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DE4443740B4 - Device for coating substrates - Google Patents

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DE4443740B4
DE4443740B4 DE19944443740 DE4443740A DE4443740B4 DE 4443740 B4 DE4443740 B4 DE 4443740B4 DE 19944443740 DE19944443740 DE 19944443740 DE 4443740 A DE4443740 A DE 4443740A DE 4443740 B4 DE4443740 B4 DE 4443740B4
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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...

Figure 00000001
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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 DE 38 29 260 A1 ist eine Beschichtungskammer mit mindestens einer durch einen Lichtbogen verzehrbaren Kathode und Einrichtungen zur Aufnahme von Gegenständen bekannt, die durch Niederschlag des mit einer Gasatmosphäre in der Kammer reagierten, in den Plasmazustand überführten Kathodenmaterials beschichtet werden. Dabei ist in einem Zwischenraum zwischen der Kathode und den Gegenständen ein Schirm angeordnet, der aus dem Zwischenraum entfernbar ist. Dadurch wird es möglich, sich während der Aufheizphase der indirekten Beheizung der Substrate zu bedienen und diese gleichzeitig vor dem Niederschlag von Tröpfchen des Kathodenmaterials zu schützen, während der Reaktionsphase jedoch den direkten Weg von den Kathoden zu den Substraten freizugeben.From the DE 38 29 260 A1 discloses a coating chamber having at least one consumable by an arc cathode and means for receiving objects, which are coated by precipitation of reacted with a gas atmosphere in the chamber, in the plasma state transferred cathode material. In this case, a screen is arranged in a space between the cathode and the objects, which is removable from the intermediate space. This makes it possible to use during the heating phase of the indirect heating of the substrates and at the same time to protect them from the deposition of droplets of the cathode material, but during the reaction phase to release the direct path from the cathodes to the substrates.

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 EP 0 489 659 A1 ist eine Beschichtungvorrichtung bekannt, bei der innerhalb einer geschlossenen Aussenkammer eine Innenkammer mit vergleichsweise grosser Wandungsstärke vorgesehen ist, die aus einem thermisch isolierenden Material besteht. Mit Abstand zu den Wandungen dieser Innenkammer sind Heizwiderstände angeordnet, die es gestatten, die zu beschichtenden Teile auf Temperaturen zwischen 400°C und 1300°C aufzuheizen.From the EP 0 489 659 A1 a coating device is known in which within a closed outer chamber, an inner chamber is provided with a comparatively large wall thickness, which consists of a thermally insulating material. At a distance from the walls of this inner chamber heating resistors are arranged, which allow to heat the parts to be coated to temperatures between 400 ° C and 1300 ° C.

Aus der DE 3 930 832 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die – gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1- den nächstliegenden Stand der Technik darstellt.From the DE 3 930 832 A1 a device is known which - represents the closest prior art - according to the preamble of claim 1-.

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:

1 eine schematische Querschnittdarstellung zur Erläuterung des Grundkonzepts des Aufbaus einer Vorrichtung nach der Erfindung, 1 a schematic cross-sectional view for explaining the basic concept of the structure of a device according to the invention,

2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einem drei Satellitentel ler aufweisenden Drehwagen, und 2 a schematic representation of a possible embodiment of a device according to the invention with a three satellite Teler ler having rotary car, and

3 eine der 2 entsprechende Darstellung mit einem Drehwagen mit sechs Satellitentellern. 3 one of the 2 corresponding representation with a trolley with six satellites plates.

1 zeigt in schematischer Weise den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung, die aus einer Vakuumkammer 1 und einer bezüglich der gekühlten Außenwandungen 2, 3 der Vakuumkammer 1 beabstandeten Innenkammer 5 zur Aufnahme eines oder mehrerer Substratträger besteht, wobei in 1 als Substratträger ein Drehteller 9 schematisch dargestellt ist. 1 shows schematically the basic structure of a coating device according to the invention, which consists of a vacuum chamber 1 and one with respect to the cooled outer walls 2 . 3 the vacuum chamber 1 spaced inner chamber 5 for receiving one or more substrate carriers, wherein in 1 as a substrate carrier a turntable 9 is shown schematically.

