DE4443740B4 - Device for coating substrates - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
zum Beschichten von Substraten mit einer evakuierbaren Vakuumkammer
(1) mit kühlbaren
Außenwandungen
(2, 3), wenigstens einem innerhalb der Vakuumkammer (1) angeordneten,
rotier- und insbesondere auswechselbar gelagerten Substratträger (9, 10)
und zumindest einer zum Substratträger (9, 10) gerichteten Verdampferquelle
(6) , wobei in der Vakuumkammer (1) mit Abstand von deren kühlbaren
Außenwandungen
(2, 3) und unter Ausbildung eines isolierenden, plasmafreien Zwischenraums
(4) eine zumindest im wesentlichen in sich geschlossene Innenkammer
(5) vorgesehen ist, die von Heiz- und Wandungssektoren (7, 8) und
zumindest einer integrierten Verdampferquelle (6) begrenzt ist und
einen den Substratträger
(9, 10) aufnehmenden isothermen Beschichtungsraum (12) bildet,
dadurch
gekennzeichnet, dass
– in
der Innenkammer (5) mehrere sich zumindest im wesentlichen über die
Höhe der
Innenkammer (5) erstreckende Verdampfer (6) vorgesehen sind,
– wobei
die zwischen den Verdampfern (6) gelegenen andungsbereiche der Innenkammer
(5) zumindest zum Teil als Strahlungsheizflächen (7) ausgebildet sind und
– wobei...Device for coating substrates with an evacuable vacuum chamber (1) with coolable outer walls (2, 3), at least one substrate carrier (9, 10) arranged rotatably and in particular exchangeably within the vacuum chamber (1) and at least one substrate carrier (9 , 10) directed evaporator source (6), wherein in the vacuum chamber (1) at a distance from the coolable outer walls (2, 3) and to form an insulating, plasma-free space (4) provided at least substantially self-contained inner chamber (5) which is delimited by heating and wall sectors (7, 8) and at least one integrated evaporator source (6) and forms an isothermal coating space (12) accommodating the substrate carrier (9, 10),
characterized in that
- in the inner chamber (5) a plurality of at least substantially over the height of the inner chamber (5) extending evaporator (6) are provided,
- Wherein located between the evaporators (6) andungsbereiche the inner chamber (5) are at least partially formed as Strahlungsheizflächen (7) and
- in which...
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten mit einer evakuierbaren Vakuumkammer mit kühlbaren Außenwandungen, wenigstens einem innerhalb der Vakuumkammer angeordneten, rotier- und insbesondere auswechselbar gelagerten Substratträger und zumindest einer zum Substratträger gerichteten Verdampferquelle.The The invention relates to a device for coating substrates with an evacuable vacuum chamber with coolable outer walls, at least one arranged within the vacuum chamber, rotating and in particular interchangeably mounted substrate carrier and at least one directed to the substrate carrier Evaporator source.
Beschichtungsvorrichtungen dieser Art sind bekannt und werden beispielsweise dazu verwendet, Schichten auf Werkzeuge aufzubringen, die deren Eigenschaften und Lebensdauer wesentlich verbessern.coaters of this type are known and are used, for example, layers to apply to tools whose characteristics and life improve significantly.
Mit diesen bekannten Vorrichtungen bereitet es jedoch Schwierigkeiten, eine eindeutig reproduzierbare Abscheidung von Schichten hoher und höchster Qualität zu gewährleisten. Die Ursachen für diese unbefriedigenden Ergebnisse sind vielschichtig und konnten bisher nicht beseitigt werden. Nachteilig bei den bekannten, insbesondere bei den nach der Arc-Technologie arbeitenden Vorrichtungen ist ferner, daß aufgrund unvermeidbarer Anlagen-Reinigungsvorgänge nicht nur störend hohe Reinigungskosten, sondern auch teure Maschinenstillstandzeiten und damit Produktivitätsverluste in Kauf genommen werden müssen.With However, these known devices are experiencing difficulties to ensure a clearly reproducible deposition of layers of high and highest quality. The causes of this unsatisfactory results are complex and have been so far not be eliminated. A disadvantage of the known, in particular at the after the arc technology Working devices is also that due to unavoidable plant cleaning operations not only disturbing high cleaning costs, but also expensive machine downtime and thus productivity losses must be accepted.
