DD300782A7 - Einrichtung zum Aufbringen von Schichtsystemen bei statistischer Beschichtung von Schüttgut - Google Patents

Abstract

Die Einrichtung zum Aufbringen von Schichtsystemen bei statistischer Beschichtung von Schüttgut dient dem Erzeugen der Widerstandsschicht auf den Keramiksubstraten für Rundwiderstände. Erfindungsgemäß ist in dem Drehkorb für das Schüttgut eine feststehende Blende angeordnet. Zu beiden Seiten befindet sich ein Plasmatron, dessen Targetebene parallel zur Oberfläche des sich bei jeder Drehrichtung bildenden Schüttsegmentes verläuft. Die Trennwand hat nach unten einen Abstand zum Drehkorb der gleich oder kleiner der Dicke des Schüttsegmentes ist; nach oben reicht sie bis fast an die Innenwand, so daß im Drehkorb zwei Beschichtungsräume entstehen. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Einrichtung dient zum Beschichten von Substraten als Schüttgut durch Plasmatron-Sputtern, wobei Schichtsysteme aus mindestens zwei Schichten aufgebracht werden. Vorzugsweise wird das Schichtsystem als Widerstandsschicht auf zylindrische Keramiksubstrate aufgebracht, um Rundwiderstände herzustellen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die statistische Beschichtung von Schüttgut durch Plasmatron-Sputtern wird mittels Drehkorb-Anlagen durchgeführt. Der drehbare Korb zur Aufnahme des zu beschichtenden Schüttgutes befindet sich im Vakuumrezipienten. Die im Innern des Drehkorbes angeordnete Plasmatronquelle ist auf das sich bei Rotation ausbildende Schüttsegment der Substrate gerichtet. Die Größe des Schüttgutsegmentes sowie der Winkel der Normalen der Oberfläche des Schüttsegmentes gegen die Lotrechte ist abhängig von der Größe und Form sowie der Menge der Substrate und der Drehgeschwindigkeit des Korbes. (DD-PS 257 554, 257552,257555)

Häufig besteht die Aufgabe, ein Schichtsystem aus 2 oder mehreren sandwichartig übereinanderliegenden Schichten mit verschiedenen Eigenschaften abzuscheiden. Ein solches Mehrschichtsystem wird z.B. benötigt, um Widerstandsschichten mit gezielten Eigenschaften durch Kombination der Eigenschaften der Teilschichten zu erzeugen oder um Diffusionsbarrieren zwischen der Oberfläche der Substrate und der aktiven Widerstandsschicht zu realisieren. Allgemein üblich ist zur Abscheidung eines solchen Schichtsystems, daß Piasmatronquellen mit einer Anzahl von Targets, wie Schichten aufzubringen sind, eingesetzt werden. Die Targets oder Gruppen von Targets sind in einer Ebene angeordnet und gemeinsam auf die Oberfläche des sich ausbildenden Schüttsegmentes gerichtet. Die Teilschichten des Schichtsystems erhält man durch zeitlich aufeinanderfolgendes Einschalten der Targets oder Gruppen von Targets. Dabei ergibt sich das Problem der unerwünschten Fremdkontamination der jeweils nicht in Betrieb befindlichen Targets durch das Material des gerade in Betrieb befindlichen Target's. Diese Kontamination kann zu kritischen Veränderungen der Parameter der Teilschichten führen. Eine denkbare Lösung zur Ve rh'inderung dieser Kontamination der jeweils nicht in Betrieb befindlichen Targets besteht in der Abdeckung dieser Targets durch bewegliche Blenden. Entsprechend dem Wechsel der innerhalb eines Beschichtungszyklus in Betrieb zu setzenden Targets werden mit Hilfe gesonderter mechanischer Antriebe die Abdeckblenden so bewegt, daß sie nur die jeweils in Betrieb befindlichen Targets freigeben.

Diese Lösung bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich, da zusätzlicher Platz innerhalb des D rehkebes benötigt wird, der meist nicht zur Verfügung steht. Insbesondere lassen sich kleine Abstände zwischen der Oberfläche des Schüttsegmentes und den Targets nur schwer verwirklichen. Die Blenden stellen zum anderen auch unerwünschte Getterflächen dar. Die unerwünschte Getterwirkung kann zu Änderungen der Schichtparameter während des Schichtauf baus führen. Mit zunehmender Betriebszeit wachsen auf den Blenden Schichten auf, die sich lösen und als Flitter Verunreinigungen im Schüttgut bilden. Ein weiterer Mangel besteht darin, daß zusätzliche mechanische Antriebe und Bewegungsmechanismen im Beschichtungsraum erforderlich sind, die weitere Störungsquellen darstellen und daher in Produktionsanlagen zu vermeiden sind. Besonders ungünstig ist die Lösung im Falle von Sandwich-Schichtsystemen mit mehreren, sich abwechselnden, übereinanderliegenden Schichten, da in diesem Falle die Blenden sehr häufig während eines Beschichtungszyklus betätigt werden müssen.