Die Wände 2 der Vakuumkammer 1 sind zum Teil von Front- und Seitentüren 3 gebildet, und die Vakuumkammer 1 ist über einen Anschluß 13 mit einer entsprechenden Vakuumquelle verbindbar, so daß im Innenraum der Vakuumkammer 1 und damit auch im eigentlichen Beschichtungsraum 12 in der Innenkammer 5 das jeweils erforderliche Vakuum erzeugt werden kann.The walls 2 the vacuum chamber 1 are partly from front and side doors 3 formed, and the vacuum chamber 1 is about a connection 13 connectable to a corresponding vacuum source, so that in the interior of the vacuum chamber 1 and thus also in the actual coating room 12 in the inner chamber 5 the required vacuum can be generated.

Die Innenkammer 5, die bezüglich der Vakuumkammer 1 zumindest im wesentlichen optisch dicht ausgeführt ist, wird begrenzt von Verdampferquellen 6, Heizsektoren 7 und Wandungssektoren 8, wobei die Anordnung so getroffen sein kann, daß ein mehreckiger oder im wesentlichen zylindrischer Beschichtungsraum 12 entsteht.The inner chamber 5 related to the vacuum chamber 1 is made at least substantially optically dense, is limited by evaporator sources 6 , Heating sectors 7 and wall sectors 8th wherein the arrangement may be such that a polygonal or substantially cylindrical coating space 12 arises.

Die Heizsektoren 7 sind als leistungsstarke Strahlungswärmequellen ausgebildet, und die Zahl der jeweils verwendeten Heizsektoren 7 sowie der zum Einsatz kommenden Strahlungsquellen 6 kann je nach dem vorgesehenen Einsatzzweck der Vorrichtung gewählt werden.The heating sectors 7 are designed as powerful radiant heat sources, and the number of heating sectors used in each case 7 as well as the radiation sources used 6 can be selected depending on the intended use of the device.

Im Ausführungsbeispiel nach 1 sind zwei Paare von sich in einer Rechteckanordnung gegenüberliegenden Heizsektoren 7 vorgesehen, und in den Eckbereichen sind Verdampferquellen 6 angeordnet, die sich ebenfalls paarweise gegenüberliegen und sich über die Höhe der Innenkammer 5 erstrecken.In the embodiment according to 1 are two pairs of heating sectors opposite each other in a rectangular arrangement 7 provided, and in the corner areas are evaporator sources 6 arranged, which are also opposite in pairs and the height of the inner chamber 5 extend.

Der zentrisch in der Innenkammer 5 angeordnete Substratträger 9 besteht aus einem im einzelnen noch zu erläuternden Drehwagen, der schnell auswechselbar gelagert ist, wozu die Vorrichtung vorzugsweise entsprechend aufschwenkbar ausgebildet ist.The centric in the inner chamber 5 arranged substrate carrier 9 consists of a still to be explained in detail rotary carriage, which is mounted quickly replaceable, for which the device is preferably formed according to swiveling.

Die Beladung des Substratträgers 9 erfolgt jeweils außerhalb der Vorrichtung, das heißt es kann jeweils ein Substratträger mit beschichteten Werkzeugen gegen einen Substratträger mit unbeschichteten Werkzeugen in Minutenschnelle ausgetauscht werden, so daß bei dadurch gewährleisteter Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Anlage dennoch zur Beladung der Werkzeuge außerhalb der Vorrichtung genügend Zeit zur Verfügung steht.The loading of the substrate carrier 9 takes place in each case outside the device, that is, it can be replaced in each case a substrate carrier with coated tools against a substrate carrier with uncoated tools in minutes, so that while thereby increasing the economic efficiency of the system is still enough time to load the tools outside the device available ,

