DE102007009487A1 - Device for laser pulse deposition (PLD) of layers on substrates - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC-Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C-Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichten vorwiegend spannungsfrei erzeugt werden können. Dazu sind jeweils mindestens eine Beschickungs-/Vorbehandlungskammer, eine Beschichtungskammer und eine Entnahmekammer nacheinander angeordnet, jeweils über eine Einrichtung zur Vakuumerzeugung separat bis auf Hochvakuum evakuierbar sowie separat belüftbar und durch Vakuumschleusen voneinander getrennt, wobei jeweils wenigstens ein Carrier mit mindestens einem Substrathalter zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat mittels der Transportvorrichtung bei geöffneter Vakuumschleuse von Kammer zu Kammer bewegbar ist.The invention relates to devices for laser pulse deposition (PLD) of layers, preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride (c-BN layers) on substrates with means for generating vacuum , with at least one device for ion beam or plasma generation, with lasers with devices for guiding, shaping, focusing and scanning laser beams and with at least one transport device for at least one carrier. These are characterized in particular by the fact that the layers can be generated mainly stress-free. For this purpose, in each case at least one feed / pretreatment chamber, a coating chamber and a removal chamber are arranged one after the other, in each case via a device for vacuum generation separately evacuated to high vacuum and separately ventilated and separated by vacuum locks, each at least one carrier with at least one substrate holder for receiving at least one substrate by means of the transport device with open vacuum lock from chamber to chamber is movable.
Description
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier.The The invention relates to devices for laser pulse separation (PLD) of layers, preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride layers (c-BN layers), on substrates with vacuum generating equipment, with at least a device for ion beam or plasma generation, with lasers with devices for guiding, shaping, focusing and for scanning laser beams and with at least one transport device for at least one carrier.
Die
Durch
die
Diese Lösungen sind auf die Beschichtung der Substrate beschränkt. Vor- und Nachbehandlungen der Substrate und der abgeschiedenen Schichten sind nicht vorgesehen.These Solutions are limited to the coating of the substrates. Pre and post treatments of the substrates and the deposited layers are not provided.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten so zu schaffen, dass vorzugsweise diamantartige Kohlenstoffschichten mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und kubische Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf verschiedenartig geformte und auch auf temperaturempfindliche Substrate vorwiegend spannungsfrei erzeugt werden können.Of the The invention defined in claim 1 is based on the object Devices for laser pulse deposition (PLD) of layers so too create that preferably diamond-like carbon layers with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride layers (c-BN layers) on variously shaped and also on temperature-sensitive Substrates can be generated mainly stress-free.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.These Task is with the features listed in claim 1 solved.
Die Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichten vorwiegend spannungsfrei erzeugt werden können.The Devices for laser pulse deposition (PLD) of layers, preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride layers (c-BN Layers) on substrates with means for vacuum generation, with at least one device for ion beam or plasma generation, with lasers with devices for guidance, shaping, focusing and for scanning laser beams and with at least one transport device for at least one carrier, characterized in particular by it from that the layers are generated mainly stress-free can.
Dazu sind jeweils mindestens eine Beschickungs-/Vorbehandlungskammer, eine Beschichtungskammer und eine Entnahmekammer nacheinander angeordnet, jeweils über eine Einrichtung zur Vakuumerzeugung separat bis auf Hochvakuum evakuierbar sowie separat belüftbar und durch Vakuumschleusen voneinander getrennt, wobei jeweils wenigstens ein Carrier mit mindestens einem Substrathalter zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat mittels der Transportvorrichtung bei geöffneter Vakuumschleuse von Kammer zu Kammer bewegbar ist.To each are at least one feed / pretreatment chamber, a coating chamber and a removal chamber arranged one after the other, each via a device for vacuum generation separately can be evacuated to high vacuum and ventilated separately and separated by vacuum locks, each at least a carrier having at least one substrate holder for receiving at least one substrate by means of the transport device when opened Vacuum lock is movable from chamber to chamber.
