigkeit auf einer großen Fläche und/oder einer großen Anzahl flacher oder kugelförmiger oder sonst gewölbter Substrate abgeschieden werden, einschließlich unkonventionellen Substraten, die eine komplex gewölbte Form haben und/oder aus Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt sind.
Es wird betont, daß die Ausdrücke "gesteuertes Dickeprofil" oder "gesteuerte Gleichmäßigkeit" in dieser Beschreibung nicht nur die Möglichkeit des Abscheidens von Beschichtungen von präzise gleichmäßiger Dicke auf flachen oder gewölbten Oberflächen bedeuten, sondern auch die Möglichkeit, in gesteuerter Art und Weise die Dicke einer Beschichtung zu verändern, die entlang geformter oder nicht planarer Oberflächen abgeschieden wurde, um Konstruktionsvorgaben, wie zum Beispiel das Spektralverhalten, zu erzielen. Das gesteuerte Abscheiden auf flachen und geformeten Oberflächen ist in US-A- 4,851,095 und in EP-A-0,409,451 beschrieben und einbezogen.

B. Vliesbeschichtungssystem(e)

Fig. 15 zeigt eine weitere Version 70 der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotations-Magnetronsputtersy stems, und zwar eine, bei der das lineare Magnetronsputterverfahren auf eine kontinuierlich oder inkrementell weitergeführte Bahn oder Rolle angewendet wird. Durch diese Anordnung 70 kann mit hoher Geschwindigkeit eine genau abgestimmte Einzel- oder Vielschichtsputterabscheidung erreicht werden, ohne daß dabei die Probleme eines Temperaturstaus und niedriger Abscheidungsraten auftreten, die bisher alle Versuche haben scheitern lassen, Materialien wie zum Beispiel Dielektrika auf Rollen flexiblen Substrats abzuscheiden.
Die kontinuierliche Rollenbeschichtungsanordnung 70 verwendet eine rotierende Trommel 79, eine innere Abrollwalze 71 und eine innere Aufrollwalze 72 zum kooperativen Abwickeln der flexiblen Bahn oder des flexiblen Vlieses 73 von Material von der Abrollwalze, zum Weiterbewegen des flexiblen Vlieses 73 schrittweise oder kontinuierlich außen um die Trommel 79 herum, an linearen Magnetronsputterstationen vorbei und zum Aufnehmen des flexiblen Vlieses oder Films auf der inneren Rolle 72.
Diese kontinuierliche Rollenbeschichtungsanordnung 70 kann zum Herstellen von Beschichtungen auf dem flexiblen Vlies 73 selbst oder auf Substraten 15, die auf dem Vlies befestigt sind, eingesetzt werden. Außerdem sind mehrere Betriebsmodi möglich. Zum Beispiel kann eine Schicht auf einmal über die gesamte Länge des Vlieses 73 durch Sputtern abgeschieden oder oxidiert werden, indem das Vlies kontinuierlich bzw. schrittweise weiterbewegt wird und indem die ausgewählte Vorrichtung oder Vorrichtungsgruppe zum Abscheiden des ausgewählten Materials oder zum Oxidieren des zuvor abgeschiedenen Materials betrieben werden. Zum Bilden eines Vielschicht-Kompositfilms wird das Vlies dann zurückgespult, und der Vorgang wird gegebenenfalls wiederholt, bis die erwünschte Dicke der einzelnen Schicht oder vieler Schichten erreicht ist.
Zweitens können ganze Abschnitte des Vlieses auf einmal beschichtet werden, deren Länge nicht über den Umfang der Trommel 79 hinausgeht. Hierzu wird das Vlies in der Weise schrittweise weiterbewegt, daß der erwünschte Abschnitt des Vlieses 73 zu der entsprechenden Vorrichtung oder Gruppe von Vorrichtungen zeigt. Dann wird der Abscheidungs oder der Oxidationsvorgang an dem ausgewählten Ausschnitt durchgeführt. Dann wird das Vlies so schrittweise weiterbewegt, daß ein anderer Abschnitt zu dieser Station oder Gruppe von Stationen zeigt. Es ist klar, daß hierdurch eine im wesentlichen unbegrenzte Anzahl von Kombinationen zum Abscheiden oder zum Bilden von unterschiedlichen Schichten geschaffen wird, einschließlich dielektrischer Schichten auf unterschiedlichen Abschnitten oder Substraten.
Die kontinuierliche Rollen- bzw. Vlies-Beschichtungsanordnung 70 erweitert die zuvor erörterte Fähigkeit der erfindungsgemäßen Magnetron-Sputteranordnung zum Beschichten von Einzel- und Vielschicht-Kompositstrukturen zum Sputtern geeigneter Materialien (einschließlich Metallen und Oxiden) auf das Gebiet der großflächigen kontinuierlichen Rollenbeschichtung.
Gemäß Fig. 16 weist ein alternatives Rollenbeschichtungssystem zwei Halbsysteme 70A, 70B auf, von denen jedes eine Film-Vorratsrolle 71, eine entsprechende Mitlauferrolle und eine Transportwalze 61 und 62 sowie eine Aufnehmerrolle 72 in symmetrischer Anordnung aufweist. Die Vorteile sind, daß die Balance aufrechterhalten wird, wenn die Transportgeschwindigkeiten im jeweiligen Halbsystem 70A, 70B identisch gehalten werden und wenn die Schlaufenstraffheit um die Haupttrommel 79 zum Minimieren des Reibungswiderstands verringert wird.
Wie in Fig. 16 gezeigt, handelt es sich um ein unidirektionales Transportsystem. Durch ein Hinzufügen von Mitläuferrollen und Transportrollen auf der Aufnehmerseite kann jedoch der Film in beide Richtungen transportiert werden.
Bei der gezeigten Anordnung wird die örtliche Filmspannung mit T&sub1;, T&sub2; oder TS bezeichnet. Das Verhältnis zwischen diesen Spannungen kann aus der bekannten Formel T&sub2;/T&sub1; = bestimmt werden, wobei u der Reibungskoeffizient zwischen dem Film und der Trommel und θ der Schlaufenwinkel ist.
Für u = 0,5
Wenn θ = 342º, T&sub2;/T&sub1; = 20;
Wenn θ = 171º, T&sub2;/T&sub1; = 4,5.
Für u = 1,0
Wenn θ = 342º, T&sub2;/T&sub1; = 390;
Wenn θ = 171º, T&sub2;/T&sub1; = 20.
Eine verringerte Schlaufenstraffheit führt eindeutig zu einer Verringerung der Schwierigkeit, den Film glatt über die Trommel gleiten zu lassen.
Hier ist festzustellen, daß bei den verschiedenen Rollen- Beschichtungsvorrichtungen die Außenoberfläche der Trommel mit temperaturbeständigen, haltbaren Reibungsverringerungsmaterialien, wie zum Beispiel TeflonTM- oder Filled-TeflonTM-Material zum Unterstützen der Bewegung mit niedriger Reibung beschichtet werden können. Falze oder Flansche, die ebenfalls aus TeflonTM-Material oder einem gleichwertigen Material bestehen, können unten oder an den entgegengesetzten Enden der Trommel zum Positionieren des Vlieses auf der Trommel angebracht werden.
Fig. 17 stellt eine zweite alternative Vlies-Anordnung 70C dar, bei der axiale Walzen 150 außen um die Trommel herum angebracht sind, um so mit geringer Reibung eine relative Bewegung der Trommel und des Vlieses zu ermöglichen.
Bei einer dritten alternativen Vlies-Ausführungsform 70D, die in Fig. 18 gezeigt ist, sind mechanische Finger 142 auf Ketten 144 außen um die Trommel herum montiert. Die Finger halten das Vlies 73 und erlauben eine relativen Bewegung zwischen dem Vlies und der Trommel. Die Finger 142 sind an einer Seite der Trommelöffnung 146 aus dem Vlies herausgelöst und an deren entgegengesetzter Seite wieder im Eingriff, was zum Beispiel durch einen Nockenmechanismus geschieht, wie er in der Druckindustrie üblich ist.