Durch die Schaffung einer von den gekühlten Außenwandungen 2, 3 der Vakuumkammer 1 beabstandeten und durch einen isolierenden, plasmafreien Zwischenraum von dieser Außenkammer 1 getrennten Innenkammer 5 gelingt es in Verbindung mit den der Innenkammer 5 zugeordneten Heizsegmenten 7, einen Raum 12 zu schaffen, auf den das Plasma beschränkt ist und der einen isothermen Beschichtungs- bildet, der sehr schnell aufgeheizt und dabei desorbiert werden kann, wobei außerdem der Vorteil vorhanden ist, daß die Temperaturkontrolle in diesem isothermen Raum 12 vergleichsweise einfach und sicher gewährleistet werden kann. Eine starke Strahlungsheizung und deren sichere Kontrolle ist für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung von wesentlicher Bedeutung.By creating one of the cooled outer walls 2 . 3 the vacuum chamber 1 spaced and separated by an insulating, plasma-free space from this outer chamber 1 separate inner chamber 5 succeeds in conjunction with the interior chamber 5 associated heating segments 7 , a room 12 to which the plasma is confined and which forms an isothermal coating that can be heated and desorbed very rapidly, with the added benefit of having temperature control in this isothermal space 12 can be ensured comparatively easy and secure. A strong radiation heating and their safe control is essential for the operation of the device according to the invention.

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 6 werden bevorzugt solche Quellen verwendet, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 43 29 155 beschrieben sind.As evaporator sources 6 Preferably, such sources are used as described in German Offenlegungsschrift 43 29 155.

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 12 erstreckt und eine zur Höhe vergleichsweise geringe Breite besitzt.Such magnetic field cathodes have a surface-trained target with a target center associated with the inner ring coil and at least one assigned to the Targetumfangsbereich outer ring coil, the inner ring coil enclosing a arranged in the target center permanent magnet and forms a Feldlinienkonzentrator together with this permanent magnet. Such a magnetic field cathode can be formed without problems in the form of a rectangle, which extends over the height of the coating chamber 12 extends and has a height comparatively small width.

Es ist auch möglich, derartige Verdampferquellen 6 im Beschichtungsraum 12 horizontal und insbesondere auch deckenseitig anzuordnen, wenn dies für bestimmte Beschichtungsaufgaben zu Vorteilen führt.It is also possible to use such evaporation sources 6 in the coating room 12 horizontal and in particular also on the ceiling side, if this leads to advantages for certain coating tasks.

Der Abstand der Verdampferquellen 6 zu den auf dem Substratträger 9 gehalterten Substraten sollte vorzugsweise mindestens etwa 150 mm betragen, um sicherzustellen, daß lokale elektrische Felder nahe an den Werkzeugen die Bahn der Ionen praktisch nicht mehr verändern. Dadurch kann erreicht werden, daß die Ionenflußdichte auf allen Flächen des Substrats gleichmäßig ist und lokale thermische Überbelastungen, wie sie vor allem an Spitzen auftreten könnten, und andere Oberflächenmodifikationen verhindert werden.The distance of the evaporator sources 6 to the on the substrate carrier 9 The supported substrates should preferably be at least about 150 mm to ensure that local electric fields close to the tools virtually do not alter the trajectory of the ions. It can thereby be achieved that the ionic flux density is uniform on all surfaces of the substrate and local thermal overloads, which could occur especially at points, and other surface modifications are prevented.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen konkreten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Vakuumkammer 1 einen oktoederförmigen Querschnitt besitzt und die den isothermen Beschichtungsraum 12 umschließende Innenkammer 5 formmäßig entsprechend angepaßt ist. 2 shows a schematic representation of a possible concrete embodiment of the device according to the invention, wherein in this embodiment, the vacuum chamber 1 has an octahedral cross-section and the isothermal coating space 12 enclosing inner chamber 5 is suitably adapted accordingly.