In jeder der Kammern ist jeweils wenigstens ein Carrier mit mindestens einem Substrathalter zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat angeordnet, der mittels geeigneter Transportvorrichtungen bei geöffneter Vakuumschleuse von Kammer zu Kammer transportierbar ist. Die Einführung des mit wenigstens einem unbeschichteten Substrat beladenen Carriers in die belüftete Beschickungs-/Vorbehandlungskammer und die Entnahme des mit den wenigstens einen beschichteten Substrats beladenen Carriers aus der belüfteten Entnahmekammer erfolgt durch hochvakuumdicht verschließbare Kammertüren.In each of the chambers is at least one carrier each with at least a substrate holder for receiving at least one substrate arranged by means of suitable transport devices when opened Vacuum lock can be transported from chamber to chamber. The introduction of the carrier loaded with at least one uncoated substrate in the ventilated feed / pretreatment chamber and the removal of the with the at least one coated substrate loaded carrier from the ventilated removal chamber takes place through high vacuum-tight lockable chamber doors.
In der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer ist entweder wenigstens eine Ionenquelle zur Ionenstrahlvorbehandlung des Substrats oder wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas zur Plasmavorbehandlung des Substrats angeordnet. Durch gesteuerte Relativbewegung zwischen dem Ionenstrahl oder dem Plasma und dem Substrat mittels Bewegungsvorrichtungen für den Carrier und die Substrathalter wird eine homogene Vorbehandlung des gesamten Substrats oder einer Substrat-Charge auf dem Carrier gewährleistet.In the feed / pretreatment chamber is either at least one Ion source for ion beam pretreatment of the substrate or at least a device for generating a plasma for plasma pretreatment of the substrate. By controlled relative movement between the Ion beam or the plasma and the substrate by means of moving devices for the carrier and the substrate holder becomes a homogeneous Pretreatment of the entire substrate or a substrate batch guaranteed on the carrier.
In und außerhalb der Beschichtungskammer sind jeweils Bestandteile wenigstens einer Targetstation und mindestens einer Spannungsreduzierungsstation angeordnet. Die Targetstation besteht aus einem in der Beschichtungskammer angebrachten Targethalter mit mindestens einem Target, welches in Ablationsposition und in einem vorgegebenen Abstand zu den sich auf dem Carrier in der Beschichtungsposition befindenden Substrat angeordnet ist. Als weitere Bestandteile der Targetstation sind außerhalb der Beschichtungskammer wenigstens ein Laser und wenigstens eine Einrichtung zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen eines Laserstrahls, dem Targetlaserstrahl, über das sich in Ablationsposition befindende Target angeordnet und eine Einrichtung zur Einkopplung dieses Targetlaserstrahls auf das Target an der Beschichtungskammer angeflanscht. Dabei wird der Targetlaserstrahl unter einem vorgegebenen Einfallswinkel von kleiner 70 Grad auf die Targetoberfläche gerichtet, damit die Laserstrahlenergie in ein kleines Targetvolumen deponiert und dadurch ein intensiver Targetteilchenstrom mit möglichst hoher Teilchenenergie ablatiert wird.Components of at least one target station and at least one voltage reduction station are respectively arranged in and outside the coating chamber. The target station consists of egg A target holder mounted in the coating chamber has at least one target which is arranged in the ablation position and at a predetermined distance from the substrate located on the carrier in the coating position. As further constituents of the target station, at least one laser and at least one device for guiding, shaping, focusing and scanning a laser beam, the target laser beam, are arranged outside the coating chamber via the target located in the ablation position and a device for coupling this target laser beam onto the target flanged to the coating chamber. In this case, the target laser beam is directed onto the target surface at a predetermined angle of incidence of less than 70 degrees, so that the laser beam energy is deposited in a small target volume, thereby ablating an intense target particle stream with the highest possible particle energy.