C. Plattensysteme

Wie oben erörtert wird die bei rotierenden Platten-Substratträgern inhärente Tendenz, in radialer Richtung unterschiedliche Abscheidungsraten zu erzeugen, durch ein rotieren der Substrate auf der Platte selbst ausgeglichen (Fig. 19-21), indem die Abscheidungsvorrichtung mit einer Geschwindigkeit radial entlang der Platte bewegt wird, die zur radialen Position proportional ist (Fig. 20), durch die Verwendung einer Target- bzw. Vorrichtungsbreite, die mit zunehmender radialer Entfernung größer wird, und/oder durch ein Abschirmen der Abscheidungsvorrichtung.
Fig. 19 stellt ein System 160 dar, bei dem eine Haupt- Substratträgerplatte 162 zur Drehung der Richtung 164 angebracht ist. Ein Sputterkathode und eine Reaktionsstation, wie die Stationen 26, 27 und 28 sind in zu den Platten zeigender Ausrichtung und gegenüber einer oder beiden Hauptoberflächen angebracht. Zur Steigerung der Abscheidungsgleichmäßigkeit können die Substrate auf kleineren Platten 166 angebracht sein. Die kleineren Platten 166 können zur unabhängigen Rotation angebracht oder Teil eines Planetengetriebes sein, das die Platte mit einer Drehzahl dreht, die von der Drehzahl der Hauptplatte 162 abhängt.
Alternativ können die Substrate an festen Positionen auf der Platte 162 angebracht sein. Zum Steigern der Gleichmäßigkeit können die Sputterkathoden bzw. die Abscheidungsvorrichtungen in einer schälchenförmigen Konfiguration angeordnet sein oder in einer anderen Konfiguration, bei der die Target- bzw. Vorrichtungsgröße mit zunehmender radialen Entfernung zunimmt. Außerdem kann die Kathode bzw. die Vorrichtung auch abgeschirmt sein.
Das Plattensystem 160 kann in einem kontinuierlichen Modus oder in einem Schritt-Modus betrieben werden. Für den kontinuierlichen Betrieb wird die Platte 162 kontinuierlich an der Abscheidungsvorrichtung bzw. den Abscheidungsvorrichtungen 26, 27 und der Reaktionsvorrichtung bzw. den Reaktionsvorrichtungen 28 vorbeigedreht, und vorzugsweise werden die kleineren Platten 166 zur Steigerung der axialen Bearbeitungsgleichmäßigkeit rotiert. Die Rotation verändert die radiale Position der Platten und der darauf angeordneten Substrate im Verhältnis zu den sich radial erstreckenden Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtungen 26, 27, 28. Für einen Schrittbetrieb wird die Trommel 162 selektiv zwischen den Arbeitsstationen bewegt, und während der Bearbeitung an den ausgewählten Stationen werden die kleineren Platten 166 rotiert.
Bei einem alternativen Plattensystem 160A, das in Fig. 20 dargestellt ist, sind die Abscheidungsvorrichtungen, wie zum Beispiel 26, 27, und/oder die Reaktionsvorrichtungen 28 auf einer Gleitanordnung 170 zur gesteuerten radialen Bewegung im Verhältnis zur Hauptplatte 162 angebracht, wodurch die Bearbeitungsgleichmäßigkeit erhöht wird. Bei einer typischen Anordnung werden die Vorrichtungen verschiebbar auf einer Führungswelle 172 angebracht und durch eine motorgetriebene Spindel 174 oder durch eine magnetische Kopplungs-Antriebseinrichtung unter Steuerung des Systemcomputers in einer Translationsbewegung bewegt. Die gesteuerte Bewegung stellt die Verweildauer der Vorrichtungen je nach ihrer radialen Position ein. Das heißt, die Verweildauer der Vorrichtungen 26, 27 und 28 ist direkt proportional zu ihrer radialen Entfernung von der Mitte der Plattenrotation. Wie mit 176 angegeben, können die Substrate 15 an festen Positionen auf der Platte 162 oder auf den kleineren Platten 166 angebracht sein.
Fig. 21 zeigt ein weitere alternative Ausführungsform 160B, bei der eine zum Halten durch Zentrifugalkraft geformte Platte 162A verwendet wird, die in ihrer Konfiguration den kegelförmigen Platinen ähnelt, die während der Halbleiterherstellung zum Beispiel zur Ionenimplantation verwendet werden. Die Ebene der Platte 162A ist in einem kleinen Winkel θ ausgerichtet, der typischerweise wenige Grad zur Senkrechten 178 auf der Rotationsachse 180 beträgt. Bei einer Rotation der Platte 162A wird folglich eine Komponente der Zentrifugalkraft die Substrate 15 auf der Platte halten. Dieses einfache zentrifugale Halteverfahren erlaubt hohe Rotationsgeschwindigkeiten. Dies ist von Vorteil, da die Menge des während jedes Durchgangs abgeschiedenen Materials fest bzw. eingeschränkt ist. Der Durchsatz ist daher durch die Rotationsgeschwindigkeit eingeschränkt und wird durch Erhöhen der Rotationsgeschwindigkeit erhöht.
Die Platte 162A, Fig. 21, kann in Kombination mit den festen oder translatierbaren Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtungen 26, 27, 28 von Fig. 19 bzw. 20 verwendet werden. Entweder die festen Substrate 15 oder kleinere, die Substrate haltende Platten 166, oder beide, können in bzw. auf der geformten Platte 162A angebracht werden. In den in Fig. 19 und 20 gezeigten Systemen 160 und 160A kann auch der geformte Plattenträger 162A selbst an die Stelle der Platte(n) 166 treten.
Bei noch einer anderen (nicht gezeigten) Ausführungsform kann das Substrat stationär sein und die Ionenquellen-Reaktionsvorrichtung ein ringförmige Ionenkanone sein, die konzentrisch um ein S-Kanonen-Sputterziel herum angeordnet ist. Die konzentrischen Vorrichtungen sind auf einem xy-Tisch oder auf einem Rθ-Tisch montiert, der die Abscheidungs- und die Reaktionsvorrichtung (wie zum Beispiel eine Oxidationsvorrichtung) zum Abdecken der Substratoberfläche zusammen bewegt.

