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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chemischen Gasphasenabscheidung auf Substraten mit Plasmaunterstützung im Vakuum, wobei diese technologischen Prozesse üblicherweise als PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)-Prozesse bezeichnet werden. Sie kann insbesondere vorteilhaft eingesetzt werden, wenn großformatige Oberflächen von Substraten, wie beispielsweise große plattenförmige Substrate oder lange bandförmige Substrate, die im Durchlauf durch solche Vakuumkammern geführt werden, beschichtet werden sollen und/oder eine Beschichtung mit großer Schichtdicke erfolgen soll.
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Bei den PECVD-Prozessen kann normalerweise nicht das gesamte Prozessgas in chemisch umgesetzter Form für die Beschichtung von Oberflächen der jeweiligen Substrate ausgenutzt werden und ein mehr oder weniger großer. Anteil des plasmachemisch gebildeten Beschichtungswerkstoffes oder andere Komponenten aus dem Prozessgas setzen sich an den Teilen der Anlagentechnik ab und bilden dort in unerwünschter Form Beschichtungen.
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Außerdem kann es dazu kommen, dass diese parasitären Schichten im weiteren Verlauf teilweise abplatzen, so dass es zu unerwünschten Beeinträchtigungen des eigentlichen Beschichtungsprozesses und häufig auch zur Beeinträchtigung der vorab ausgebildeten Beschichtung auf der Oberfläche von Substraten kommt.
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Es ist daher erforderlich, in Abhängigkeit der jeweiligen Prozesse in mehr oder weniger großen Zeitabständen eine entsprechende Oberflächenreinigung zur Entfernung der Anhaftungen durchzuführen.
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Hierbei gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten, wobei in einem Fall immer eine Öffnung der Vakuumanlage erforderlich ist, nach der dann natürlich entsprechend eine aufwendige und zeitraubende Evakuierung vor Wiederinbetriebnahme einer solchen Anlage erforderlich ist.
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Dabei werden dann die verunreinigten Teile oder Bereiche manuell gereinigt, wobei diese häufig nicht vollständig erreichbar sind und in manchen Fällen auch eine Teildemontage von Elementen aus der Vakuumkammer durchgeführt werden muss.
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Bei der manuellen Reinigung ist auch ein entsprechend hoher Arbeitszeitaufwand allein für die Entfernung der Anhaftungen erforderlich.
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In der zweiten Alternative ist zwar eine Öffnung der Vakuumkammer nicht erforderlich, da die Reinigung durch plasmachemische Reaktionen, unter Verwendung von entsprechend geeigneten Ätzgasen, unmittelbar in der Vakuumkammer durchgeführt wird. Hierbei sind aber die üblichen Gase aus toxikologischen und ökologischen Gründen nachteilig, da sie nicht ohne weiteres bei bzw. nach einer solchen plasmachemischen Reinigung an die Umwelt abgegeben werden können. Die plasmachemische Reinigung erfordert weiterhin eine mit der Beschichtung vergleichbare Zeitdauer.
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Außerdem ist nach der Durchführung einer solchen plasmachemischen Reinigung eine Prozessführung erforderlich, bei der zumindest nahezu alle Ätzgaskomponenten aus der Vakuumkammer entfernt werden sollen. Es müssen innerhalb der Vakuumkammer geeignete Werkstoffe für sämtliche Elemente eingesetzt werden, die eine ausreichende chemische Resistenz gegenüber diesen Ätzgaskomponenten aufweisen und während des Prozesses können keine Substrate innerhalb des kritischen Bereiches gehalten werden, da diese selbstverständlich entsprechend beeinflusst werden.
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Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn sehr lange bandförmige Substrate zu beschichten sind und eine oder mehrere Reinigung(en) während eines einzigen Bandlaufs eines solchen Substrates erforderlich ist oder sind.
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Aus
US 2005/0001527 A1 ist eine Vorrichtung zur Plasmabehandlung bekennt, bei der mehrere Elektroden an ihren Oberflächen mit einem Dielektrum versehen sind.
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JP 61-125 671 A1 betrifft ein Verfahren zur Niedertemperaturplasmabehandlung, das mit Elektroden gebildet wird.