Die Spannungsreduzierungsstation zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen von abgeschiedenen Subschichten vorgegebener Dicke auf den sich in der Entspannungsposition auf dem Carrier befindendem Substrat besteht aus wenigstens einem Laser und wenigstens einer außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Einrichtung zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen wenigstens eines Laserstrahls sowie einer an der Beschichtungskammer angeflanschten Einrichtung zur Einkopplung dieses Laserstrahls, dem Substratlaserstrahl, mit vorgegebenem Querschnitt auf die Schichtoberfläche. Das sich in Ablationsposition befindende Target und das sich auf dem Carrier in Beschichtungsposition befindende Substrat sind des Weiteren zum Erreichen einer hohen Schichtabscheiderate vorzugsweise gegenüberliegend und mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet und/oder werden zusätzlich gesteuert relativ zueinander bewegt, damit der vom Target ablatierte, schichtbildende Teilchenstrom senkrecht oder weitestgehend senkrecht, jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Subschichten mit homogener und vorgegebener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden. Mit zunehmendem Einfallswinkel ist eine etwas höhere Targetlaserstrahlfluenz zur Erhöhung der Targetteilchenenergie zu wählen, damit der erforderliche Energie- und Impulseintrag in die aufwachsende Subschicht durch die Targetteilchen trotz größerem Einfallswinkel noch gewährleistet ist, jedoch kein streifender Einfall mit Einfallswinkeln von größer 60 Grad. Bei streifendem Einfall der Targetteilchen auf die Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche sind der Energie- und Impulseintrag der Targetteilchen in die aufwachsende Schichtoberfläche und die Subplantationstiefe der vom Target ablatierten, schichtbildenden Teilchen in die Schichtoberfläche zu gering für die Ausbildung der vorgegebenen Schichteigenschaften, beispielsweise eines hohen sp3-Bindungsanteils in ta-C Schichten und die Herausbildung der c-BN Schichtphase, auch bei sehr hohen Fluenzen.The stress reduction station for the laser-induced reduction of the stresses of deposited sublayers of predetermined thickness on the substrate in the relaxation position on the carrier consists of at least one laser and at least one device arranged outside the coating chamber for guiding, shaping, focusing and scanning at least one laser beam and one on the coating chamber flanged means for coupling this laser beam, the substrate laser beam, with a predetermined cross section of the layer surface. The target in ablation position and the substrate in coating position on the carrier are furthermore preferably arranged opposite one another and at a small distance from one another and / or are additionally moved in a controlled manner relative to each other so that the layer-forming ablated from the target Particle stream perpendicular or largely perpendicular, but not incident at an angle of incidence of greater than 60 degrees to the respective substrate or growing layer surface and deposited sub-layers with a homogeneous and predetermined thickness or with a predetermined lateral Dickengradienten. With increasing angle of incidence, a slightly higher target laser beam fluence for increasing the target particle energy is to be selected, so that the required energy and pulse entry into the growing sublayer is still ensured by the target particles despite a larger angle of incidence, but no grazing incidence with incidence angles of greater than 60 degrees. When grazing incidence of the target particles on the substrate or growing layer surface of the energy and pulse entry of the target particles in the growing layer surface and the subplantation depth of the ablated from the target, the layer-forming particles in the layer surface are too small for the formation of the predetermined layer properties, such as a high sp 3 binding fraction in ta-C layers and the formation of the c-BN layer phase, even at very high fluences.
Weiterhin werden die inneren Spannungen von Subschichten vorgegebener Dicke über die gesamte Subschichtfläche und die gesamte Subschichtdicke homogen oder mit vorgegebenen Gradienten lateral über die Subschichtfläche und über die Subschichtdicke durch geeignete Anordnung und Relativbewegung des sich auf dem Carrier in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substrat und des Substratlaserstrahls reduziert.Farther the internal stresses of sub-layers of given thickness are transferred over the entire sub-layer area and the entire sub-layer thickness homogeneous or with predetermined gradients laterally over the Sub-layer area and over the sub-layer thickness by suitable arrangement and relative movement of itself on the carrier in voltage reduction position substrate and the substrate laser beam reduced.
Die Abscheidung von Subschichten und die Spannungsreduzierung von abgeschiedenen Subschichten erfolgt dabei vorzugsweise alternierend bis zum Erreichen der vorgegebenen Gesamtschichtdicke.The Deposition of sublayers and the stress reduction of deposited ones Sublayers preferably take place alternately until they are reached the predetermined total layer thickness.