Die Verdampferquellen 6 sind dabei in den Außenwandungen 2 gehaltert und damit in vorteilhafter Weise von außen her zugänglich. Sie erstrecken sich über den isolierenden Zwischenraum 4 bis in die Innenkammer 5 und bilden mit ihren Targetflächen gleichzeitig Begrenzungsflächen dieser Innenkammer 5. Es sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Paare von Verdampferquellen 6 vorgesehen, wobei sich die einzelnen Verdampferquellen 6 eines Paares diametral gegenüberliegen. Zwischen jeweils zwei Verdampferquellen 6 erstreckt sich jeweils ein Heizsektor 7, dessen Größe in Abhängigkeit von den in der Praxis gegebenen Forderungen gewählt werden kann und der entweder im wesentlichen die gesamte Fläche der jeweiligen Verbindungswand zwischen zwei Verdampferquellen 6 einnehmen oder einen Teil dieser Verbindungsfläche bilden kann.The evaporator sources 6 are in the outer walls 2 supported and thus accessible in an advantageous manner from the outside. They extend over the insulating space 4 into the inner chamber 5 and form with their target surfaces simultaneously boundary surfaces of this inner chamber 5 , There are two pairs of evaporator sources in this embodiment 6 provided, wherein the individual evaporator sources 6 diametrically opposed to each other. Between every two evaporation sources 6 each extends a heating sector 7 , the size of which can be chosen depending on the requirements in practice, and either the substantially entire area of the respective connecting wall between two evaporator sources 6 take or form part of this connection surface.

Im Beschichtungsraum 12 ist ein Substratträger in Form eines Drehtellers 9 und drei darauf drehbar angeordneten Satellitentellern 10 vorgesehen, wobei diese Satellitenteller 10 um 120° gegeneinander versetzt angebracht sind und die eigentlichen Werkstückträger bilden. Diese Substratträgeranordnung ist so ausgebildet, daß sie in allen Richtungen für das Plasma bestmöglich durchlässig ist, um Abschirmeffekte auszuschalten. Die Verwendung von drei Satellitentellern in der gezeigten Weise ist besonders vorteilhaft, da bei dieser Anordnung im Mittelbereich kein feldfreier Raum entsteht, in dem sich undefinierte Plasmabedingungen und gegebenenfalls störende Hohlkathodeneffekte ausbilden könnten. Die Drehtellermitte ist demgemäß offen, wodurch sichergestellt ist, daß zum einen bereits während der Aufheizung des Beschichtungsraums 12 durch Heizflächen 7 und zum anderen vor allem während der nachfolgenden Ätz- und Beschichtungsvorgänge jedes auf den Satellitentellern angeordnete Werkzeug an jedem Punkt seiner Oberfläche möglichst zu jeder Zeit Sichtkontakt zu einer der Strahlungs- und insbesondere der Verdampferquellen besitzt, wobei dieses Kriterium insbesondere bei den Beschichtungsvorgängen realisiert sein muß, bei den Aufheizvorgängen aber ebenfalls von Vorteil ist.In the coating room 12 is a substrate carrier in the form of a turntable 9 and three satellite dishes rotatably mounted thereon 10 provided, these satellite dishes 10 mounted offset by 120 ° from each other and form the actual workpiece carrier. This substrate support arrangement is designed so that it is the best possible way in all directions for the plasma to eliminate shielding effects. The use of three satellite dishes in the manner shown is particularly advantageous, since in this arrangement, no field-free space is created in the central region, in which undefined plasma conditions and possibly interfering hollow cathode effects could form. The turntable center is accordingly open, which ensures that on the one hand already during the heating of the coating chamber 12 through heating surfaces 7 and on the other hand, especially during the subsequent etching and coating operations, each tool arranged on the satellite plates has visual contact with one of the radiation sources and, in particular, the evaporator sources at every point of its surface at all times, this criterion having to be realized in particular during the coating processes, in the heating but also beneficial.

Um dieses Kriterium während der Ätz- und Beschichtungsvorgänge gewährleisten zu können, wird die Vorrichtung vorzugsweise stets mit einer Mehrzahl von Verdampfern 6 betrieben, die sich im wesentlichen über die Höhe des Beschichtungsraums 12 erstrecken, und es wird auch darauf geachtet, daß eine möglichst schnelle Rotation von Drehteller 9 und Satellitentellern 10 realisiert wird.In order to be able to ensure this criterion during the etching and coating processes, the device is preferably always equipped with a plurality of evaporators 6 operated, which essentially exceeds the height of the coating room 12 extend, and it is also ensured that the fastest possible rotation of turntable 9 and satellite dishes 10 is realized.