Eine andere Lösung zur Verhinderung der Kontamination besteht in einer Piasmatronanordnung, bei der die verschiedenen Targets oder Gruppen von Targets auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten eines drehbaren Targethalters angeordnet sind. Während des Beschichtungszyklus wird die jeweils elektrisch in Betrieb befindliche Quelle durch Drehung des Targethalters auf die Oberfläche des Schüttsegmentes gerichtet, während die nicht in Betrieb befindlichen Targets dann mit ihrer Oberfläche auf der gegenüberliegenden, dem Dampfraum abgekehrten Seite einer Kontamination nicht ausgesetzt sind. Diese Lösung besitzt ebenfalls den Nachteil eines zusätzlichen mechanischen Antriebes und eines Bewegungsmechanismus im Dampfraum. Eine Drehung der gesamten Piasmatronanordnung innerhalb des Beschichtungszyklus ist auch mechanisch aufwendig, da es sich in der Regel um eine Baugruppe mit großer Masse und mit mehreren Plasmatrons einschließlich der erforderlichen Kühlwasserzu- und -abführungen und Elektroanschlüsse handelt.

Ziel der Erfindung

Es ist eine Einrichtung zur statistischen Beschichtung von Schüttgut zu schaffen, die mit geringem apparativen Aufwand das Aufbringen von Schichtsystemen ermöglicht und die Mängel der bekannten Lösungen vermeidet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Aufbringen von Schichtsystemen aus zwei Materieller bei statistischer Beschichtung von Schüttgut zu schaffen, indem eine für diesen Zweck bekannte Drehkorbanlage Verwendung findet. Die neue gerätetechnische Lösung soll außerdem erweiterte Verfahronsmöglichkeiten durch die Abscheidung von Sandwich-Schichtsystemen bieten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Drehkorb-Anlage, bei welcher sich die Plasmatrons im Drehkorb befinden und auf das Schüttgut gerichtet sind, dadurch gelöst, daß der Drehkorb in beiden Richtungen drehbar ist und daß im Inneren des Drehkorbes senkrecht eine Blende feststehend angeordnet ist und diesen in zwei Beschichtungsräume teilt. Unten hat die Trennwand einen Abstand von dem Drehkorb, der gleich oder kleiner der max. Dicke des sich während der Rotation bildenden Schüttsegmentes ist. Der obere Teil der Trennwand reicht bis zur Innenwand des Drehkorbes, wobei der Abstand zwischen Trennwand und Korbinnenwand in Abhängigkeit von der zu erzielenden Druckdifferenz in den beiden Beschichtungsräumen gewählt wird. Es muß jedoch ein solcher Abstand eingehalten werden, der die Rotation des Korbes nicht behindert. In jedem durch die Trennwand gebildeten Beschichtungsraum des Drehkoibes sind eine oder mehrere Plasmatrons so angeordnet, daß die Ebene der Targets parallel zur Oberfläche des sich bei jeder Drehrichtung bildenden Schüttsegmentes verläuft.

Zur Erzeugung von Schichtsystemen uus unterschiedlichem Schichtmaterial ist es vorteilhaft, die Plasmatrons mit Targets aus unterschiedlichem Material auszurüsten.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist derart, daß sich durch das Drehen des Drehkorbes praktisch das gesamte Schüttgut, vorzugsweise mehr als 90%, als Segment in nur einem Beschichtungsraum befindet und in diesem durch die dort in Betrieb befindliche Plasmatronquelle beschichtet wird. Beim Wechsel der Drehrichtung bewegen sich die Substrate von dem einen Beschichtungsraum durch den Spalt zwischen der Trennwand und dem Drehkorb in den anderen Beschichtungsraum und werden von der in diesem befindlichen Plasmatronquelle beschichtet. Auf Grund der statistischen Bewegung der Substrate kann zugelassen werden, daß das sich ausbildende Schüttsegment von einem Beschichtungsraum in den anderen Beschichtungsraum hineinragt. Das Hinüberreichen des Schüttsegmentes in den jeweils nicht in Betrieb befindlichen Beschichtungsraum muß aber auf weniger als 10% der zu beschichtenden Substrate begrenzt sein. Durch geeignete Dimensionierung der Drehgeschwindigkeit und der bekannten Leiteinrichtungen in der Innenwand des Drehkorbes stellt sich die Oberfläche des Segmentes, in dem sich das Schüttgut quasi stationär befindet, etwa parallel zur Oberfläche des Targets bzw. der Targetgruppe ein.