Die Beschichtungsposition und die Spannungsreduzierungsposition der sich auf dem Carrier befindenden Substrate kann dabei gleich oder unterschiedlich sein. Bei gleicher Position werden die Substratlaserstrahlpulse zur Spannungsreduzierung vorzugsweise alternierend zwischen den vom Target ablatierten schichtbildenden Targetteilchenstrompulsen oder nach mehreren Targetteilchenstrompulsen auf die abgeschiedene Subschicht gerichtet. Bei unterschiedlicher Position wird das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat nach der Abscheidung einer Subschicht mit vorgegebener Dicke durch Bewegung des Carriers in die Spannungsreduzierungsposition verfahren.The Coating position and the voltage reduction position of substrates located on the carrier can be the same or be different. At the same position, the substrate laser beam pulses become for voltage reduction preferably alternating between the Ablatierten from the target layer-forming Targetteilchenstrompulsen or after several target particle current pulses on the deposited sub-layer directed. In different position that will be in the coating position substrate after deposition of a sublayer with predetermined Thickness by movement of the carrier in the stress reduction position method.
Darüber hinaus sind die Bestandteile der Vorrichtung mit einem Datenverarbeitungssystem gekoppelt, so dass mit einem Programm eine Steuerung der Transport der Carrier und eine vorgegebene Variation aller Parameter für den Vorbehandlungs-, für den Beschichtungs- und den Spannungsreduzierungsprozess erfolgt.About that In addition, the components of the device are coupled to a data processing system, so that with a program control the transport of the carrier and a predetermined variation of all parameters for the Pre-treatment, for the coating and the voltage reduction process he follows.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 33 angegeben.advantageous Embodiments of the invention are in the claims 2 to 33 indicated.
Der Carrier als Träger des mindestens einen Substrathalters und des wenigstens einen Substrats besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 die Form einer Scheibe, eines Scheibenrings, einer Platte, eines Gestells oder eines Prismas. Darüber hinaus ist der Carrier wenigstens in der Beschichtungskammer zur Realisierung einer vorgegebenen lateralen Relativbewegung des Substrats vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets mit wenigstens einem Antrieb gekoppelt, um eine homogene oder vorgegebene laterale Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung zu erreichen. Für den zyklischen kontinuierlichen oder stufenweisen Transport des Substrats in die Beschichtungsposition und in die Spannungsreduzierungsposition und zum Erreichen einer homogenen oder vorgegebenen lateralen Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung wird eine vorgegebene Relativbewegung des Carriers, vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets, realisiert.The carrier as a carrier of the at least one substrate holder and the at least one substrate according to the embodiment of claim 2 has the shape of a disc, a disc ring, a plate, a frame or a prism. In addition, the carrier is at least in the coating chamber for realizing a predetermined lateral relative movement of the substrate preferably parallel to the surface of the target located in Ablationsposition coupled with at least one drive to achieve a homogeneous or predetermined lateral layer thickness distribution and stress reduction. For the cyclical cont Continuous or stepwise transport of the substrate in the coating position and in the voltage reduction position and to achieve a homogeneous or predetermined lateral layer thickness distribution and stress reduction, a predetermined relative movement of the carrier, preferably parallel to the surface of the located in Ablationsposition target realized.
Der Carrier ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 3 als Scheibe oder Scheibenring ausgebildet. Für den zyklischen kontinuierlichen oder stufenweisen Transport des Substrats in die Beschichtungsposition und in die Spannungsreduzierungsposition und zum Erreichen einer homogenen oder vorgegebenen lateralen Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung wird eine vorgegebene Relativbewegung, vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets, realisiert. Diese erfolgt durch gesteuerte kontinuierliche Rotation des Carriers mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit oder durch stufenweise Drehung um vorgegebene Winkel um seine vorzugsweise senkrecht zur Targetoberfläche gerichtete Symmetrieachse mittels vorhandener Antriebe und wahlweise auch durch gesteuerte laterale und parallele Verschiebung relativ zum Target mittels vorhandener Bewegungseinrichtungen.Of the Carrier is according to the development of claim 3 as a disc or disc ring formed. For the cyclic continuous or stepwise transport of the substrate to the coating position and in the voltage reduction position and to achieve a homogeneous or predetermined lateral layer thickness distribution and Voltage reduction becomes a predetermined relative movement, preferably parallel to the surface of the target in ablation position, realized. This is done by controlled continuous rotation the carrier at a given angular velocity or by stepwise rotation at predetermined angles about its preferably perpendicular to the target surface directed symmetry axis by means of existing drives and optionally also by controlled lateral and parallel displacement relative to the target by means of existing movement devices.