Der Antrieb der Substratträgereinheit erfolgt beispielsweise derart, daß sich die Satellitenteller 10 während einer Drehung des Drehtellers 9 etwa drei- bis fünfmal um ihre Achse drehen, wobei die auf den Satellitentellern 10 vorgesehenen Werkzeugträger wiederum bei jeder Drehung des zugehörigen Satellitentellers über einen bestimmten Winkelbereich gedreht werden, so daß sich insgesamt eine Dreifachdrehung der zu beschichtenden Substrate ergibt.The drive of the substrate carrier unit, for example, such that the satellite dish 10 during a turn of the turntable 9 Turn around its axis about three to five times, with those on the satellite plates 10 provided tool carrier are in turn rotated at each rotation of the associated satellite dish over a certain angular range, so that in total results in a triple rotation of the substrates to be coated.

3 zeigt eine Modifikation der Vorrichtung nach 2, wobei der Drehteller 9 mit sechs gleichmäßig über seinen Umfang verteilten Satellitentellern 10 versehen ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann durch geeignete Ausgestaltung und Dimensionierung der Satellitenteller 10, für die in 3 der maximal mögliche Durchmesser zeichnerisch dargestellt ist, das Kriterium erfüllt werden, daß jedes Werkzeug an jedem Punkt seiner Oberfläche praktisch zu jeder Zeit Sichtkontakt zu mindestens einer der Verdampferquellen 6 besitzt. In Abhängigkeit von den jeweiligen Beschichtungsaufgaben wird der Durchmesser der Satellitenteller 10 und auch die Anzahl der jeweils verwendeten Satellitenteller gewählt, wobei stets darauf geachtet wird, daß das Sichtkontakt-Kriterium erfüllt werden kann. 3 shows a modification of the device according to 2 , where the turntable 9 with six satellite plates distributed evenly around its circumference 10 is provided. Also in this embodiment, by suitable design and dimensioning of the satellite dish 10 for which in 3 the maximum possible diameter is shown graphically, the criterion is met that each tool at each point of its surface virtually at all times visual contact with at least one of the evaporator sources 6 has. Depending on the respective coating tasks, the diameter of the satellite dish 10 and also the number of satellite dishes used in each case, always taking care that the visual contact criterion can be met.

Bei der in 3 konkrekt gezeigten Ausführungsvariante mit sechs Satellitentellern 10, die umfangsmäßig nahezu aneinandergrenzen, kann ein feldarmer Innenbereich 14 innerhalb der Satellitenteller 10 entstehen, und in diesem Innenbereich 14 wird zum Zwecke der Vermeidung unerwünschter Plasma-CVD-Reaktionen oder Plasma-CVD-ähnlicher Reaktionen oder anderer Plasma-Inhomogenitäten oder Plasma-Störungen vorzugsweise zumindest eine weitere Verdampferquelle vorgesehen, die gegebenenfalls allseitig wirksam ist und relativ zu den rotierenden Teilen feststehend gehaltert sein kann.At the in 3 konkrekt shown embodiment with six satellite plates 10 , which are close to each other circumferentially, can be a field poor indoor area 14 inside the satellite dish 10 arise, and in this interior 14 For the purpose of avoiding unwanted plasma CVD reactions or plasma CVD-like reactions or other plasma inhomogeneities or plasma disturbances, it is preferable to provide at least one further source of evaporation which may be effective on all sides and may be fixedly supported relative to the rotating parts.