D. Fließband-Translationssysteme

Fig. 22 ist eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetron- Sputtersystems, nämlich insbesondere eines Fließband-Translationssystems 80, das in einzigartiger Weise zum Beschichten flacher Substrate geeignet ist. Allgemein hat die Fließband- Translationsausführungsform im Vergleich zum Stand der Technik viele der Vorteile des zuvor beschriebenen Rotationssystems. Das System 80 hat gegenüber den bisher beschriebenen Rotationsausführungsformen noch den zusätzlichen Vorteil, daß damit sehr große flache Substrate beschichtet werden können. Bei rotierenden Systemen würden solche große Substrate einen Trommeldurchmesser erforderlich machen, der für eine kommerzielle Anwendung zu groß wäre. Außerdem hat das Fließband- Translationssystem 80 gegenüber den bisherigen Flachglasbeschichtungssystemen den Vorteil, daß es zum Erreichen eines gleichwertigen hohen Beschichtungsdurchsatzes eine Kammer benötigt, die lediglich einen Bruchteil so groß ist wie die bekannter Systeme.
Die Ausführungsform 80 des in Fig. 22 gezeigten erfindungsgemäßen Fließband-Translationssystems ist insofern typisch für Fließbandbeschichtungssysteme, als modulare Unterkammern verwendet werden. Das System 80 hat daher drei Grundkammern: eine Vakuum-Ladeschleusenkammer 81; eine Vakuumbe arbeitungskammer 82, und eine Vakuum-Entladeschleusenkammer 83. Zur Verdeutlichung ist jede Kammer mit eigenen Pumpsystemen 84 und eigenen Hochvakuumventilen 86 versehen. Die Bearbeitungskammer 82 kann von der Lade- und der Entladekammer durch Vakuumschleusen 87 und 88 abgetrennt werden. Substrate werden durch eine Vakuumschleuse bzw. durch ein Vakuumtor 89 der Ladekammer 87 geladen und durch eine ähnliche Schleuse 81 der Entladekammer 83 entladen. Die Kammern, die in Fig. 22 im Schnitt dargestellt sind, sind typischerweise dünne, flache Kästen, die entweder horizontal oder vertikal angeordnet sein können.
Einrichtungen, wie zum Beispiel Endlosförderbänder 92, 93, 94 sind in den Kammern zum Transportieren der Substrate vorgesehen. Dabei ist zu bedenken, daß Substrate wie zum Beispiel Fensterscheiben so groß sind, daß sie die Lücken zwischen den Förderbändern und den verschiedenen Kammern überbrücken können. Das Ladeschleusenband 92 wird zum Bewegen eines Substrats an der Position 95 von der Ladeschleuse 81 durch die Schleuse 87 in die Bearbeitungskammer 82 zur Position 96 verwendet. (Wenn Substrate genannt werden, dann beziehen sich die Referenznummern 95-98 sowohl auf Substratpositionen als auch auf die Substrate selbst.) Das Bearbietungskammerband 93 transportiert die Substrate schnell und typischerweise mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Eintrittsposition 96 in der Richtung 99 an den Bearbeitungsstationen 101-104 vorbei zur Position 97 und führt die Substrate in der Richtung 100 an den Bearbeitungsstationen vorbei zur Postion 96 zurück. Das Entladeband 94 empfängt die Substrate bei der Vakuumschleuse 88 und transportiert sie in die Entladekammer 83.
Wahlweise können außerhalb der Ladeschleusenkammer 81 und der Entladeschleusenkammer 83 zum Einführen von Substraten in die Ladeschleusenkammer 81 und zum Entnehmen von Substraten aus der Entladeschleusenkamme 83 angeordnet sein.
Wie oben erwähnt, weist die gezeigte Bearbeitungskammer 82 vier Bearbeitungsstationen auf, die in dieser Reihenfolge eine Endreaktionsstation 101, Mitten- oder Zwischen-Abschei dungsstationen 102 und 103 und eine Endreaktionsstation 104 sind. Die verschiedenen zuvor beschriebenen Sputtervorrichtungen und Ionenquellen-Reaktionsvorrichtungen können dabei verwendet werden. Vorzugsweise sind die Bearbeitungsstationen mit Schirmen 106 versehen, die die Reaktions- von den Sputterzonen trennen. Die Abscheidungsstationen 102, 103 können zum Sputtern unterschiedlicher Materialien und Metalle, wie zum Beispiel des Metalls M1 und des Metalls M2, verwendet werden. Vorzugsweise werden bei den Abscheidungsstationen 102 und 103 und den Reaktionsstationen 101 und 104 die oben beschriebenen linear konfigurierten Magnetronsputtervorrichtungen 30 bzw. die inversen Magnetronionenquellen 40 verwendet. Die Vorrichtungen 30 und 40 sind in ihrer Größe so ausgerichtet, daß sie lange, schmale lineare Abscheidungs- und Reaktionszonen bilden, in denen die schmale Abmessung bzw. die Breite der Zonen sich in den Bewegungsrichtungen 99 und 100 erstreckt und die Länge der Zonen die Substratabmessung quer zur Länge der Bänder und zu den Bewegungsrichtungen umfaßt.
Weitere Ausführungsformen des Systems 80 werden vom Durchschnittsfachmann leicht konzipiert werden können, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, der drei in Fig. 23- 25 in vereinfachter schematischer Form dargestellten Versionen. Die erste Variation 80A, die in Fig. 23 gezeigt ist, weist eine Ladekammer 81, eine Entladekammer 83 und eine Bearbeitungskammer 82A auf, die eine obere Bank 107 und davon getrennt eine untere Bank 108 von Abscheidungs- und Reaktionszonen aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten des (nicht dargestellten) Förderbands angeordnet sind, anstelle einer einzigen, oberen, Bank 107, die im System 80, Fig. 22, verwendet wird. Die in Fig. 23 gezeigte Anordnung ermöglicht eine gleichzeitige Beschichtung eines Substrats 96 von beiden Seiten oder eine gleichzeitige Beschichtung von zwei aneinanderliegend angebrachten Substraten jeweils von einer Seite.
Fig. 24 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform 80B, die eine Bearbeitungskammer 82 und eine Ladeschleusenkammer 81 aufweist, die auch als Entladekammer dient. Diese Ausführungsform kann dann eingesetzt werden, wenn entweder die Kosten oder der Platz die Verwendung eigener Ladeschleusen- bzw. Entladeschleusenkammern ausschließen.
Fig. 25 zeigt eine dritte alternative Ausführungsform 80C, die eine Ladeschleusenkammer 81, eine Entladeschleusenkammer 83 und eine Bearbeitungskammeranordnung 82B aufweist, die zwei getrennte Bearbeitungskammern 82-82 hat, die durch eine Vakuumschleuse 109 voneinander getrennt sind. Diese Ausführungsform kann entweder zur Steigerung des Gesamt-Systemdurchsatzes verwendet werden oder in Fällen, wo ein sehr hoher Grad der Isolation zwischen den Reaktionen in den beiden Bänken der Bearbeitungsstationen 107-107 vonnöten ist.
Anhand von System 80, Fig. 22, wird der Betrieb eines Fließband-Translationssystems beschrieben. Zuerst sind die Schleusen oder Tore 87, 88 und 91 geschlossen, und die Bearbeitungskammer 82 und die Entladekammer 83 werden auf einen Hintergrunddruck von 1,33322 · 10&supmin;&sup4; N/m² (10&supmin;&sup6; Torr) abgepumpt. Ein Substrat wie zum Beispiel 95 wird dann durch das Tor 98 in die Ladekammer 81 geladen, die Schleuse 89 wird geschlossen, und die Ladekammer wird auf einen Hintergrunddruck von typischerweise 1,33322 · 10&supmin;&sup4; N/m² (10&supmin;&sup6; Torr) abgepumpt. Dann wird die Schleuse 87 geöffnet, das Substrat wird in die Bearbeitungskammer 82 zur Position 96 transportiert, die Schleuse 87 wird geschlossen, und Argon wird zu den Sputtermagnetrons 102 und 103 mit einem Druck eingelassen, der typischerweise ungefähr zwei Mikron beträgt. Dann wird an die Abscheidungsvorrichtungen Energie angelegt, wie zum Beispiel an die Kathoden der Sputtermagnetrone 102 und 103 zum Einleiten des Sputterns von Metallen wie zum Beispiel M1 bei der Kathode 102 und Metall M2 bei der Kathode 103. Die Verschlüsse bei den Magnetrons 102 und 103 werden während dieses Zeitraums geschlossen, bis sich die Sputterbedingungen stabilisiert haben. Das Reaktionsgas wie zum Beispiel Sauerstoff wird dann zu den Ionenquellen 101 und 104 vorgelassen, und die Quellen werden durch das Anlegen der entsprechenden Vorspannung gezündet.
Zum Einleiten des Beschichtungsvorgangs wird der die Öffnung von Magnetron 102 verschließende Verschluß geöffnet und das Substrat bei 96 wird mit einer konstanten Geschwindig keit in der Richtung 99 an den Bearbeitungsstationen zur Position 97 transportiert; dann wird es in der entgegengesetzten Richtung 100 zur Position 96 zurücktransportiert. Die Transportgeschwindigkeit und die Sputterparameter können eingestellt werden, so daß typischerweise nicht mehr als drei Atome dicke Materialschichten in einem Durchgang abgeschieden werden und ungefähr zwanzig Angström Oxid in einem Zyklus von Vorwärts- und Rückwärtsbewegung abgeschieden werden. Der Zyklus von Vorwärts- und Rückwärtstransport wird so lange wiederholt, bis die erwünschte Oxiddicke von Metall M1 auf dem Substrat aufgebaut wurde. An diesem Punkt wird der Verschluß von Magnetron 102 geschlossen.
Der das Magnetron 103 verschließende Verschluß wird dann geöffnet, und der im vorangehenden Absatz beschriebene Abscheidungsvogang wird zum Abscheiden eines Oxids des Metalls M2 in der erforderlichen Dicke wiederholt. Die beiden Metalloxid-Abscheidungsschritte können so lange wiederholt werden, bis eine erwünschte Vielschichtkombination auf dem Substrat abgeschieden wurde. Außerdem können Schichten aus den Metallen M1 und/oder M2 mit aufgenommen werden (d. h. Metalle können ohne Oxidation gebildet werden), indem die Verschlüsse auf den Ionenquellenvorrichtungen während des entsprechenden Durchgangs des Substrats durch die Bank 107 von Bearbeitungsstationen verschlossen bleiben oder indem sonst die Ionenquellen während des Durchgangs außer Betrieb bleiben.
Nach dem Herstellen der erwünschten Beschichtung wird der Druck in der Entladestation 83 dem Druck in der Bearbeitungskammer 82 angeglichen. Die Schleuse 88 wird geöffnet, und das beschichtete Substrat 97 wird in die Entladeschleusenkammer 83 zur Position 98 transportiert. Die Schleuse 88 wird geschlossen, und die Entladeschleusenkammer 83 wird auf Atmosphärendruck hochgefahren. Dann wird die Schleuse 91 geöffnet, so daß das Substrat bei Position 98 aus der Entladeschleusenkammer entfernt werden kann.
Es versteht sich natürlich, daß das Fließband-Translationssystem 80 auch in einem kontinuierlichen Modus betrieben werden kann, bei dem das Laden neuer Substrate in die Ladekam mer 81 und das Entladen zuvor bearbeiteter Substrate aus der Entladekammer 83 mit dem Beschichtungsvorgang synchronisiert ist.
Fig. 26 zeigt noch ein weiteres alternatives Fließbandsystem 80D, bei dem ein Endlosband 93D verwendet wird. Bei diesem System können die Substrate durch die Schwerkraft auf dem Band 93D liegen, wie das auch in Fig. 18 der Fall ist. Alternativ dazu können die Substrate auf dem Band befestigt sein, wobei das Band dann hochkant stehen kann oder im wesentlichen in jeder anderen erwünschten Ausrichtung verlaufen kann. Das Endlosband 93D läuft auf Walzen, typischerweise einer Kombination von Antriebs- und Mitläuferwalzen, zum umkehrbaren Transport an Bänken 107 und/oder 108 ausgewählter Kombinationen von Abscheidungs- und Reaktionsquellen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Bands angebracht sind. Wie bei dem zum Beispiel in Fig. 1 gezeigten Rotationssystem können Teile an den Zonen 107 oder 108 so oft wie erforderlich vorbeigeführt werden, um die nötige Anzahl von Schichten eines oder unterschiedlicher Materialien aufzubauen. Wie außerdem durch die Anordnung 80E, Fig. 27, angedeutet, können das Band und die entsprechenden Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtungen in einer im wesentlichen unbegrenzten Anzahl von Konfigurationen angeordnet sein, die nur durch die Systemanforderungen bestimmt und eingeschränkt sind.
Fig. 28 zeigt ein weiteres alternatives Fließbandsystem 80F, das die Rollenbeschichtungstechnik mit der Fließband- Transporttechnik verbindet. Insbesondere weist das System 80F Abwickel- und Aufwickelrollen 109 und 110 an entgegengesetzten Enden der entsprechenden Kammer zum vorzugsweise umkehrbaren Entrollen und Aufnehmen einer Rolle oder eines Vlieses 93F auf. Bänke, wie 107 und/oder 108, von Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtungen können auf einer oder auf beiden Seiten der Rolle angeordnet und zum Bilden einer langen Fließbandmaschine zusammengefaßt sein. Zur Veranschaulichung zeigt Fig. 28 daher eine Bank 107, auf der in abwechselnder Reihenfolge Abscheidungsvorrichtungen, wie zum Beispiel 26, 27, und Reaktionsvorrichtungen, wie zum Beispiel 28, in nebeneinanderliegenden Kammern 112 angeordnet sind. Alternativ dazu können die Vorrichtungen in jeder beliebigen räumlichen Anordnung angebracht sein, die dem Pfad des Vlieses folgt.
Es ist zu beachten, daß beim Vliesbeschichter 70 von Fig. 15 im System 80F Substrate auf der einen oder der anderen oder auf beiden Seiten des Vlieses befestigt sein können, und/oder das Vlies kann selbst das zu beschichtende Substrat sein. Wie beim System 80D von Fig. 26 kann das Vlies 93F entweder horizontal oder vertikal oder in einer dazwischen liegenden Position ausgerichtet sein. Wenn die auszuführende Beschichtung die Bildung mehrerer Schichten erfordert, werden die Substrate vorzugsweise während des Transports des Vlieses in beide Richtungen beschichtet. Alternativ dazu können die Rollen 109, 110 so betrieben werden, daß die Rolle wiederholbar in einer ausgewählten Richtung an den Abscheidungs- und Reaktionsstationen zur Beschichtung vorbeigeführt, dann zurückgespult und dann ein zweites Mal in der gleichen Richtung zum Bilden einer weiteren Schicht vorbeigeführt wird.