Auf Grund der räumlichen Trennung der beiden Targets oder Targetgruppen in den verschiedenen voneinander getrennten Beschichtungsräumen wird eine Kontamination der jeweils nicht in Betrieb befindlichen Targets verhindert. Der Wechsel vom Abscheiden einer Teilschicht zur anderen erfolgt lediglich durch Wechsel der Drehrichtung des Korbes, der Drehgeschwindigkeit und elektrische Umschaltung der Targets. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lassen sich damit insbesondere Sandwich-Schichtsysteme mit einer Vielzahl von sich abwechselnden übereinanderliegenden Teilschichten durch turnusmäßige Umschaltung der Drehrichtung und der beiden Plasmatrons erzeugen.

Es lassen sich auch Schichtsysteme aus 2 oder mehreren übereinanderliegenden Teilschichten durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien für die Targets oder Targetgruppen erzeugen. Darüber hinaus lassen sich auch Schichtsysteme mit Teilschicht6n unterschiedlicher Eigenschaften bei Verwendung gleicher Materialien für die Targets oder Targetgruppen erzeugen. Die unterschiedlichen Eigenschaften der Teilschichten werden in diesem Falle durch unterschiedliche Abstände zwischen Targr!oberfläche und Oberfläche des Schüttsegmentes in den Beschichtungsräumen erzeugt. Eine weitere Möglichkeit, Schichtsysteme mit Teilschichten unterschiedlicher Eigenschaften abzuscheiden, besteht darin, in den Beschichtungsräumen unterschiedliche Reaktionsgase oder Reaktionsgasdrucke einzustellen. Mit dieser Verfahrensvariante ist es im Grenzfall möglich, Teilschichten unterschiedlicher Eigenschaften mit gleichen Targetmaterialien für die Targets zu erreichen. Bei dieser Art der Verfahrensführung durch reaktives Beschichten sind dieTargets besonders kontaminationsanfällig. Eine reproduzierbare Schichteigenschaft wird nur erzielt, wenn der Bedeckungsgrad der Targets mit Reaktionsprodukten, der für einen reaktiven Arbeiispunkt eingestellt worden ist, bis zum nächsten Beschichtungsvorgang völlig unverändert erhalten bleibt. Dies wird durch die Trennung in Beschichtungsräume und die Durchführung der Teilbeschichtungen in den verschiedenen Beschichtungsräumen in hervorragender Weise gelöst.

Auf diese Weise läßt sich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung die verfahrenstechnisch schwierige Aufgabe lösen, aus einem und demselben Targetmaterial, z.B. Chrom-Silizium, ein Sandwich-Schichtsystem, bestehend aus einem isolierenden Chrom-Silizium-Oxid, d.h. aus einer mit hohem Sauerstoffgehalt reaktiv abgeschiedenen Teilschicht und einer leitenden Chrom-Silizium-Widerstandsschicht, d. h. aus einer mit definiertem niedrigen Sauerstoffgehalt partiell reaktiv abgeschiedenen Teilschicht, herzustellen.

Ausführungsbeispiel Die zugehörige Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine Drehkorb-Anlage.

Die Einrichtung dient zur statistischen Beschichtung von Keramiksubstraten für zylindrische Widerstände mit einer Doppelschicht. Sie besteht aus einer zylindrischen Vakuumkammer 1, in welcher der Drehkorb 2 angeordnet ist. Der Drehkorb 2 besitzt einen inneren Durchmesser von 680mm und eine Länge von 600 mm. An der Innenwand des Drehkorbes 2 sind am gesamten Umfang wellenförmige Leiteinrichtungen 3 angeordnet, die symmetrisch eine Wellenlänge von40mm und eine Höhe

zwischen Wellenberg und Wellental von 18mm haben. Die Drehgeschwindigkeit in der Drehrichtung B ist um 20% kleiner als in der Drehrichtuog A. Zu beschichten sind in einem Zyklus 150000 Stück zylindrischer Keramiksubstrate von 2 mm Durchmesser und 7mm Länge.