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)

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 die Wandungssektoren (8) und die Heizflächen (7) zur Erzielung von Ionen-Platiereffekten an einer vorgebbaren Vorspannung liegen.Device for coating substrates with an evacuable vacuum chamber ( 1 ) with coolable outer walls ( 2 . 3 ), at least one within the vacuum chamber ( 1 ), rotatably and in particular exchangeably mounted substrate carrier ( 9 . 10 ) and at least one to the substrate carrier ( 9 . 10 ) directed evaporator source ( 6 ), wherein in the vacuum chamber ( 1 ) at a distance from their coolable outer walls ( 2 . 3 ) and forming an insulating, plasma-free intermediate space ( 4 ) an at least substantially self-contained inner chamber ( 5 ) of heating and wall sectors ( 7 . 8th ) and at least one integrated evaporator source ( 6 ) is limited and a substrate carrier ( 9 . 10 ) receiving isothermal coating space ( 12 ), characterized in that - in the inner chamber ( 5 ) at least substantially over the height of the inner chamber ( 5 ) extending evaporator ( 6 ), whereby the between the evaporators ( 6 ) located areas of the inner chamber ( 5 ) at least in part as radiant heating surfaces ( 7 ) and - the wall sectors ( 8th ) and the heating surfaces ( 7 ) to achieve ion-plating effects at a predetermined bias. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfer (6) sich diametral gegenüberliegen und aus Magnetfeldkathoden bestehen, die insbesondere rechteckförmig mit im Vergleich zur Höhe geringer Breite ausgebildet sind.Device according to claim 1, characterized in that the evaporators ( 6 ) are diametrically opposed and consist of magnetic field cathodes, which are in particular rectangular in shape compared to the height of small width. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkammer (5) mehreckig ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner chamber ( 5 ) is polygonal. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die keine aktiven Funktionsbereiche bildenden Wandungssektoren (8) der Innenkammer (5) eine geringe Wärmekapazität besitzen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the wall sectors forming no active functional areas ( 8th ) of the inner chamber ( 5 ) have a low heat capacity. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferquellen (6) in den Außenwandungen (2) der Vakuumkammer (1) gehaltert sind und sich über den Zwischenraum (4) bis in die Innenkammer (5) erstrecken.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator sources ( 6 ) in the outer walls ( 2 ) of the vacuum chamber ( 1 ) are held and about the space ( 4 ) into the inner chamber ( 5 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich der Außenwandung (2) der Vakuumkammer (1) in Form einer aufschwenkbaren Türe (3) ausgebildet ist und dass mit diesem Türbereich ein entsprechender Teilbereich der Innenkammer (5) aufschwenkbar und damit der Beschichtungsraum (12) zugänglich ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least a portion of the outer wall ( 2 ) of the vacuum chamber ( 1 ) in the form of a swing-up door ( 3 ) is formed and that with this door region a corresponding portion of the inner chamber ( 5 ) and thus the coating space ( 12 ) is accessible. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratträger aus einem Drehteller (9) mit ins besondere drei darauf angeordneten, ebenfalls drehbar gelagerten Satellitentellern (10) besteht, und daß diese Substratträgeranordnung bezüglich der Verdampferquellen (6) derart dimensioniert und ausgebildet ist, daß der Drehteller (9) von jedem Strahlungsbereich (11) der Verdampferquellen (6) zumindest im wesentlichen über seinen gesamten Durchmesser erfaßt wird.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate carrier consists of a turntable ( 9 ) with in particular three arranged thereon, also rotatably mounted satellite plates ( 10 ), and that this substrate carrier arrangement with respect to the evaporator sources ( 6 ) is dimensioned and designed such that the turntable ( 9 ) of each radiation area ( 11 ) of the evaporator sources ( 6 ) is detected at least substantially over its entire diameter. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenkammer (5) zusätzlich eine zentrale Verdampferquelle vorgesehen ist, die sich in einen freien Mittelbereich des Substratträgers (9, 10) erstreckt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the inner chamber ( 5 ) in addition a central evaporator source is provided which extends into a free central region of the substrate carrier ( 9 . 10 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdampferquellen (6) nach dem Prinzip der Arc-Technik bzw. dem Prinzip der Bogenentladung arbeitende Quellen bestehen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that as evaporator sources ( 6 ) exist according to the principle of the arc technique or the principle of arc discharge working sources.
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