E. Alternative Abscheidungsquellen und entsprechende Systemanordnungen

1. Rotierende Magnetronkathode

Fig. 29 zeigt eine Anordnung 180, bei der eine oder mehr der Abscheidungsvorrichtungen 26, 27 eine rotierbare Magnetronkathodenvorrichtung 181 ist, wie zum Beispiel eine C-MAGTM- Vorrichtung, die im Handel von AIRCO Coating Technology, Fairfield, Kalifornien, USA erhältlich ist. Eine typische Rotationsgeschwindigkeit für eine solche Vorrichtung ist ungefähr 30 U/min. Die Vorrichtung kann zum Beschichten entweder der gezeigten Trommel 14 oder wahlweise auch des Vlieses oder des Bands 182, das schematisch in Fig. 28 gezeigt ist, verwendet werden.
Zur Veranschaulichung ist die rotierende Magnetronkathodenvorrichtung 181 eine Adaptation der planaren Magnetronvorrichtung 30, Fig. 4 und 5, bei der ein röhrenförmiges rotierendes Target verwendet wird. Die Vorrichtung 181 weist eine stationäre innere lineare Magnetanordnung 183 auf, die ein rennbahnförmiges Magnetfeld definiert, und ein rotierbares zylindrisches Target 184, das sich um die entsprechende Achse 185 dreht. Das Target 184 ist ein Zylinder aus Targetmaterial oder ein Zylinder, auf dem Targetmaterial zum Beispiel durch Plasmaspritzen aufgebracht wurde. Typischerweise ist die Vorrichtungsachse 185 parallel zur Trommelachse 16.
Rotierende zylindrische Magnetronvorrichtungen, wie zum Beispiel die gezeigte Vorrichtung 181 haben den Vorteil einer relativ hohen Targetmaterialnutzung, von ungefähr 14/20 Prozent bis ungefähr 80/90 Prozent, und daher relativ niedriger Materialkosten. Außerdem verursachen solche Vorrichtungen potentiell weniger Targetvergiftung, weisen potentiell eine höhere Quellenstabilität und eine erhöhte Leistungsdichte auf.
Hier ist zu bemerken, daß, wie oben angedeutet, die Abscheidungsvorrichtungen 181 und andere hier beschriebene Abscheidungsvorrichtungen außen um die Trommel 14 herum (oder in der Trommel 14 oder entlang eines Vlieses oder Bands 182 oder einem anderen Substrat oder einer anderen Substrathalterung) angeordnet sein können, sie können dabei entweder allein sein oder es können eine Vielzahl solcher Vorrichtungen sein, oder sie können in Kombination mit anderen Typen von in dieser Beschreibung beschriebenen Abscheidungsvorrichtungen sein, und sie können mit einer oder mehreren der unterschiedlichen hier beschriebenen Reaktionsvorrichtungen vorkommen.
Fig. 30 zeigt schematisch eine der oben angedeuteten Systemkonfigurationen, bei der C-MAGTM- oder ähnliche Vorrichtungen 181 sowohl innerhalb als auch außerhalb eines doppelten rotierbaren Planetengetriebe-Substratträgersystems 25 zusammen mit entsprechenden Reaktionsvorrichtungen 28 angeordnet sind.

2. Sputterkanone

Fig. 31 zeigt schematisch noch eine weitere alternative Abscheidungsquellenanordnung 190, die eine sogenannte Punktquellen-Sputterkanone oder S-Kanone 191 oder vorzugsweise mehrere oder viele solcher Sputterkanonen 191 aufweist. Die Sputterkanone(n) 191 können aus mehreren im Handel von VacTec, Balzers, U. S., Inc. und anderen Firmen erhältlichen Sputterkanonen sein.
Vorzugsweise sind die Sputterkanonen 191 entlang der Achse 16 der Trommel 14 und in ihrer Nähe angeordnet. Alternativ, und wie oben erörtert, können die Vorrichtungen 191 mit einem Vlies oder einem Fließband oder mit einem anderen Substrat oder mit einem anderen Substrattransport verwendet werden. Die Quelle 191 hat einen lokalisierten Gasdruck, der auch ihre Verwendung als Sputterquelle erlaubt, ihr Beschichtungsverhalten ist jedoch dem einer thermischen Quelle ähnlich, und sie kann in der entsprechenden Vakuumkammer in der Art einer Verdampfungsquelle an einem entfernten Ort angeordnet und wie eine entfernte Sputtervorrichtung betrieben werden.

3. Thermische Verdampfungsquellen

a. Widerstandsgeheizte Quellen

Fig. 32 zeigt schematisch eine alternative Sputterquellenanordnung 200, bei der eine Standard-Verdampfungsquelle 201 zusammen mit dem einzeln oder doppelt rotierenden trommelartigen Substratträger 14 mit horizontaler Achse zu Einsatz kommt. Im Betrieb wird das Quellenmaterial 202 im Tiegel 203 auf konventionelle Weise verdampft, wie zum Beispiel durch eine (nicht dargestellte) Widerstandsheizeinrichtung, so daß das verdampfte Material 204 auf von der Trommel 14 getragenen Substraten abgeschieden wird.

b. Elektronenstrahlgeheizte Quelle

Fig. 33 zeigt schematisch eine Elektronenstrahlalternative 210 zur Widerstandsheizanordnung 200 von Fig. 32. Hier weist das System eine Quelle 212 von Elektronen auf, wie zum Beispiel eine im Handel erhältliche Standard-Hochspannungs- Elektronenstrahlkanone. Die Elektronenkanone 212 erzeugt einen Strahl 213 von Elektronen, die zum Beispiel unter Verwendung herkömmlicher Steuerungseinrichtungen, wie zum Beispiel eines (nicht gezeigten) Magnetfelds, in den Tiegel 203 gerichtet werden, wo sie das Quellenmaterial 202 verdampfen. Eine geeignete Elektronenstrahl-Heizeinrichtung ist in der US-A- 4,777,908 beschrieben, die hier zu Rate gezogen werden sollte. Außerdem ist eine geeignete elektronenstrahlbeheizte Plasmabeschichtungsanordnung in der EP-A-0,384,617 beschrieben. Hier bei wird ein abgedeckter Tiegel mit einer konstanten Anode verwendet, der eine verbesserte Stromkreiskontinuität und eine verbesserte Beschichtungsleistung bringt.

c. Lasergeheizte Quelle

Fig. 34 zeigt schematisch noch eine weitere alternative thermische Verdampfungsanordnung 215. Hier wird das Quellenmaterial 202 durch einen Laserstrahl 216 verdampft, und typischerweise wird ein Optik-Steuersystem 208 aus Linsen und/oder anderen geeigneten Steuerungselementen zum Richten des kohärenten Strahls 216 vom Laser 217 auf das Quellenmaterial 202 verwendet.

d. Zentrifugalkraftsystem

Fig. 35 zeigt eine thermische Verdampfungsanordnung 220, bei der ein seitlich angebrachter Zentrifugalkrafttiegel 223 horizontal durch eine (nicht dargestellte) Antriebseinrichtung zur Rotation um eine Achse 226 angebracht ist. Ein Quelle, wie zum Beispiel die gezeigte Elektronenstrahlkanone 212 oder ein Laser wird zum Heizen des Quellenmaterials 202 verwendet, das seitlich zu den auf einer horizontalen Trommel 14 oder auf einem vertikal translatierbaren Träger 224 usw. angebrachten Substraten hin ausgestoßen wird. Die durch die Rotation des Tiegels 223 erzeugte Zentrifugalkraft hält das geschmolzene Material im Tiegel gefangen.
Hier ist zu bemerken, daß die Verdampfungsquellen (widerstandsbeheizte, Elektronenstrahlen- und laserbeheizte Quellen) günstiger in einer Horizontalachsen-Trommelkonfiguration angewendet werden, doch sind auch schon horizontale Beschichter eingesetzt worden. Außerdem werden wie bei der obigen S- Kanone mehrere Quellen, wie zum Beispiel eine lineare Anordnung von Quellen bei großen Beschichtungssystemen bevorzugt.