Der Carrier ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 4 als Prisma ausgebildet und so angeordnet, dass dieser um seine vorzugsweise parallel zur Targetoberfläche gerichteten Symmetrieachse stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der mit Substraten belegten Prismenmantelflächen drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung der Substrate zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets lateral und vorzugsweise parallel relativ zur Targetoberfläche mittels vorhandener Bewe gungseinrichtungen vorgegeben verschiebbar ist.Of the Carrier is according to embodiment of claim 4 as a prism trained and arranged so that this preferably around his phased in parallel to the target surface by predetermined angle corresponding to the number of substrates occupied prism shell surfaces rotatable and for realization a predetermined relative movement of the substrates to the surface of the target in ablation position laterally and preferably parallel relative to the target surface by means of existing BeWe supply facilities predetermined displaced.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ist in den Carrier wenigstens eine Bewegungsvorrichtung für den Substrathalter so integriert, dass das Substrat um seine Symmetrieachse oder um sein Symmetriezentrum mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit rotiert und/oder zyklisch über einen vorgegeben Winkelbereich zur Targetoberfläche geneigt wird.To the embodiment of claim 5 is in the carrier at least a moving device for the substrate holder integrated so that the substrate around its axis of symmetry or about its center of symmetry rotated at predetermined angular velocity and / or cyclically over a predetermined angular range inclined to the target surface becomes.
Damit ist eine Verbesserung der Homogenität der Schichtdickenverteilung und der Spannungsreduzierung erzielbar. Bei komplizierten dreidimensionalen Substrat-Oberflächengeometrien, beispielsweise bei Bohrern und Fräsern, können die Substrate gleichzeitig zyklisch über einen vorgegebenen Winkelbereich zur Targetoberfläche geneigt werden. Durch die vorgegebene Relativbewegung des Carriers und Rotation und wahlweise zyklische Neigung des Substrats während des Schichtwachstumsprozesses erfolgt wenigstens zeitweise ein senkrechter Einfall der ablatierten Targetteilchen auf die jeweilige Substrat- oder Schichtoberfläche, wodurch die einfallenden ablatierten energetischen Targetteilchen den für die Herausbildung besonderer Schichteigenschaften erforderlichen Energie- und Impulseintrag in die aufwachsende Schichtoberfläche gewährleisten. Beispielsweise kann ein hoher sp3-Bindungsanteil in ta-C Schichten oder die kubische Bornitridphase in c-BN Schichten erzeugt werden.Thus, an improvement in the homogeneity of the layer thickness distribution and the voltage reduction can be achieved. For complicated three-dimensional substrate surface geometries, such as drills and cutters, the substrates can be simultaneously cyclically tilted over a given angular range to the target surface. Due to the predetermined relative movement of the carrier and rotation and optionally cyclical inclination of the substrate during the layer growth process is at least temporarily a perpendicular incidence of the ablated target particles on the respective substrate or layer surface, whereby the incident ablated energetic target particles required for the emergence of specific layer properties energy and Ensure impulse entry into the growing layer surface. For example, a high sp 3 bond fraction can be generated in ta-C layers or the cubic boron nitride phase in c-BN layers.
Der Targethalter ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 scheibenförmig oder scheibenringförmig ausgebildet. Weiterhin besitzt der Targethalter mehrere kreisförmig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von vorzugsweise scheibenförmigen Targets oder von radial oder tangential auf dem Targethalter angeordneten zylinderförmigen Targets. Diese bestehen aus einem Targetmaterial oder verschiedenartigen Targetmaterialien. Darüber hinaus besitzt die Targetstation eine Vorrichtung zur Rotation des Targethalters um seine Symmetrieachse um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targets zur Drehung der einzelnen Targets in die Ablationsposition.Of the Target holder is disk-shaped according to the embodiment of claim 6 or disc-shaped. Furthermore owns the target holder a plurality of circularly arranged target holders for receiving and for cooling or heating of preferably disc-shaped targets or of radial or tangential arranged on the target holder cylindrical targets. These consist of a target material or various types Target materials. In addition, the target station owns a device for rotating the target holder about its axis of symmetry by predetermined angles corresponding to the number of targets for rotation of the individual targets in the ablation position.
Der Targethalter besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 mindestens eine Vorrichtung zur Rotation des sich in Ablationsposition befindenden Targets um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit.Of the Target holder has according to the embodiment of the claim 7 at least one device for rotating the ablation position Targets about its axis of symmetry at a given angular velocity.