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In
US 6,273 855 B1 ist eine Vorrichtung zur Ausbildung dünner Beschichtungen beschrieben. Dabei soll in einem kontinuierlichen Prozess mit mehreren Vakuumkammern, die intern miteinander verbunden werden können, gearbeitet werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten zu schaffen, mit denen die für eine Reinigung innerhalb von Vakuumkammern erforderliche Zeit reduziert und möglichst keine Vakuumunterbrechung erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen benannten Merkmalen erreicht werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht von an sich bekannter Anlagentechnik aus und für die plasmagestützten chemischen Abscheidungsprozesse wird eine an eine Wechselspannungsquelle angeschlossene Elektrode, im weiteren HF-Elektrode genannt, die in Form einer Platte ausgebildet ist, eingesetzt. Für den Betrieb wird bevorzugt Wechselspannung im HF- bzw. VHF-Bereich eingesetzt.
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Dieser HF-Elektrode ist gegenüberliegend eine, häufig auf Erdpotential gelegte, Substratelektrode angeordnet und das Plasma wird zwischen HF-Elektrode und der Substratelektrode innerhalb des elektrischen Feldes generiert.
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Des Weiteren sind um einen solchen Plasmabildungsbereich eine Reaktionskammer, mindestens eine Prozessgaszuführung und ggf. auch eine Gasabführung sowie Möglichkeiten für die Einführung und Ausführung von Substraten vorhanden. Solche Ein- und Ausführungen können schlitzförmig ausgebildet sein, so dass die jeweilige Substrate, ggf. auch mit einem Substratträger translatorisch durch die Reaktionskammer und den Plasmabildungsbereich für die Beschichtung ihrer Oberflächen translatorisch transportiert werden können.
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Die Reaktionskammer ist dabei so ausgebildet und zusätzliche auch die HF-Elektrode so angeordnet, dass diese Elektrode außerhalb der Reaktionskammer angeordnet ist und demzufolge ein entsprechender Teil der Reaktionskammer eine unmittelbare. Beschichtung der HF-Elektrode verhindert. Außerdem ist die vollständige Reaktionskammer und/oder auch einzelne Teile der Reaktionskammer so ausgebildet, dass sie aus der Vakuumkammer entfernt und wieder eingeführt werden können, so dass ein Austausch möglich ist.
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So kann ein Austausch einer verschmutzten Reaktionskammer oder Teilen davon gegen eine neue Reaktionskammer oder neue Teile bzw. auch durch eine entsprechend extern gereinigte Reaktionskammer oder Teile einer Reaktionskammer durchgeführt werden.
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Dabei sollten vorteilhafte Möglichkeiten vorgesehen sein, die Reaktionskammer oder Teile davon orthogonal zur Transportrichtung von Substraten innerhalb der Vakuumkammer translatorisch bewegen zu können, so dass sie Positionen außerhalb des eigentlichen Plasmabildungs- und -Beschichtungsbereiches einnehmen können. Ganz besonders bevorzugt ist es, diese Bewegung der Reaktionskammer oder Teilen der Reaktionskammer bis in mindestens ein Schleusensystem vornehmen zu können, so dass die gesamte Reaktionskammer oder die Teile der Reaktionskammer vollständig innerhalb eines solchen Schleusensystems aufgenommen, ohne Vakuumunterbrechung aus der Vakuumkammer ausgeschleust und für einen Austausch wieder entsprechende Teile oder eine Reaktionskammer eingeschleust werden können, so dass sie dann wieder entsprechend schützend für das Innere der Vakuumkammer und auch die Elektrode positioniert werden können.
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Außerdem sollte die Reaktionskammer so ausgebildet sein, dass sie substratseitig offen gehalten und eine entsprechende Beschichtung der Oberfläche mit dem plasmachemisch gebildeten Werkstoff erreichbar ist. Dabei sollte die Rektionskammer so dimensioniert sein, dass zumindest der zu beschichtende Oberflächenbereich von Substraten von der Reaktionskammer überdeckt wird, wobei häufig auch eine Überdeckung der gesamten Oberfläche der jeweiligen Substratelektrode gewünscht sein dürfte.
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Um unerwünschte Verschmutzungen innerhalb der Vakuumkammer weiterhin zu reduzieren oder gar vollständig zu vermeiden sollte mittels der Reaktionskammer auch eine Umhausung des entsprechenden Bereiches von Substraten bzw. Substratelektrode erreicht werden, Dies bedeutet, dass die Reaktionskammer so dimensioniert ist, dass sie über die entsprechende Oberfläche von Substraten bzw. der Substratelektrode übersteht. Dieser Sachverhalt trifft insbesondere auf die parallel zur Transportrichtung von Substraten ausgerichteten Seiten einer Reaktionskammer zu.