Aus
der
Aus der WO 92/14859 A1 ist eine Vorrichtung zur Reduzierung von Droplets bei der Beschichtung von Oberflächen mit Hartstoffen nach dem PVD-Verfahren bekannt, die eine doppelwandige, wassergekühlte Kammer aufweist, in der eine durch Heizschlangen realisierte Strahlungsheizung im Bereich der Innenwand der Kammer vorgesehen ist. Um eine Aufheizung der Innenwand der Reaktionskammer zu vermeiden, sind zwischen den Heizelementen und der Innenwand Reflektoren vorgesehen. Die Strahlungsheizung dient dabei ausschliesslich zur Erwärmung der zu beschichtenden Gegenstände bzw. der Oberfläche der zu beschichtenden Gegenstände vor Beginn der Beschichtung.Out WO 92/14859 A1 is an apparatus for reducing droplets when coating surfaces with hard materials known by the PVD process, which is a double-walled, water-cooled chamber has, in a realized by heating coils radiation heating is provided in the region of the inner wall of the chamber. To heat up To avoid the inner wall of the reaction chamber are between the Heating elements and the inner wall reflectors provided. The radiant heating serves only to heat the to be coated Objects or the surface the objects to be coated before the start of the coating.
Aus
der
Aus
der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die es bei vergleichsweise einfachem Aufbau ermöglicht, qualitativ hochwertige, möglichst kompakte und spannungsarme Beschichtungen bei hoher Produktivität zu erreichen. Ferner sollen aufwändige Reinigungsarbeiten im Anlageinneren vermieden und die geforderte Reproduzierbarkeit der Beschichtungen gewährleistet werden können.task The invention is a device of the type specified To create kind, which makes it possible with comparatively simple structure, qualitatively high quality, possible achieve compact and low-tension coatings with high productivity. Furthermore, elaborate Cleaning work inside the plant avoided and the required Reproducibility of the coatings can be guaranteed.
Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung im wesentlichen dadurch, dass in der Vakuumkammer mit Abstand von deren kühlbaren Aussenwandungen und unter Ausbildung eines isolierenden, plasmafreien Zwischenraums eine zumindest im wesentlichen in sich geschlossene Innenkammer vorgesehen ist, die von Heiz- und Wandungssektoren und zumindest einer integrier ten Verdampferquelle begrenzt ist und einen den Substratträger aufnehmenden isothermen Beschichtungsraum bildet.Is solved this object according to the invention essentially in that in the vacuum chamber at a distance from the coolable outer walls and forming an insulating, plasma-free space an at least substantially self-contained inner chamber is provided by heating and wall sectors and at least an integrated evaporator source is limited and receiving the substrate carrier forms isothermal coating space.
Durch die Schaffung einer von den gekühlten Außenwandungen der Vakuumkammer durch einen isolierenden, plasmafreien Zwischenraum getrennten Innenkammer wird es möglich, die Beschichtungsvorgänge in einem isothermen Beschichtungs- bzw. Plasmaraum durchzuführen, das heißt in einem Raum, in dem sämtliche Teile, das heißt auch größere und kleinere zu beschichtende Gegenstände ebenso wie die diesen Raum begrenzenden Wandungen praktisch auf gleicher Temperatur sind und somit in diesem die gleichmäßige Plasmaverteilung fördernden isothermen Raum kein störender Temperaturgradient vorliegt. Ein ausgeprägter Temperaturgradient tritt erst in dem plasmafreien Zwischenraum zwischen Innenkammer und den Außenwandungen der Vakuumkammer auf.By the creation of one of the cooled outer walls the vacuum chamber through an insulating, plasma-free space separate inner chamber it becomes possible the coating processes in an isothermal plating space to perform the is called in a room where all Parts, that is also larger and smaller objects to be coated as well as the room limiting walls are practically at the same temperature and thus in this promoting the uniform plasma distribution Isothermal space is not disturbing Temperature gradient is present. A pronounced temperature gradient occurs only in the plasma-free space between the inner chamber and the Exterior walls of the Vacuum chamber on.