Der Targethalter oder wenigstens einzelne Targethalterungen des Targethalters sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 so ausgebildet, dass die Targetoberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets parallel oder unter einem vorgegebenen einstellbaren Winkel zur Oberfläche des sich in Beschichtungsposition befindenden Substrats gerichtet ist.Of the Target holder or at least individual target holders of the target holder are formed according to the embodiment of claim 8 so that the target surface is in ablation position located targets in parallel or below a predetermined adjustable Angle to the surface of the coating in position directed substrate is directed.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ist ein Targethalter oder sind mehrere vorzugsweise rotationssymmetrisch und prismenförmig angeordnete Targethalter zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von zylinderförmig ausgebildeten Targets ein Bestandteil der Targetstation. Diese Targets bestehen entweder aus einem Targetmaterial oder sind aus mehreren Segmenten aus verschiedenartigen Targetmaterialien zusammengesetzt. Weiterhin weist die Targetstation mindestens eine Vorrichtung zur Rotation wenigstens des sich in Ablationsposition befindenden Targets mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit um seine Symmetrieachse auf.To the development of claim 9 is a target holder or several are preferably rotationally symmetrical and arranged prism-shaped Target holder for holding and for cooling or heating of cylindrically shaped targets an integral part the target station. These targets are either made of a target material or consist of several segments of different target materials composed. Furthermore, the target station has at least one Device for rotation at least in the ablation position Targets at a given angular velocity about his Symmetry axis on.
Die wenigstens eine Vorrichtung zur Rotation ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 vorteilhafterweise mit jeweils einer Einrichtung zur vorgegebenen Verschiebung der Targetsegmente parallel zur Symmetrieachse des jeweiligen Targets in die Ablationsposition versehen.The at least one device for rotation is according to the embodiment of patent claim 10 Advantageously, each provided with a device for the predetermined displacement of the target segments parallel to the axis of symmetry of the respective target in the ablation position.
Der Targethalter ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 prismenförmig ausgebildet und besitzt prismenmantelflächenartig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von ebenen plattenförmigen Targets. Die Targets besitzen beispielsweise die Form eines Rechtecks. Darüber hinaus ist der Targethalter stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targethalterungen drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und den sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar.Of the Target holder is prism-shaped according to the embodiment of claim 11 formed and has prismenmantelflächeartig arranged target holders for receiving and for cooling or heating of flat plate-shaped Targets. The targets have, for example, the shape of a rectangle. In addition, the target holder is gradually by predetermined Angle according to the number of target holders rotatable and to realize a predetermined relative movement between the in ablation position target and in the coating position substrate laterally and preferably parallel relative to the substrate surface controlled displaced.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 ist mindestens eine Schutzblende für wenigstens ein sich nicht in Ablationsposition befindenden Targets und für wenigstens ein sich nicht in Beschichtungsposition befindenden Substrats in der Beschichtungskammer angeordnet. Dadurch sind diese vor einer Oberflächenverschmutzung mit ablatiertem Fremdmaterial geschützt.To The development of claim 12 is at least one protective shield for at least one not in ablation position Targets and for at least one not in coating position disposed substrate in the coating chamber. Thereby These are ablated with a surface contamination Foreign material protected.
Die Einrichtung zur Einkopplung des Targetlaserstrahls auf das sich in Ablationsposition befindende Target besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 aus einem an einem Einkoppelflansch hochvakuumdicht angeflanschten Einkoppelfenster aus einem für die Wellenlänge des Targetlaserstrahls transparenten Material. Der Einkoppelflanschquerschnitt und das Einkoppelfenster sind weiterhin in ihrer Größe so bemessen, dass der Targetlaserstrahl über die gesamte Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets entweder nur linear mit konstanter oder vorgegeben variierter Geschwindigkeit bei rotierenden scheibenförmigen oder zylinderförmigen Targets oder zweidimensional flächenhaft bei nicht rotierendem Target, beispielsweise spiralförmig mit konstanter Vektorgeschwindigkeit oder kreisförmig und linear fortschreitend, gescannt werden kann, um je nach Targetform und Targetbewegung einen gleichmäßigen Targetabtrag über die gesamte Targetfläche zu erreichen.The Device for coupling the target laser beam on the in ablation position target exists after the training of claim 13 from a high vacuum on a coupling flange flanged coupling window of one for the wavelength the target laser beam transparent material. The coupling flange cross section and the coupling window are still in their size so dimensioned that the target laser beam over the entire Surface of the target in ablation position either only linear with constant or predetermined varied speed with rotating disc-shaped or cylindrical Targets or two-dimensional planar with non-rotating Target, for example spirally with constant vector velocity or circular and linear progressively scanned can be a uniform, depending on the target shape and target movement Target removal over the entire target area to reach.
