Magnetron sputter-deposition on atom layer scale

For many applications there is an increasing request to control the deposition process on an atom layer scale. This offers a lot of advantages like in accuracy, layer homogeneity and tailoring of layer properties. On the other hand the speed and throughput of the process should not suffer from the control on an atom layer scale as it is the case for classical atom layer deposition (ALD). For optical applications especially high-end interference filter coatings we developed a plasma assisted reactive magnetron sputtering process in combination with a high speed drive for the substrates. This combination allows controlling the layer thicknesses and layer properties on an atom layer scale while maintaining a high deposition rate. The advantages of this process are demonstrated on single layer results of SiO2, HfO2, ZrO2, Ta2O5 and mixed oxides of SiO2-Nb2O5. Morphology, surface roughness, film stress, refractive index and losses are controlled by the oxygen partial pressure, the substrate temperature, the energy input by the sputtering -and assist process and by cosputtering. The outstanding performance of high-end interference filter coatings like a multi notch filter for fluorescence microscopy is achieved by the very stable and reproducible deposition process in combination with an advanced thickness control strategy based on in-situ optical thickness control and time control. Magnetron Sputter-Abscheidung im Atomlagen Masstab Bei vielen Anwendungen wachst die Notwendigkeit, den Beschichtungsprozes im Atomlagen Masstab zu kontrollieren. Dies eroffnet viele Vorteile in Genauigkeit, Schichthomogenitat und Masschneidern von Schichteigenschaften. Andererseits darf Geschwindigkeit und Durchsatz des Prozesses nicht unter der Kontrolle im Atomlagen Masstab leiden, wie dies beim klassischen ALD der Fall ist. Fur optische Anwendungen, insbesondere hochwertige Interferenzfilter Beschichtungen, haben wir einen Plasma unterstutzten, reaktiven Magnetron Sputterprozes entwickelt und mit einem Hochgeschwindigkeitsantrieb fur die Substrate kombiniert. Diese Kombination erlaubt Schichtdicken und Schichteigenschaften im Atomlagen Masstab zu kontrollieren bei gleichzeitig hoher Beschichtungsrate. Die Vorteile dieses Prozesses werden an Einzelschicht-Ergebnissen von SiO2, HfO2, ZrO2, Ta2O5 und SiO2Nb2O5 Mischschichten gezeigt. Struktur, Oberflachenrauheit, Schichtstres, Brechwert und Verluste werden durch den Sauerstoff Partialdruck, die Substrat-temperatur, den Energieeintrag beim Sputter und Assistprozes und durch Co-Sputtern kontrolliert. Die herausragende Gute von hochwertigen Interferenzfilter-Beschichtungen wie einem Multi Notch Filter fur Fluoreszenzmikroskopie wird erreicht durch Kombination des sehr stabilen und reproduzierbaren Beschichtungs-Prozesses mit einer hochentwickelten Schichtdikkenkontrollstrategie auf Basis von optischer Schichtdickenkontrolle und Zeitkontrolle.