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Vorteilhaft sollte die gesamte Reaktionskammer oder Teile einer solchen Reaktionskammer aus einem dielektrischen Werkstoff gebildet sein, der das von der HF-Elektrode ausgehende elektrische Feld weitestgehend unbeeinflusst lässt.
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Dieser Sachverhalt trifft insbesondere auf den Teil der Reaktionskammer zu, der die HF-Elektrode vom eigentlichen Plasmabildungsbereich trennt und dementsprechend unmittelbar im Bereich des elektrischen Feldes der HF-Elektrode liegt. Dieser sollte aus einem entsprechenden Werkstoff gebildet sein und eine entsprechend geringe Dicke aufweisen, die eine Beeinflussung des elektrischen Feldes, insbesondere dessen Schwächung, reduziert. Die Reduzierung der elektrischen Feldstärke sollte möglichst kleiner als 10 Prozent gehalten werden.
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Geeignete Werkstoffe sind insbesondere Gläser oder Glaskeramiken, aus denen die Reaktionskammer, Teile der Reaktionskammer hergestellt werden können oder die innere Wandung der Reaktionskammer entsprechend mit diesen Gläsern oder Glaskeramiken beschichtet sein können.
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Diese Werkstoffe erreichen eine ausreichende Temperaturfestigkeit und weisen auch für bestimmte Beschichtungsprozesse günstige Oberflächeneigenschaften auf, was insbesondere bei Beschichtungsprozessen mit SiO2 der Fall ist. SiO2 weist an solchen Oberflächen relativ gute Haftungseigenschaften auf, so dass die Häufigkeit einer Reinigung reduziert und die Verfügbarkeit der Anlage erhöht werden. Durch eine solche gute Anhaftung kann ein Abplatzen verhindert, zumindest jedoch deutlich reduziert werden.
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Für andere Beschichtungsprozesse, bei denen andere Beschichtungswerkstoffe plasmachemisch gebildet und auf Substratoberflächen abgeschieden werden, können zweifelsfrei andere geeignete Werkstoffe für die Herstellung der Reaktionskammern, Teilen von Reaktionskammern oder deren Innenbeschichtung gewählt werden. So sind beispielsweise temperaturstabile Kunststoffe ohne weiteres einsetzbar.
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Wie bereits angedeutet, kann eine Reaktionskammer auch innen entsprechend ausgekleidet sein, wobei hierfür entsprechende Auskleidungsteile vorgesehen werden können, die dann vorteilhaft austauschbar gestaltet sind. Solche temporär im Inneren der Reaktionskammer befestigbare Teile können dann nach dem Ausschleusen relativ einfach ausgetauscht werden, so dass nach erfolgtem Austausch eine entsprechend neue bestückte Reaktionskammer über ein Schleusensystem ohne weiteres wieder eingesetzt werden kann.
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Um besonders günstige Prozessverhältnisse einhalten und die Häufigkeit des Wechsels von Reaktionskammerteilen reduzieren zu können, sollte bei der eingesetzten HF-Elektrode eine bestimmte Dimensionierung berücksichtigt werden. So sollte die Breite B der HF/VHF-Elektrode möglichst groß, jedoch ≤ 3/8 der Wellenlänge, der Wechselspannung mit der die HF-Elektrode betrieben wird, in Transportrichtung der jeweiligen Substrate aufweisen. Ihre Länge orthogonal zu der Transportrichtung sollte dahingehend mindestens doppelt so groß, als die Breite B der HF-Elektrode sein.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigt:
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1 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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In 1 ist in einer Teilschnittdarstellung ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung innerhalb einer Vakuumkammer (hier nicht dargestellt) gezeigt. Es handelt sich dabei um eine üblicherweise, als Roll-Coater-System mit Linearreaktor, bezeichnete Variante.
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In 1 ist lediglich eine Seite dargestellt, die normalerweise um die vertikal ausgerichtete Achse vollständig gespiegelt ist. Dabei ist eine HF-Elektrode 2 an einen hier nicht dargestellten, HF-Generator angeschlossen und mit der Halterung 7 elektrisch isolierend befestigt.
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Vorzugsweise in der HF-Elektrode 2 ist mindestens eine Zuführung für Prozessgas vorgesehen, durch die das jeweilige Prozessgas in den eigentlichen Plasmabildungsbereich 1 zugeführt werden kann, so dass eine entsprechende Beschichtung einer Oberfläche eines hier nicht dargestellten Substrates mittels des plasmachemisch gebildeten Beschichtungswerkstoffes möglich ist.