Die Symmetrieachse des Einkoppelflansches ist weiterhin entweder unter einem vorgegebenen Winkel zur Targetoberfläche geneigt oder mittels Faltenbalgzwischenstück unter mehreren vorgegebenen Winkeln zur Targetoberfläche neigbar, damit der Targetlaserstrahl vorzugsweise unter einem bestimmten Winkel oder unter verschiedenen vorgegebenen Winkeln auf die Targetoberfläche gerichtet werden kann. Der eingesetzte Targetlaserstrahl muss eine für den effektiven Targetablationsprozess des jeweiligen Targetmaterials und für die Erzeugung eines energiereichen Targetteilchenstroms in Richtung des Substrats geeignete Wellenlänge, Pulsdauer und Fluenz sowie Fluenzhomogenität oder Fluenzverteilung über den Fokusquerschnitt auf der Targetoberfläche besitzen.The Symmetry axis of the coupling flange is still either below inclined at a predetermined angle to the target surface or by bellows intermediate piece among several predetermined Angles to the target surface inclinable, so that the target laser beam preferably at a certain angle or under different predetermined angles are directed to the target surface can. The target laser beam used must be one for the effective target ablation process of the respective target material and for the generation of a high energy target particle stream in the direction of the substrate suitable wavelength, pulse duration and fluence, as well as fluence homogeneity or fluence distribution have the focus cross section on the target surface.
Der wellenlängenabhängige materialspezifische Absorptionskoeffizient des Targetmaterials muss für die Wellenlänge des Targetlaserstrahls genügend groß sein, damit die Photonen in einem möglichst kleinen Volumen absorbiert werden und die ablatierten Teilchen dadurch bei ausreichend hoher Fluenz genügend hohe Energien erhalten, die für die Herausbildung optimaler Schichteigenschaften, beispielsweise für die Erzeugung superharter ta-C- und c-BN-Schichten, erforderlich sind. Die Pulsdauer sollte dabei wenigstens im Zeitbereich von wenigen 10 ns und niedriger liegen, damit durch Wärmeleitung nur eine vernachlässigbarer Anteil der Photonenenergie aus dem Absorptionsvolumen abfließen kann.Of the wavelength-dependent material-specific absorption coefficient of the target material must be for the wavelength of the Target laser beam be large enough for the Photons absorbed in as small a volume as possible and the ablated particles thereby at sufficiently high Fluenz received enough high energy for the formation of optimal layer properties, for example for the production of superhard ta-C and c-BN layers, required are. The pulse duration should be at least in the time domain of a few 10 ns and lower, so that by heat conduction only a negligible proportion of the photon energy can drain off the absorption volume.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 14 ist zur Verringerung bis zur Vermeidung der Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters für den Targetlaserstrahl mit ablatiertem Targetmaterial die Länge des Einkoppelflansches unter Beachtung der erforderlichen Brenn weite des außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Objektivs zur Fokussierung des Targetlaserstrahls auf das Target so lang wie möglich ausgebildet, da die Zahl der Targetteilchen, die auf das Fenster gelangen, sich mit dem Quadrat des Fenster–Targetabstandes verringert. Dadurch wird eine Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters für den Targetlaserstrahl mit ablatiertem Targetmaterial, die zur Reduzierung der Fluenz des Targetlaserstrahls auf dem Target führt, verringert bis vermieden.To The development of claim 14 is to reduce until to avoid occupying the inner surface of the coupling window for the target laser beam with ablated target material the length the Einkoppelflansches considering the required focal length of the arranged outside the coating chamber lens for Focusing the target laser beam on the target as long as possible formed as the number of target particles on the window get close to the square of the window target distance reduced. This will occupy the inner surface of the Coupling window for the target laser beam with ablated Target material used to reduce the fluence of the target laser beam on the target, reduced to avoided.