Das Vorhandensein eines isothermen Plasmaraums wirkt sich auf die Beschichtungsqualität sowie auf die Stabilität des darin durchgeführten Beschichtungsprozesses sehr positiv aus.The presence of an isothermal plas Maraums has a very positive effect on the coating quality as well as on the stability of the coating process carried out in it.
Von wesentlicher Bedeutung ist ferner, daß an den gekühlten Außenwandungen der Vakuumkammer keinerlei Abscheideeffekte auftreten und damit auch die bei herkömmlichen Anlagen aufwendigen Reinigungsvorgänge im Anlageninnenraum entfallen. Die sich in der Innenkammer in Form von Hartstoff-Festpartikeln bildenden beschichteten Stellen platzen von Zeit zu Zeit ab und können dann problemlos zum Beispiel mittels eines Staubsaugers abgesaugt werden. Dieser erfindungsgemäß erreichte Selbstreinigungseffekt führt zu einer wesentlichen Produktivitätssteigerung, da teure Maschinenstillstandszeiten vermieden werden können.From It is also essential that on the cooled outer walls the vacuum chamber no separation effects occur and thus also with conventional Plants consuming cleaning operations in the plant interior omitted. Located in the inner chamber in the form of hard solid particles From time to time, the coated areas that form form part of it can then sucked easily, for example by means of a vacuum cleaner become. This inventively achieved self-cleaning effect leads to a significant increase in productivity, because expensive machine downtime can be avoided.
Die der optisch praktisch dicht ausgebildeten Innenkammer zugeordneten bzw. Wandungen dieser Innenkammer bildenden Heizsektoren sind so dimensioniert, daß die Aufheizung der Substrate auf die Solltemperatur nahezu ausschließlich durch die erzeugte Strahlungswärme erreicht wird, wobei der Innenraum der Kammer sehr schnell auf hohe Temperatur gebracht werden kann, da die Wandungen nur geringe Wärmekapazität besitzen und vor allem nicht in Kontakt mit den gekühlten Aussenwandungen stehen, sondern von diesen Aussenwandungen durch den aufgrund der Evakuierung sehr ausgeprägt isolierenden Zwischenraum getrennt sind.The associated with the optically virtually dense inner chamber or walls of this inner chamber forming heating sectors are so dimensioned that the Heating the substrates to the target temperature almost exclusively by the generated radiant heat is achieved, with the interior of the chamber very fast to high Temperature can be brought, since the walls have only low heat capacity and especially not in contact with the cooled outer walls, but from these outer walls due to the evacuation very pronounced insulating space are separated.
Die Wandungen der Innenkammer liegen gemäss der vorliegenden Erfindung an einer Bias-Spannung, um gezielt einen Ionen-Platiereffekt zu erreichen und auf diese Weise sicherzustellen, dass unter Vermeidung jeglicher Staubbildung auf den Innenkammerwänden eine feste Abscheidung erhalten wird, die nach einer gewissen maximalen Schichtdicke automatisch abplatzt und damit problemfrei entfernt werden kann.The Walls of the inner chamber are according to the present invention at a bias voltage, to specifically achieve an ion-plating effect and on this To ensure that while avoiding any dust formation on the inner chamber walls A solid deposit is obtained after a certain maximum Layer thickness automatically peels off and thus removed problem-free can be.