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Bei diesem Beispiel ist die Substratelektrode 3 in konvex gewölbter Form in Richtung auf die HF-Elektrode 2 gekrümmt, wobei eine solche Ausführungsform insbesondere für die Beschichtung von bandförmigen Substraten geeignet ist.
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Die Substratelektrode 3 kann auf Erd- oder ein anderes Potential unter Berücksichtigung des HF-Elektrodenpotentials gelegt sein.
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Der eigentliche Plasmabidungsbereich 1, innerhalb dem die Oberflächenbeschichtung von Substraten erreichbar ist, wird bei dem hier gezeigten Beispiel von einer Reaktionskammer, die hier aus zwei Teilen gebildet ist, umschlossen.
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Dabei ist der Teil 4.1, der unmittelbar zwischen Elektrode 2 und Plasmabildungsbereich 1 angeordnet ist mit deutlich geringerer Dicke ausgebildet, als das Teil 4.2.
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Durch das Teil 4.1 kann durch mindestens eine Durchbrechung, bevorzugt durch mehrere Durchbrechungen, Prozessgas in den Plasmabildungsbereich 1 einströmen.
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Die Teile 4.1 und 4.2 sind bei diesem Beispiel aus Glas hergestellt und können beispielsweise stoffschlüssig miteinander verbunden, aber auch einteilig ausgebildet und lösbar miteinander verbunden sein.
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Außerdem ist im Teil 4.2 der Reaktionskammer ein Kanal (5) für eine Gasabfuhr ausgebildet, der an der Seite der Reaktionskammer entgegengesetzt zur Transportrichtung von Substraten, die mit dem Pfeil angedeutet ist, angeordnet ist.
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Zwischen Substratelektrode (3) und dem Teil 4.2 der Reaktionskammer ist an sich diametral gegenüberliegenden Seiten, von denen in 1 lediglich eine dargestellt ist, ein Spalt (6) ausgebildet, durch den das Substrat durch den Plasmabildungsbereich (1) für eine Oberflächenbeschichtung transportiert werden kann.
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In ebenfalls nicht dargestellter Form können einzelne Teile, also das Teil 4.1 oder das Teil 4.2 bzw. auch die Teile 4.1 und 4.2 gemeinsam aus der Vakuumkammer nach erfolgter Verunreinigung ihrer inneren Wandungen ausgeschleust werden, wobei dies vorteilhaft orthogonal zur Transportrichtung des Substrates, also in die Zeichnungsebene hinein bzw. aus der Zeichnungsebene heraus, translatorisch bewegt und wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits angesprochen über ein ebenfalls nicht dargestelltes Schleusensystem, ohne Unterbrechung des Vakuums innerhalb der Vakuumkammer ausgeschleust und gegen ein neues bzw. gereinigtes ausgetauscht werden. Für eine Positionierung bei einem Austausch einer Reaktionskammer oder Teilen 4.1 oder 4.2 einer Reaktionskammer können entsprechende Endanschläge oder formschlüssig wirkende Führungsanschläge vorgesehen sein. Gegebenenfalls kann dies aber auch mittels eines entsprechenden gesonderten Positioniersystems, mit dem eine definierte Bewegung einer Reaktionskammer oder Teilen davon möglich ist, erreicht werden.
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In nicht dargestellter Form sind die parallel zur Transportrichtung von Substraten ausgerichteten Seitenwände der Reaktionskammer, also im Bereich des Teiles 4.2 so ausgebildet, dass eine vollständige Umhausung des Plasmabildungsbereiches (1) mit Substrat und Substratelektrode (3) möglich ist. Dementsprechend ragen hier diese nicht erkennbaren Seitenwände in vertikaler Richtung nach unten über die Oberfläche der Substratelektrode 3 hinaus, was mit der strichpunktierten Linie angedeutet ist, oder der Plasmabildungsbereich 1 wird durch ein Teil analog dem Teil 4.2 und die über den Plasmabildungsbereich 1 hinaus orthogonal zur Substrattransportrichtung ausgedehnte Substratelektrode begrenzt.
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Mit der Erfindung können die Stillstandszeiten reduziert und demzufolge die nutzbare Betriebszeit entsprechender Anlagentechnik verlängert werden.
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Es ist keine aufwendige manuelle Reinigung innerhalb der Anlage erforderlich, so dass auch keine Gesundheitsgefährdung von Reinigungspersonal, die ggf. durch Desorption von Gasen oder Stäuben auftreten kann, zu verzeichnen ist.
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Außerdem wird eine Kontamination von Vakuumkammern durch Staub vermieden.