In dem Drehkorb 2 ist feststehend senkrecht eine Trennwand 4 angeordnet, die mit den Plasmatrons B; 6 eine konstruktive Einheit bildet. Die Trennwand 4 unterteilt das Innere des Drehkorbes 2 in zwei Beschichtungsräume 7; 8. Die Keramiksubstrate als Schüttgut bilden im Drehkorb 2 ein Schüttgutsegment 9, welches sich entsprechend der Drehrichtung in die Beschichtungsräume 7; 8 verlagert. Die Dicke e des Schüttgutsegmentes 9 beträgt ca. 60mm. Der Abstand d zwischen der Unterkante der Trennwand 4 und dem Innenmantel des Drehkorbes 2 beträgt 60 mm.

Bei Rotation des Drehkorbes 2 in Drehrichtung A (gezeichnet) stellt sich die Normale der Oberfläche des Schüttguteegmentes 9 im Beschichtungsraum 7 in einem Winkel Θ) ·» 30° zur Lotrechten ein. Bei Rotation des Drehkorbes in Drehrichtung B stellt sich die Normale der Oberfläche des Schüttgutsegmentes im Beschichtungsraum 8 in einem Winkel G₂=» 30° zur Lotrechten ein. Jedes Plasmatron 5; 6 besteht aus einer Gruppe von 5 einzelnen Target! im Beschichtungsraum 7 sind die Targets aus CrSiW und im Beschichtungsraum 8 aus NiCr. Die Oberflächen aller Targets sind jeweils parallel zu den Oberflächen der Schüttsegmente 9. Der Abstand ai zwischen den Oberflächen der Targets des Plasmatrons Bund der Oberfläche c'es Schüttsegmentes 9 im Beschichtungsraum 7 beträgt 80 mm, der Abstand 82 zwischen den Oberflächen der Targets des Plasmatrons 6 und der Oberfläche des Schüttsegmentes 9 im Beschichtungsraum 8 beträgt 140mm. Jeder Beschichtungsraum 7; 8 besitzt ein gesondertes Gaseinlaßventil 10 mit Gasverteilungsrohr für Reaktionsgas. Die zu erzeugende Doppelschicht besteht aus einer isolierenden CrSi-Oxid-Schicht und einer elektrisch leitenden sauerstoffhaltigen NiCr-Schicht.

Die isolierende CrSi-Oxid-Schicht wirkt ah Diffusionssperre für Alkali-Ionen zwischen Substrat und aktiver Widerstandsschicht. Sie wird durch reaktives Beschichten im Beschichtungsraum 7 abgeschieden. Der Arbeitsdruck beträgt dabei 3 x 10~³ Torr. Als Trägergas wird Argon verwendet, dem als Reaktionsgas Sauerstoff in einer solchen Menge beigemischt wird, daß der Partialdruck des Sauerstoffs 2 χ 10~³Torr beträgt. Die Einzelquellen werden im sogenannten Rollmode elektrisch nacheinander eingeschaltet bei Drehrichtung A des Drehkorbes 2.

Die darüber abzuscheidende aktive Widerstandsschicht aus NiCr wird durch partiell reaktive Prozeßführung im Beschichtungsraum 8 abgeschieden. Der Arbeitsdruck beträgt 1 χ 10~³ Torr. Als Trägergas wird Argon verwendet, dem als Reaktionsgas Luft bis zu einem Partialdruck von 7 x 10~⁴ Torr zugemischt ist. Die Einzelquellen werden ebenfalls im Rollmode nacheinander eingeschaltet bei Drehrichtung B des Drehkorbes 2.

Claims (2)

1. Einrichtung zum Aufbringen von Schichtsystemen bei statistischer Beschichtung von Schüttgut, bestehend aus einem im Rezipienten angeordneten Drehkorb, darin angeordneten Plasmatrons und entsprechender Mittel zur Umwälzung des Schüttgutes, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkorb (2) in beiden Richtungen (A; B) drehbar ist, daß in dem Drehkorb (2) eine feststehende, senkrecht in der Drehkorbachse liegende Trennwand (4) angeordnet ist, daß die Trennwand (4) nach unten zum Drehkorb (2) einen Abstand (d) hat, der gleich oder kleiner der max. Dicke (e) des Schüttsegmentes (9) ist, daß die Trennwand (4) nach oben bis fast an den Drehkorb (2) reichend ausgeführt ist, daß in den durch die Trennwand (4) gebildeten Beschichtungsräumen (7; 8) des Drehkorbes (2) mindestens je ein Plasmatron (5; 6) angeordnet ist und daß die Ebene der Targets der Plasmatrons (5; 6) parallel zur Oberfläche des sich in jeder Drehrichtung bildenden Schüttsegmentes (9) verlaufend ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Targets in jedem Beschichtungsraum (7; 8) aus unterschiedlichem Material hergestellt sind.