e. Plasmabeschichtungs- und damit zusammenhängende Abscheidungssysteme

Fig. 36 zeigt eine modifizierte rotierende Version 230 des in der US-A-4,777,908 offenbarten Plasmabeschichtungssystems. Das letztere System weist einen elektrisch leitfähigen Tiegel 231 auf, der in der Vakuumkammer 232 angeordnet und von dieser elektrisch isoliert ist, wobei jedoch eine elek trische Verbindung mit niedrigem Widerstand zwischen ihnen besteht. Eine Hochspannungs-Elektronenstrahlquelle 233 ist in der Vakuumkammer in der Nähe des Tiegels 231 angeordnet und weist eine Hochspannungs-Elektronenkanone und ein (nicht gezeigtes) Ablenkungs-Magnetsystem auf, das zum Ablenken des Elektronenstrahls 235 von der Kanone in den Tiegel zum Verdampfen des Quellenmaterials darin angeordnet ist. Das Magnetsystem bildet außerdem ein Magnetfeld im Bereich über dem Tiegel. Eine Niederspannungs-Hochstrom-Plasmaquelle mit einer eigenen Plasma-Erzeugungskammer 234 erzeugt ein intensives erstes Plasma in der Plasma-Erzeugungskammer, wobei eine ausgewählte Aktivationsgasspezies aus einer Quelle 236 verwendet wird; dieses Plasma wird dann in die Vakuumkammer 232 injiziert. Außerdem ist die Plasmaquelle elektrisch mit dem Tiegel verbunden, so daß ein Strom zwischen ihnen fließen kann. Zur Veranschaulichung weist die Kammer einen oder mehr drehbare horizontale Trommel-Substratträger 14-14 auf, wodurch die Hochgeschwindigkeits-Plasmabeschichtungsfähigkeit des integrierten Systems von Temple et al. mit der Gleichmäßigkeit und der anderen Vorteilen eines rotierenden Substrattransports kombiniert werden. Zusätzlich ist diese Plasmabeschichtungstechnik auch mit Fließband-, Platten- und anderen Transportsystemen kombinierbar, die hier beschrieben sind.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Anordnung füllt die Plasmaquelle die Vakuumkammer mit einem allgemein verteilten Plasma 237, das mit dem Magnetfeld über dem Tiegel 231 und dem den Tiegel 231 verlassenden Verdampfungsmaterial in der Weise zusammenwirkt, daß ein intensives zweites Plasma 238 im Bereich über dem Tiegel entsteht, wodurch das durch den Bereich gelangende Verdampfungsmaterial aktiviert wird, wobei eine gleichmäßige Abscheidung auf den Substraten entsteht, die auf dem Einzelachsen- oder Doppelachsen-Rotationstransportsystem angebracht sind. Unter Verwendung der beschriebenen Rotationstransport-Plasmabeschichtungstechnik können dünne Schichten unterschiedlicher Metalle, von Brechungsmetallen, Metalloxiden usw. gleichmäßig und mit einer hohen Geschwindigkeit auf den Substraten im Vakuum abgeschieden werden.

F. Reaktionsquellen und entsprechende Systemanordnungen Quellen mit niedriger Ionenenergie

Erfindungsgemäß werden Plasmaquellen mit einer niedrigen Ionenenergie und hoher Leistung zum Erzielen der zur Bildung stöchiometrischer Beschichtungen gesteuerter Dichte und geringer Spannung notwendigen Reaktion verwendet. Solche Plasmen reagieren nur mit fraktionalen Monoschichten und müssen daher bei relativ hohen Substrattrommel-Drehzahlen oder relativ niedrigeren Metallabscheidungsraten verwendet werden. Mikrowellen-Plasmaerzeugungssysteme sind mit dieser Vorgehensweise vereinbar und zur Erzeugung sauberer, stabilerer Plasmen geeignet. Viele dieser Quellen weisen höhere Ionisierungswerte auf als sogar die Magnetron-Ionenquellen, und daher wird die Aktivierung der Reaktionsgase erhöht und die entsprechenden energielosen Reaktionsgasladungen der Kammer und des Verfahrens verringert.
Außerdem haben Ionenquellen mit niedrigerer Energie Vorteile für die Abscheidung von Schichten wie zum Beispiel Indiumzinnoxid (ITO) und Niedertemperatur-Supraleiter, weil sie eine Beschädigung der Kristallstruktur des Films verringern, die durch auftreffende kinetische Ionen erzeugt wird. Außerdem wird die Argonimplantation verringert.

a. Mikrowellenquellen

Fig. 38 stellt ein Mikrowellen-Plasmaquellensystem 40D des oben angegebenen Typs dar. Bei der Mikrowellenvorrichtung 252 wird Mikrowellenenergie an ein Reaktionsgas, wie zum Beispiel Sauerstoff, angelegt, wodurch ein Plasma 254 erzeugt wird, das eine hohe Konzentration stabiler Metallionen und freier Radikaler sowie von Ionen, die zur Verwendung in der chemischen Dampfabscheidung, zum Ätzen und zur reaktiven Abscheidung geeignet sind, aufweist. Ein Verteiler 256 wird zum Verteilen der Mikrowellenentladung axial entlang der Trommel 14 verwendet, wie bei 258 angezeigt, wodurch die rotierende Trommel in geeigneter Weise abgedeckt wird. Solche Vorrichtungen enthalten keine Sputterelemente oder Glühdrähte und haben daher eine lange Lebensdauer. Außerdem kann die Mikrowellenentladung bei einem niedrigen Druck einen hohen Ionisationswert beibehalten, wodurch die Reaktionsgasladungen beim dem Verfahren verringert werden.
Es ist hier zu bemerken, daß eine Anzahl im Handel erhältlicher Mikrowellenquellen 1 bis 1,5 kW steuerbarer Mikrowellenenergie als eine nachgeschaltete Mikrowellenquelle liefern können. Beispiele sind die nachgeschalteten Quellen, die von ASTEX, Applied Science and Technology, Inc., Cambridge, Mass., USA, erhältlich sind, einschließlich des Modells DPH 25 Downstream Plasma Head. Außerdem können auch die im Handel erhältlichen ECR(electron cyclotron resonance)- Quellen, wie zum Beispiel die ASTEX-ECR-Plasma-Source eingesetzt werden. Die Kombination solcher Quellen mit einem entsprechenden Verteiler, wie zum Beispiel 256, ergibt eine wirkungsvolle und saubere Reaktionstechnik.

Reaktivitätsförderer

Die Reaktivität wachsender Oxidfilme wird durch das Zuführen von Förderern, wie zum Beispiel Ozon und Stickstoffoxid in die Reaktionszone über die Gaseinlaßverteiler 57, Fig. 6 und 7. Von handelsüblichen Generatoren erzeugtes Ozon kann verflüssigt und gespeichert und schließlich über den Sauerstoffgasverteiler 57 in die Kammer eingelassen werden. In gleicher Weise kann auch Stickstoffoxid, N&sub2;O, zum Zweck des Erhöhens der Reaktivität in den Gasverteiler eingeleitet werden.
Außerdem erhöht ultaviolette Eximer-Laser-Strahlung die Reaktivität von Siliziumschichten, wenn die Photonenenergie etwas über die Sauerstoffdissoziationsenergie angehoben wird. Ähnliche Effekte können für Materialien wie Tantal und Titan vorhergesagt werden. Folglich kann man annehmen, daß das Bestrahlen solcher Materialien mit ultravioletter Eximer- Laser-Energie zum Beispiel durch ein Quarzfenster in der Kammer, allein oder in Kombination mit Gas-Reaktionsförderern, wie die oben beschriebenen und in weiterer Kombination mit einer der oben beschriebenen Reaktionsquellen, die durch das erfindungsgemäße System bereitgestellte Reaktivität noch weiter steigern wird.

G. Auswechselbares lineares Magnetronsputtern und Reaktionsquellen

In Fig. 5 und 6 kann die sogenannte "Cat Box" (bestehend aus der Abschirmung 32, Fig. 5, oder zumindest aus einem Abschnitt davon vor der Elektrodenanordnung 31, sowie dem Verteiler 37) und die Ionenbaugruppe, Fig. 6 (bestehend aus der Platte 43, den Anoden 46 und dem Verteiler 57) so angebracht werden, daß sie vor der Elektrodenanordnung 31 hin und her zu bewegen ist. Dies erlaubt einen selektiven Einsatz der Elektrode zur Sputterabscheidung und Reaktion. Zum Beispiel kann die Cat-Box-Anordnung und die Ionenbaugruppe auf Schienen verschiebbar angebracht werden, die sich allgemein parallel zur Vorderseite der Elektrodenanordnung 31 und zu beiden Seiten davon erstrecken, so daß eine selektive Positionierung der Anordnungen über und seitlich von der Kathode ermöglicht wird. Wenn die Cat Box über der Kathode in Position ist, wird die Vorrichtung zum Sputtern verwendet, während ein Positionieren der Ionenbaugruppe über der Elektrodenanordnung einen Betrieb als Reaktionsvorrichtung (z. B. Oxidation der durch Sputtern abgeschiedenen Schicht) erlaubt.