Als Substratträger wird vorzugsweise ein schnell auswechselbarer, in der Innenkammer gelagerter Drehteller mit einer Mehrzahl von darauf ebenfalls drehbar gelagerten und angetriebenen Satellitentellern für Werkstückhalterungen verwendet, so dass sich eine Dreifachdrehung der Werkstücke erzielen lässt.When substrate carrier is preferably a fast interchangeable, in the inner chamber mounted turntable with a plurality of it also rotatable mounted and powered satellite plates used for workpiece holders, so that a triple rotation of the workpieces can be achieved.
Der Innenkammer sind bevorzugt mehrere, sich über die Kammerhöhe erstreckende, vertikal angeordnete Verdampferquellen zugeordnet, die über den Umfang des Drehtellers verteilt sind. Durch das Zusammenspiel der Strahlungsbereiche dieser Verdampferquellen und die Ausgestaltung der Substratträgerandordnung kann die Forderung erfüllt werden, dass jedes sich in der Innenkammer befindende, mehrfach rotierende Substrat an jedem Punkt seiner zu beschichtenden Oberfläche zumindest im Wesentlichen zu jedem Zeitpunkt Sichtkontakt zu mindestens einer der Verdampferquellen besitzt.Of the Inner chamber are preferably a plurality, extending over the chamber height, assigned vertically arranged evaporator sources that over the Scope of the turntable are distributed. Through the interaction of Radiation areas of these evaporator sources and the embodiment the substrate carrier array can fulfill the requirement be that each located in the inner chamber, multiple times rotating substrate at any point of its surface to be coated at least essentially at any time visual contact with at least one has the evaporator sources.
Durch diese Massnahme wird erreicht, dass sich insbesondere im Zentralbereich des Substratträgers keine unerwünschten Plasma-CVD-Reaktionen oder Plasma-CVD-ähnliche Reaktionen oder andere Plasma-Inhomogenitäten oder Plasma-Störungen einstel len können und auch kein störender Hohlkathodeneffekt auftreten kann. Es wird vielmehr eine ausgezeichnete Plasmahomogenität im gesamten Innenkammerraum gewährleistet.By This measure is achieved, especially in the central area of the substrate carrier no unwanted Plasma CVD reactions or plasma CVD-like reactions or other plasma inhomogeneities or Set plasma interference can and no annoying Hollow cathode effect may occur. It's going to be an excellent one instead plasma uniformity guaranteed in the entire inner chamber space.
Besonders günstig ist es, eine Substratträgeranordnung aus einem Drehteller und drei darauf drehbar gelagerten Satellitentellern zu verwenden, da mit einer derartigen Konfiguration ein Optimum hinsichtlich der Beladungsmöglichkeiten einerseits und der Beschichtungsgleichmäßigkeit andererseits erreichbar ist, da bei dieser Konfiguration im Innenbereich des Substratträgers kein feldfreier Raum vorliegt, in dem sich undefinierte Plasmabedingungen einstellen könnten.Especially Cheap it is a substrate carrier assembly from a turntable and three rotatably mounted satellite dishes to use, since with such a configuration an optimum in terms the loading possibilities On the one hand and the coating uniformity on the other hand achievable is, since in this configuration in the interior of the substrate carrier no field-free space exists in which set undefined plasma conditions could.
Für die praktische Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist es günstig, wenn die Verdampferquellen in den stabilen Außenwandungen der Vakuumkammern gehaltert sind und sich durch den eine Isolierhülle bildenden Zwischenraum in die Innenkammer erstrecken bzw. mit ihren Targetflächen Begrenzungsflächen der Innenkammer bilden. Auf diese Weise läßt sich auch ein einfaches Öffnen der Vorrichtung zu Beschickungszwecken erzielen, da ein großflächiges Aufschwenken eines Außenwandungsbereichs zusammen mit einem zugeordneten Bereich der Wandung der Innenkammer erfolgen kann.For the practical Embodiment of the device according to the invention, it is advantageous if the evaporator sources in the stable outer walls of the vacuum chambers are held and by the insulating sheath forming a gap extend into the inner chamber or with their target surfaces boundary surfaces of the Form inner chamber. In this way, also a simple opening of the Achieve device for feeding purposes, as a large-scale swinging an outer wall area along with an associated area of the wall of the inner chamber can be done.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben und werden im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.Further advantageous embodiments and features of the invention are in dependent claims and are used in conjunction with the description below of exemplary embodiments explained with reference to the drawing.
