Herstellung von Präzisionsschichten mittels lonenstrahlsputtern

Die Ionenstrahlsputterbeschichtung zeichnet sich gegenüber alternativen Vakuum- Beschichtungstechniken wie Verdampfung oder Magnetronsputtern durch höhere kinetische Energien der schichtbildenden Teilchen aus. Damit lassen sich dichte, glatte und defektfreie Schichten im Allgemeinen sehr unkompliziert herstellen. Neueste Ionenquellenentwicklungen hin zu mehr Prozessstabilität und - reproduzierbarkeit, aber auch zu größeren Geometrien machen den Einsatz der Technik für die Abscheidung von Nanometer- Multischichtsystemen höchster Präzisionsanforderung attraktiv. Die gezielte und weitgehend voneinander unabhängige Einstellbarkeit von Ionenenergien, Sputter- und Reaktivgaspartialdrücken und Beschichtungsraten lässt maßgeschneidertes Schichtwachstum verschiedenster Materialien zu. Die Ionenstrahlsputter- Beschichtungsanlage 'IonSys 1600' wurde gemeinsam vom Fraunhofer IWS Dresden und der Fa. Roth & Rau AG (Hohenstein-Ernstthal) speziell für großflächige Präzisions-Multischichten entwickelt und ergänzt seit diesem Jahr die Beschichtungstechnik des IWS. Substrate bis 200 mm (rund) bzw. 500 mm (rechteckig) können beschichtet werden, wobei komplexe Schichtstapel aus bis zu sechs verschiedenen Materialien aufgebaut werden können. Durch ein spezielles Blenden- und Substratbewegungssystem können 1- und 2-dimensionale laterale Schichtdickengradienten mit Solldickenabweichungen smaller 0,1% über der gesamten Substratfläche aufgebracht werden. Anhand von Beispielen aus verschiedenen Anwendungsgebieten von Multischichten wird gezeigt, wie das Ionenstrahlsputtern mit seinen speziellen Eigenschaften für Materialsysteme mit schwierigem Wachstumsverhalten oder für Beschichtungen mit hohen Anforderungen hinsichtlich Reinheit, chemischer Zusammensetzung oder Struktur vorteilhaft eingesetzt werden kann.

Ion beam sputter deposition (IBSD) is a promising technique for the fabrication of high performance thin films because of the well defined and adjustable particle energies, which are rather high in comparison to other PVD techniques. Recent developments concerning long-term stability and lateral uniformity of the ion beam sources strengthen the position of the IBSD technique in the field of precise thin film synthesis. Furthermore, IBSD offers a more independent choice of relevant deposition parameters like particle energy and flux, process gas pressure and deposition rate. We present our currently installed large area IBSD facility IonSys 1600, which was developed by Fraunhofer IWS Dresden and Roth & Rau company (Hohenstein-Ernstthal). Substrate sizes of ?200 mm (circular) or ?500 mm length (rectangular) can be coated and multilayer stacks with ?6 different materials are possible. Tailored 1D or 2D film thickness distributions with deviations of <0.1% can be fabricated by a relative linear motion of the substrate holder above an aperture. To demonstrate the advantages of the IBSD technique esp. for sophisticated materials and films with high requirements concerning purity, chem. compn. or growth structure, several examples of deposited multilayers for various applications are presented.