I. Beispiele

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, vielschichtige Beschichtungen optischer Qualität in großen Mengen (mit großem Durchsatz) auf unterschiedlichen Substraten, d. h. Substraten, die aus unterschiedlichen Materialien sind und gewölbte Substrate mit einschließen, herzustellen. Die in den folgenden Beispielen beschriebenen Beschichtungen wurden alle unter Verwendung der in Fig. 1-3 dargestellten Vorrichtungen hergestellt und insbesondere unter Verwendung einer Trommel 14 mit der Doppel- Rotations-Planetengetriebe-Anordnung 25 (für röhrenförmige oder zylindrische Substrate) und Einzel-Rotations-Befestigungspositionen 15 (für Substrate wie zum Beispiel Sonnenbrillengläser und Lampenreflektoren). Bei dem System wurde eine Trommel mit einem Durchmesser von 73,66 cm (29 Zoll) verwendet, die hier mit einer Geschwindigkeit von 0,8 U/s (48 U/min) gedreht wurde, die Isolationsabschirmung hatte eine Öffnung von 12,7 cm (5 Zoll) Breite, und die Targetbreite betrug 12,7 cm (5 Zoll). Die lineare Magnetronkathode 30 wurde zum Sputtern unterschiedlicher Materialien und die inverse Magnetron-Ionenquelle 40 zum Oxidieren der abgeschiedenen Materialien verwendet.
Die Beispiele sind dadurch gekennzeichnet, daß die beschriebenen Produkte in großen Mengen, jedoch mit einem hohen Grad an Übereinstimmung innerhalb eines Produkttyps gebraucht werden, und die optischen und mechanischen Eigenschaften von Vielschichtsystemen, die die Produktfunktion definieren, müssen auf der Oberfläche der Produkte äußerst gleichmäßig sein.
Unter Verwendung dieser Produkte als Beispiel sind bestimmte entscheidende Unterschiede zwischen der Erfindung und dem zuvor erörterten Stand der Technik erwähnenswert.
Beim vorliegenden Verfahren werden voneinander getrennte, nicht aneinanderliegende Zonen zum Abscheiden und zur Reaktion verwendet. Der Gesamtdruck zwischen den Zonen ist niedrig, was eine Lichtbogenbildung und folglich den Verlust der Kontrolle über die Beschichtungsdicke minimiert.
Die Abscheidungs- und Reaktionszonen um die Trommel herum sind lang und schmal, was das Anbringen vieler Stationen rund um die zylindrische Arbeitsoberfläche herum erlaubt. Dies ist entscheidend, wenn mehr als ein Material im gleichen Bearbeitungszyklus abgeschieden werden soll, was bei allen hier beschriebenen Beispielen Voraussetzung ist.
Die lange schmale regelmäßige Form der Abscheidungs- und Reaktionszonen erlaubt nicht nur eine erhöhte Anzahl von Stationen, sondern auch die Verwendung einer großen Anzahl einzelner Substrate und eine große Substratfläche mit einem entsprechend hohen Durchsatz, da eine große Anzahl von Reaktionszonen sowie von Abscheidungszonen außen um den rotierenden Substratträger herum angeordnet werden kann und weil alle um die Arbeitsoberfläche herum positionierten Substrate die gleichen Materialfluß- und Plasmabedingungen erfahren. Dies ermöglicht einen hohen Grad der Schichtdickensteuerung auf unterschiedlichen Substraten, was für die Gleichmäßigkeit innerhalb eines Produkttyps entscheidend ist.
Da eine dichte Abschirmung zwischen der Abscheidungszone und dem Substratträger nicht nötig ist, können Substrate mit einer Wölbung beschichtet werden, bei denen eine dichte Abschirmung nicht praktikabel wäre. Zum Beispiel können so Linsen und Röhren beschichtet werden.

1. Gewölbte "kalte" Spiegel (M16 & M13,25)

Das in Fig. 1-3 gezeigte System wurde im Einzel-Rotationsmodus zur Herstellung reflektierender Vielschichtbeschichtungen mit sich abwechselnden Schichten von Titandioxid und Siliziumdioxid auf der konkaven inneren Oberfläche 271 von Glaslampenreflektorsubstraten 270, Fig. 45 unter Verwendung des Verfahrens von Tabelle 1 verwendet. Siehe Substratposition 15B von Fig. 1. Die schüsselförmige Reflektoroberfläche 271 wurde mit zwei Materialien mit genau gesteuerter Gleichmäßigkeit mit einer hohen Abscheidungsrate beschichtet. Die Beschichtungen wiesen einundzwanzig Schichten auf
wobei L = Siliziumdioxid und H = Titandioxid, wobei die beiden Stapel (H/2 L H/2)&sup5; bei einer QWOT (quarter wave optical thickness / optische Viertelwellendicke) von 627 nm bzw. 459 nm zentriert sind. In der oben verwendeten Industrie-Standard- Notation bedeutet die Formulierung (H/2 L H/2)&sup5; jeweils eine fünffache Wiederholung einer Schichtabfolge in der folgenden Reihenfolge: eine Halb-QWOT-Schicht Titanoxid (H/2), eine QWOT-Schicht Siliziumdioxid (L) und eine weitere Halb-QWOT- Schicht Titanoxid (H/2). Wie in Fig. 42 (39!) durch Kurve 272, 273 und 274 gezeigt, die die Prozent-Durchlässigkeitskurven im Zentrum, in der Mitte bzw. am Rand (C, M, E) sind, wiesen die Beschichtungen das erwünschte E/C-Verhältnis von 1,05 auf und erreichten die Spektralverhaltensvorgabe des Durchlassens von Infrarotlichtenergie, d. h. Licht mit einer Wellenlänge, die größer als ungefähr 700 nm ist, während sichtbare Energie ohne Farbveränderung der Glühbirnen-Lichtquelle reflektiert wurde.

TABELLE 1

Substrat: konkaves Glas
Drehbewegung: einzel
Material 1: Titan zur Bildung von TiO&sub2;
Material 2: Silizium zur Bildung von SiO&sub2;
Kathodengeschwindigkeit Material 1 (CR1): 110 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (110 Å/s)
Kathodengeschwindigkeit Material 2 (CR2): 90 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (90 Å/s)
Gas Material 1: Argon 400 scm³
Gas Material 2: Argon 400 scm³
Leistung Material 1: 6 kW
Leistung Material 2: 5 kW
Argon-Sputterdruck: 2,0 · 10&supmin;&sup6; m (2,0 um)
Ionenquellenbetrieb für Material 1: 4 A; 125 scm³ O&sub2;
Ionenquellenbetrieb für Material 2: 2 A; 100 scm³ O&sub2;
abschließendes Brennen (nach vollständiger Beschichtung): 550ºC, in Luft, 1 Stunde

2. Glasbrillengläser

Die oben beschriebene und in Fig. 1-3 gezeigte Vorrichtung wurde im Einzel-Rotations-Modus auch zur Herstellung einer sechsundzwanzigschichtigen Beschichtung optischer Qualität mit sich abwechselnden Schichten von Tantalpentoxid und Siliziumdioxid auf konvexen Gläsern unter Verwendung der Bearbeitungsparameter von Tabelle 2 eingesetzt. Wie durch die Prozent-Reflexionskurve 276 von Fig. 40 und die Prozentdurchlassungskurve 277, ebenfalls in Fig. 43 (401) erreichten die Beschichtungen die Spektralverhaltenskonstruktionsvorgaben eines Reflexionsbandes im Nahinfraroten zum Schützen der Augen gegen schädliche Infrarotstrahlen und ein Reflexionsband im Ultravioletten sowie eine hohe Haltbarkeit des Films, die durch den Standard-Gummi-Abriebs-Widerstandstest MIL-C-675 gekennzeichnet ist. Zusätzlich zu den Augenschutzeigenschaften der Beschichtung wird sichtbares Licht über den ungefähren Bereich zwischen 400 und 700 nm durch die Beschichtungskonstruktion (Lagendicken) zum Erzielen verschiedener kosmetischer Färbungen selektiv gefiltert, ohne daß dabei die Durchlässigkeit für sichtbares Licht wesentlich beeinträchtigt würde. Diese Konstruktion erfordert eine strenge Kontrolle der optischen Dicke der einzelnen Schichten, wodurch strenge Farbreproduzierbarkeitsvorgaben eingehalten werden. Unter Verwendung der Erfindung hergestellte Produkte sind um einen Faktor zwei gleichmäßiger als unter Verwendung herkömmlicher Verfahren hergestellt Produkte.

TABELLE 2

Substrat: Glas-Sonnenbrillengläser
Drehbewegung: einzel
Material 1: Tantal zur Bildung von Ta&sub2;O&sub5;
Material 2: Silizium zur Bildung von SiO&sub2;
CR1: 70 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (70 Å/s)
CR2: 90 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (90 Å/s)
Gas Material 1: Argon 400 scm³
Gas Material 2: Argon 400 scm³
Leistung Material 1: 6 kW
Leistung Material 2: 5 kW
Argon-Sputterdruck: 2,5 · 10&supmin;&sup6; m (2,5 um)
Ionenquellenbetrieb für Material 1: 4 A; 199 scm³ O&sub2;
Ionenquellenbetrieb für Material 2: 2 A; 99 scm³ O&sub2;
abschließendes Brennen: 450ºC, in Luft, 1 Stunde

3. Plastikbrillengläser

Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung wurde im Einzel-Rotationsmodus mit den Bearbeitungsparametern von Tabelle 3 zum Abscheiden der gleichen sechsundzwanzigschichtigen Blaufilterbeschichtung, wie sie in Beispiel 2 beschrieben wurde, mit einem Reflexionsband in Nahinfraroten zum Schutz der Augen vor schädlichen Infrarotstrahlen sowie einem Reflexionsband im Ultravioletten eingesetzt. Die Substrate in diesem Fall waren jedoch Plastik-Sonnenbrillengläser anstelle von Glasgläsern. Wie durch die Prozentreflexionskurve 278 und die Prozentdurchlassungskurve 279 in Fig. 41 zu sehen, erreichten die Dünnschicht-Beschichtungen die im Beispiel Nr. 2 vorgestellten Konstruktionsvorgaben und die zusätzliche Vorgabe der Abscheidung auf Kunststoff, ohne daß dabei der Kunststoff geschmolzen oder aufgeweicht wird, da die Bearbeitungstemperatur sehr gering ist, nämlich ungefähr 55ºC. Diese bewiesene Fähigkeit ist in starkem Gegensatz zu allen bekannten bisherigen Vakuumbeschichtungsverfahren, bei denen die Bildung einer haltbaren optisch transparenten Vielschichtbeschichtung auf Plastiksubstraten traditionell eine schwer zu lösende Aufgabe darstellte. Diese Dünnfilmbeschichtungen bestanden auch die Tests für Feuchtigkeitsbeständigkeit (MIL- M-13508) und Klebebandabriß (MIL-C-675).