In der Zeichnung zeigt:In the drawing shows:
Die
Wände
Die
Innenkammer
Die
Heizsektoren
Im
Ausführungsbeispiel
nach
Der
zentrisch in der Innenkammer
Die
Beladung des Substratträgers
Durch
die Schaffung einer von den gekühlten Außenwandungen
Die Innenkammerwandungen können an eine Bias-Spannung angelegt sein, die sicherstellt, daß sich an den Kammerwandungen kompakte Hartstoffschichten abscheiden, deren problemfreie Entfernung beispielsweise gezielt dadurch erfolgen kann, daß die Vorrichtung über einige Stunden der Atmosphäre ausgesetzt wird, wobei Wasserdampf und andere Luftgase in die Schichten eindringen und sie zum Abplatzen bringen und damit eine Art von Selbstreinigungseffekt erzielt wird.The Inner chamber walls can be applied to a bias voltage, which ensures that the chamber walls to deposit compact hard material layers whose problem-free removal, for example, can be done specifically by that the Device over a few hours of the atmosphere is exposed, using water vapor and other air gases in the layers penetrate and cause them to flake off and thus a kind of self-cleaning effect is achieved.
Praktisch führt dieser Sachverhalt dazu, daß eine große Anzahl von Chargen ohne jegliche Zwischenreinigung beschichtet werden kann und damit bei herkömmlichen Anlagen unvermeidbare Reinigungskosten und teure Maschinenstillstandszeiten entfallen.Practically leads this Fact that a size Number of batches can be coated without any intermediate cleaning can and therefore conventional Equipment unavoidable cleaning costs and expensive machine downtime accounts.
Als
Verdampferquellen
Solche
Magnetfeld-Kathoden besitzen ein flächig ausgebildetes Target mit
einer dem Targetzentrum zugeordneten, innenliegenden Ringspule und
zumindest einer dem Targetumfangsbereich zugeordneten außenliegenden
Ringspule, wobei die innenliegende Ringspule einen im Targetzentrum
angeordneten Permanentmagneten umschließt und zusammen mit diesem
Permanentmagneten einen Feldlinienkonzentrator bildet. Eine derartige
Magnetfeld-Kathode läßt sich
problemfrei in Form eines Rechtecks ausbilden, das sich über die
Höhe der
Beschichtungskammer
Es
ist auch möglich,
derartige Verdampferquellen
Der
Abstand der Verdampferquellen
Die
Verdampferquellen
Im
Beschichtungsraum
Um
dieses Kriterium während
der Ätz-
und Beschichtungsvorgänge
gewährleisten
zu können, wird
die Vorrichtung vorzugsweise stets mit einer Mehrzahl von Verdampfern
Der
Antrieb der Substratträgereinheit
erfolgt beispielsweise derart, daß sich die Satellitenteller
Bei
der in
- 11
- Vakuumkammervacuum chamber
- 22
- Außenwandungouter wall
- 33
- Türendoors
- 44
- Isolierender Zwischenrauminsulating gap
- 55
- Innenkammerinner chamber
- 66
- Verdampferquelleevaporation source
- 77
- Heizsektorheating sector
- 88th
- WandungssektorWandungssektor
- 99
- Drehtellerturntable
- 1010
- Satellitentellersatellite dish
- 1111
- Strahlungsbereichradiation range
- 1212
- Isothermer Beschichtungsraumisothermal coating room
- 1313
- Vakuumanschlußvacuum port
- 1414
- Innenbereichinterior
Claims (9)
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Representative=s name: GRUENECKER, KINKELDEY, STOCKMAIR & SCHWANHAEUSSER, |
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