TABELLE 3

Substrat: Plastik-Sonnenbrillengläser
Drehbewegung: einzel
Material 1: Tantal zur Bildung von Ta&sub2;O&sub5;
Material 2: Silizium zur Bildung von SiO&sub2;
CR1: 70 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (70 Å/s)
CR2: 90 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (90 Å/s)
Gas Material 1: Argon 400 scm³
Gas Material 2: Argon 400 scm³
Leistung Material 1: 3 kW
Leistung Material 2: 5 kW
Argon-Sputterdruck: 2,5 · 10&supmin;&sup6; m (2,5 um)
Ionenquellenbetrieb für Material 1: 4 A; 199 scm³ O&sub2;
Ionenquellenbetrieb für Material 2: 4 A; 99 scm³ O&sub2;
abschließendes Brennen: keines

4. Entspiegelungsbeschichtungen für Kunststoff

Die in Fig. 1-3 beschriebene Vorrichtung wurde im Einzelrotationsmodus nach den in Tabelle 4 aufgeführten Bearbeitungsparametern zum Herstellen vierschichtiger optischer Beschichtungen mit sich abwechselnden Schichten von Tantalpentoxid und Siliziumdioxid auf flachen und konvex gewölbten Plastiksubstraten unter Verwendung einer Bearbeitungstemperatur von ungefähr 55ºC eingesetzt:
Substrat (HLHL) Umgebung
wobei L = Siliziumdioxid und H = Tantalpentoxid und wobei die WQOT-HLHL bei 117 nm, 172 nm, 1096 nm bzw. 520 nm zentriert waren. Wie an der Reflexionskurve 281 von Fig. 42 zu sehen ist, erfüllten die Beschichtungen die Konstruktionsvorgaben einer sehr niedrigen Reflexion über das sichtbare Wellenlängenspektrum und der Abscheidung sehr dünner Schichten (-100 nm), bei Wiederholbarkeit und ohne Schmelzen oder Erweichen des Kunststoffs.

TABELLE 4

Substrat: Polykarbonat & Akryl
Drehbewegung: einzel
Material 1: Tantal zur Bildung von Ta&sub2;O&sub5;
Material 2: Silizium zur Bildung von SiO&sub2;
CR1: 70 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (70 Å/s)
CR2 : 90 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (90 Å/s)
Gas Material 1: Argon 400 scm³
Gas Material 2: Argon 400 scm³
Leistung Material 1 : 3 kW
Leistung Material 2 : 5 kW
Argon-Sputterdruck: 2,5 · 10&supmin;&sup6; m (2,5 um)
Ionenquellenbetrieb für Material 1: 4 A; 199 scm³ O&sub2;
Ionenquellenbetrieb für Material 2: 4 A; 99 scm³ O&sub2;
abschließendes Brennen: keines

5. Gelbe Autoscheinwerferbeschichtung

Die in Fig. 1-3 dargestellte Vorrichtung wurde auch zum Abscheiden einer vierzehnschichtigen Beschichtung auf den Quarzhüllen von Halogen-Scheinwerferbirnen unter Verwendung des Doppelrotationsmodus und des Verfahrens von Tabelle 5 eingesetzt. Die Beschichtung weist drei Materialien auf, erfordert einen präzisen Farbabgleich der mehreren Materialien und die präzise Steuerung der einzelnen Viertelwellenschich ten. Folglich ist diese Beschichtung schwierig herzustellen. Der spezifische Aufbau war der folgende:
Substrat Fe&sub2;O&sub3; (H) (LH)&sup5; Umgebung
wobei L = Siliziumdioxid und H = Tantalpentoxid und die QWOT- Fe&sub2;O&sub3;, H und (LH) bei 14 nm, 10 nm bzw. 430 nm zentriert waren. Die Beschichtung konnte reproduzierbar als Vielschicht-Blaufilter des Aufbaus Fe&sub2;O&sub3; (H) (LH)&sup6; auf der Quarzhülle erzeugt werden. Das Fe&sub2;O&sub3; wurde hier als selektive Absorptionsschicht verwendet. Das Spektralverhalten dieser Beschichtung ist in Fig. 46 (43!) gezeigt. Die Kurve 282 zeigt die Prozentdurchlässigkeit, wenn die Fe&sub2;O&sub3;-Absorptionsschicht verwendet wird; Kurve 283 beschreibt das Verhalten ohne die Fe&sub2;O&sub3;-Schicht. Fig. 43 demonstriert, daß die Kombination des Vielschicht-Blaufilters und der selektiven Fe&sub2;O&sub3;-Absorbtionsschicht gelbes Licht im Bereich von ungefähr 500-600 nm durchläßt und blaues Licht bei ungefähr 450 nm blockiert, wobei die charakteristische blaue Korona herausgefiltert wird, die sonst bei einer hochwinkligen Reflexion mit anschließendem Hindurchdringen durch die Glashülle entsteht.

TABELLE 5

Substrat: Halogenlampenhüllen
Drehbewegung: doppel (Planeten)
Material 1: Tantal zur Bildung von Ta&sub2;O&sub5;
Material 2: Silizium zur Bildung von SiO&sub2;
CR1: 150 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (150 Å/s)
CR2: 100 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (100 Å/s)
Gas Material 1: Argon 400 scm³
Gas Material 2: Argon 400 scm³
Leistung Material 1: 6 kW
Leistung Material 2: 5 kW
Argon-Sputterdruck: 2,5 · 10&supmin;&sup6; m (2,5 um)
Ionenquellenbetrieb für Material 1: 1 A; 200 scm³ O&sub2;
Ionenquellenbetrieb für Material 2: 1 A; 100 scm³ O&sub2;
abschließendes Brennen: 600ºC, in Luft, 1 Stunde

6. Dünne, heiße Spiegelbeschichtungen

Die in Fig. 1-3 gezeigte Vorrichtung wurde im Doppel- Rotationsmodus, wie in Tabelle 6 angegeben, zur Bildung von fünfzehnschichtigen Beschichtungen auf röhrenförmigen Quarz- Lampenhüllen eingesetzt, die in Infrarot(IR)-Wärmestrahlungslampen verwendet werden. Die Beschichtungen werden als "dünne, heiße Spiegel" bezeichnet, da sie so konstruiert sind, daß sie sichtbare Energie hindurchlassen, während sie von der inneren Wolfram-Halogen-Wendel ausgestrahlte Infrarotenergie reflektieren. Die Beschichtung führt zu einer Lampen-Energieverbrauchsverringerung, da die Infrarotenergie geometrisch auf die Wendel trifft. Die Energie wird zum Beheizen der Wendel verwendet, wodurch die zum Betreiben der Lampe erforderliche elektrische Energie verringert wird. Der spezifische Beschichtungsaufbau war der folgende:
Substrat (L/2 H L/2)&sup5; Umgebung = 900 nm
wobei L Siliziumdioxid, H Tantalpentoxid und der QWOT bei 900 nm zentriert war. Das Spektralverhalten dieser Beschichtungen ist in Fig. 44 dargestellt. Die Kurve 284 stellt Prozentdurchlässigkeit in Abhängigkeit von der Wellenlänge dar und zeigt, daß die heiße Spiegelbeschichtung sichtbares Licht im Bereich von ungefähr 400-7500 nm hindurchläßt und IR-Energie über den ungefähren Bereich von 750-1100 nm zur Wendel zurückreflektiert.

TABELLE 6

Substrat: 10-mm-Quarzröhren
Drehbewegung: doppel (Planeten)
Material 1: Tantal zur Bildung von Ta&sub2;O&sub5;
Material 2: Silizium zur Bildung von SiO&sub2;
CR1: 150 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (150 Å/s)
CR2 : 100 · 10&supmin;¹&sup0; m/s (100 Å/s)
Gas Material 1: Argon 400 scm³
Gas Material 2: Argon 400 scm³
Leistung Material 1: 6 kW
Leistung Material 2: 5 kW
Argon-Sputterdruck: 2,5 · 10&supmin;&sup6; m (2,5 um)
Ionenquellenbetrieb für Material 1: 2 A; 199 scm³ O&sub2;
Ionenquellenbetrieb für Material 2: 2 A; 99 scm³ O&sub2;
abschließendes Brennen: 600ºC, in Luft, 1 Stunde
Nach der obigen Beschreibung bevorzugter und alternativer Ausführungsformen der Erfindung wird der Durchschnittsfachmann erkennen, daß die beschriebene Erfindung aufgrund der hier erfolgten Offenbarung und im Umfang der Ansprüche modifiziert und erweitert werden kann.

Claims

1. Beschichtungsvorrichtung mit den folgenden Elementen:

eine Vakuumkammer; eine in der Kammer angebrachte und zum Befestigen von Substraten darauf angebrachte Trägereinrichtung; Beschichtungseinrichtungen, die mindestens eine erste Vorrichtung in der Form einer Abscheidungsvorrichtung aufweisen, die neben der Trägereinrichtung positioniert ist und zum Abscheiden eines ausgewählten Materials auf das Substrat geeignet ist, und mindestens eine zweite Vorrichtung, die neben der Trägereinrichtung positioniert und zum Erzeugen eines Plasmas mit Ionen niedriger Energie geeignet ist, die mit dem ausgewählten Material eine ausgewählte chemische Reaktion durchführen; wobei mindestens entweder die Trägereinrichtung oder die Beschichtungseinrichtung zur Bewegung im Verhältnis zur jeweils anderen entlang eines ausgewählten Pfads geeignet ist; wobei durch die Kombination der Trägereinrichtungsanordnung, der Abscheidungsvorrichtungsanordnung und der relativen Bewegung entlang des ausgewählten Pfads im wesentlichen gleiche Abscheidungsraten für die Substratoberflächen erzeugt werden; dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung eine Mikrowellen-Ionenquellenvorrichtung ist.

2. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung eine drehbare Trommel oder ein drehbarer Zylinder ist, auf der/dem die Substrate angebracht werden, um die Substrate an der Abscheidungsvorrichtung und der Ionenquellenvorrichtung vorbei zu führen.

3. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger-Befestigungseinrichtung eine drehbare Trommel oder ein drehbarer Käfig ist, um deren/dessen Außenoberfläche herum mehrere Substratträgerfacetten sind, wobei jeder Träger zur Rotation um eine Achse herum angebracht ist, die parallel zur Rotationsachse der Trommel verläuft, wodurch die Facetten den Vorrichtungen selektiv dargeboten werden.

4. Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verteilen der Mikrowellenentladung axial entlang der Trommel zum Erzielen der nötigen Flächendeckung der rotierenden Trommel ein Verteiler vorgesehen ist.

5. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratträgereinrichtung eine Spinnenanordnung ist, die mindestens ein Paar beabstandeter Arme aufweist, auf denen zwischen deren entgegengesetzten Enden Substratträgerzylinder angebracht sind; wobei die Spinnenanordnung drehbar ist und die Zylinder um ihre entsprechenden Achsen einzeln drehbar sind, die allgemein parallel zur Rotationsachse der Anordnung sind.

6. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung ein bewegliches Netz oder ein beweglicher Gürtel ist, auf dem Substrate befestigt sind, oder das/der das Substrat ist.

7. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung folgendes aufweist: eine Trommel; Ab- und Aufrolleinrichtungen im Innern der Trommel, die zum ständigen oder schubweisen Hindurchführen eines flexiblen Vlieses durch eine Öffnung und um die äußere Umfassung der Trommel geeignet sind; und Einrichtungen zum Steuern des Reibungseingriffs zwischen dem Vlies und der Trommel zum selektiven Ermöglichen des Hindurchgehens des Vlieses im Verhältnis zur Trommel.

8. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung Walzen aufweist, die an der äußeren Umfassung der Trommel angebracht sind, wobei ihre Rotationsachsen allgemein mit der Rotationsachse der Trommel ausgerichtet sind.

9. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratträgereinrichtung folgendes aufweist: eine Trommel; und ein Paar symmetrischer Walzensysteme, von denen jedes Auf- und Abwickelwalzen im Innern der Trommel aufweist, mit denen ein flexibles Vlies oder eine Folie durch entsprechende Öffnungen in der Trommel und um die äußere Umfassung der Trommel geführt werden kann; wobei das System zu einem ausgeglichenen Betrieb und zum Regeln des Reibungswiderstands geeignet ist.

10. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungsvorrichtung die Form eines drehbaren Zylinders hat und mehrere im Umkreis angeordnete Abscheidungsvorrichtungen aufweist.

11. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung im wesentlichen flach ist und für eine Translationsbewegung geeignet ist.

12. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung im wesentlichen flach ist und zu einer Drehbewegung entlang des ausgewählten Pfads geeignet ist, wobei die Trägereinrichtung weiter eine Einrichtung aufweist, auf der die Substrate zu einer Bewegung quer zum Drehbewegungspfad befestigt werden.

13. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung zum Befestigen von Substraten darauf geeignet ist und zwar in einem Feld, das zum Drehen der Substrate um die Rotationsachse im wesentlichen quer zur Rotationsachse der Trägereinrichtung ausgerichtet ist; daß die Beschichtungseinrichtung mindestens eine Schichtabscheidungsvorrichtung aufweist, die an einer Arbeitsstation in der Nähe und gegenüber dem Substratfeld angeordnet ist und zum Abscheiden eines ausgewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und mindestens einer Mikrowellen-Ionenquellenvorrichtung, die in der Nähe und gegenüber dem Substratfeld angeordnet ist und zum Erzeugen eines Plasmas zum Durchführen einer chemischen Reaktion mit dem abgeschiedenen Material geeignet ist; und daß die Vorrichtungen zur Bewegung im Verhältnis zur Trägereinrichtung quer zur Rotationsachse geeignet sind.

14. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur ausgewählten radialen Bewegung im Verhältnis zur Trägereinrichtung angebracht sind.

15. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquellenvorrichtung ein Feld von Punktionenquellen aufweist, die zum Verteilen des Plasmas über die Trägereinrichtung quer zur Bewegungsrichtung selbst angeordnet sind.

16. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungsvorrichtung eine zylindrische rotierende Magnetronvorrichtung ist.

17. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungsvorrichtung eine stationäre Verdampfungsquelle ist.

18. Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungsvorrichtung ein rotierende Verdampfungsquelle ist.

19. Verfahren zum Bilden optischer Beschichtungen auf Substraten mit den folgenden Schritten: Befestigen des Substrats auf einer Trägereinrichtung in einer Vakuumkammer; Vorsehen von Beschichtungseinrichtungen, die mindestens eine erste Vorrichtung in der Form einer Abscheidungsvorrichtung die neben der Trägereinrichtung angeordnet ist und zum Abscheiden eines ausgewählten Materials auf die Substrate geeignet ist, und eine zweite Vorrichtung, die zum Erzeugen eines Plasmas von Ionen niedriger Energie geeignet ist, aufweisen, zum Durchführen einer ausgewählten chemischen Reaktion mit dem ausgewählten Material; und Betreiben der Beschichtungseinrichtung zum Bilden einer ausgewählten optischen Beschichtung auf den Substraten, während mindestens entweder die Trägereinrichtung oder die Beschichtungeinrichtung im Verhältnis zur jeweils anderen Einrichtung entlang eines Pfads bewegt wird, der so ausgewählt ist, daß im wesentlichen gleiche Abscheidungsraten für ähnlich konfigurierte beabstandete Substrate erzielt werden; dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung eine Mikrowellen-Ionenquelle ist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellenenergie in der Mikrowellenvorrichtung an ein reaktives Gas (z. B. Sauerstoff) zum Erzeugen eines Plasmas angelegt wird, das eine hohe Konzentration angeregter Atome oder Moleküle als freie Radikale und Ionen, die zur Verwendung bei der chemischen Dampfabscheidung und reaktiven Abscheidung geeignet sind, enthält.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung zur Rotation um eine Achse angebracht ist und auf ihr zur Rotation mit ihr mehrere oder in Facetten aufgeteilte Substratträger angebracht sind; und weiter den folgenden Schritt aufweist: Rotieren der Trägereinrichtung, während die Beschichtungseinrichtung zum Abscheiden eines ausgewählten Materials auf die ausgewählten Facetten betrieben wird; und drehbares Indexieren der Substratträger, um ausgewählte Facetten davon der Beschichtungeinrichtung darzubieten.

22. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung eine Spinnenanordnung aufweist, die mindestens ein Paar beabstandeter Arme aufweist, auf denen zwischen deren entgegengesetzten Enden Substratträgerzylinder angebracht sind; wobei die Spinnenanordnung drehbar ist und die Zylinder um ihre entsprechenden Achsen einzeln drehbar sind, die allgemein parallel zur Rotationsachse der Spinnenanordnung sind; selektives Indexieren der Trägereinrichtung zwischen ausgewählten Positionen und Rotieren der Zylinder während des Aufenthalts an den ausgewählten Positionen zum selektiven Abscheiden mindestens eines Materials auf die Substrate und selektives Durchführen einer ausgewählten chemischen Reaktion mit dem abgeschiedenen Material an den Positionen.

23. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägereinrichtung im wesentlichen planar ist und zum Befestigen von Substraten darin in einer Ebene, die allgemein im rechten Winkel zur Rotationsachse der Trägereinrichtung ist, geeignet ist, wobei mindestens eine Abscheidungsvorrichtung vorgesehen wird, die an einer Arbeitsstation in der Nähe und gegenüber der Substratebene positioniert ist; Vorsehen mindestens einer Ionenguellenvorrichtung, die in der Nähe und gegenüber der Substratebene positioniert ist; und Rotieren der Trägereinrichtung zum Bewegen des Substrats an der ersten und zweiten Vorrichtung vorbei, während die Vorrichtungen im Verhältnis zur Trägereinrichtung bewegt werden.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidungs- und Reaktionsvorrichtungen selektiv so betrieben werden, daß eine Kompositschicht gebildet wird, die mindestens mehrere Schichten aufweist, wobei die Zusammensetzung einer jeden Schicht aus mindestens einer der folgenden Substanzen ausgewählt wird: ein erstes Metall, ein zweites Metall, ein Oxid des ersten Metalls, ein Oxid des zweiten Metalls, Mischungen des ersten und zweiten Metalls und Oxide von Mischungen des ersten und zweiten Metalls.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zum Sputtern von Abscheidungsschichten ausgewählter Materialien auf den Substraten und selektiven Betreiben der mindestens einen Reaktionsvorrichtung in Zusammenwirkung mit dem Liefern ausgewählten Reaktionsgases dazu zum Durchführen der ausgewählten Reaktion mit mindestens ausgewählten Schichten vor der Sputterabscheidung der nächsten nachfolgenden Schicht mehrere der Abscheidungsvorrichtungen vorgesehen werden und ausgewählte der Abscheidungsvorrichtungen in einer Abfolge betrieben werden.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ausgewählten Reaktion das abgeschiedene Material selektiv in mindestens eines der folgenden Produkte umgewandelt wird: Oxid, Nitrid, Hydrid, Sulfid, Fluorid, und Karbidverbindungen und Mischungen.

27. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählte Reaktion das abgeschiedene Material selektiv in ein Oxid umwandelt.