Eine weitere Vermeidung der Fensterbelegung kann erreicht werden, wenn durch geeignete Wahl der Länge des Einkoppelflansches die Fluenz des auf das Target fokussierten und über die Targetoberfläche und dadurch auch über einen Flächenbereich des Einkoppelfensters gescannten Targetlaserstrahls auf der belegten Fensterinnenfläche noch groß genug ist, um das abgelagerte Targetmaterial wieder von der Fensterinnenfläche zu ablatieren.A further avoidance of window occupancy can be achieved if by a suitable choice of the length of Einkoppelflansches the Fluence of focused on the target and over the target surface and thereby also over a surface area of the Coupling window scanned target laser beam on the occupied Window inner surface is still big enough to that deposited target material again from the window inner surface to ablate.
Weiterhin kann zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und dem Einkoppelfenster eine synchron mit dem Targetlaserstrahlscann und senkrecht zum Targetlaserstrahl bewegbare, nur den Laserstrahlquerschnitt freigebende Blende angebracht sein.Farther can be between the target located in ablation position and the coupling window synchronously with the target laser beam scan and perpendicular to the target laser beam movable, only the laser beam cross section be attached releasing aperture.
Darüber hinaus können magnetfelderzeugende Anordnungen zur Ablenkung des ablatierten ionisierten Targetteilchenstromanteils von der Fensterinnenfläche vorhanden sein. Damit wird eine Verringerung der Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters mit Targetmaterial erreicht. Vorteilhaft sind beispielsweise rotationssymmetrische und trichterförmig divergierende Magnetfelder deren Feldlinien zu den Wänden des Einkoppelflansches und nicht bis zum Einkoppelfenster verlaufen.In addition, magnetic field generating arrangements for deflecting the ablated ionized target particle flow component from the window inner surface may be present. This will be an Ver achieved ringing of the occupancy of the inner surface of the coupling window with target material. Advantageously, for example, rotationally symmetrical and funnel-shaped diverging magnetic fields whose field lines extend to the walls of Einkoppelflansches and not to the coupling window.
Die Einrichtung zur Einkopplung des Substratlaserstrahls mit vorgegebenem Querschnitt auf die Schichtoberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 aus einem hochvakuumdicht angeflanschten Fenster aus einem für die Wellenlänge des Substratlaserstrahls transparenten Materials. Dieses Fenster kann vorteilhafterweise im über einen Mechanismus zu öffnenden Deckel der Beschichtungskammer angeordnet sein. Dieses Fenster ist in seiner Größe so bemessen, so geformt und so angeordnet, dass der Substratlaserstrahl während der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und der Oberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats, vorzugsweise durch Bewegung des Carriers und/oder des Substrats und/oder durch Scannen des Substratlaserstrahls über die Schichtoberfläche, entweder senkrecht oder unter einem vorgegebenen variierbaren Winkel auf die Schichtoberfläche gerichtet ist. Der eingesetzte Substratlaserstrahl besitzt des Weiteren eine für die Spannungsreduzierung des jewei ligen Schichtmaterials geeignete Wellenlänge, Pulsdauer und Fluenz sowie Fluenzhomogenität oder Fluenzverteilung über den Laserstrahlquerschnitt auf der Schichtoberfläche. Für eine effektive Spannungsreduzierung müssen die Photonen des Substratlaserstrahls nur im zu entspannenden Subschichtmaterial absorbiert werden. Folglich muss der wellenlängenabhängige materialspezifische Absorptionskoeffizient des Schichtmaterials für die gewählte Substratlaserwellenlänge genügend groß sein, damit die Eindringtiefe der Photonen nur im Bereich der abgeschiedenen Subschichtdicke liegt. Für die Spannungsreduzierung von ta-C Schichten kann beispielsweise ein KrF-Excimer Laser mit 248 nm Wellenlänge und für die Spannungsreduzierung von c-BN Schichten ein F2-Laser mit 157 nm Wellenlänge eingesetzt werden. Für den Spannungsreduzierungsprozess ist eine homogene Fluenzverteilung über den Laserstrahlquerschnitt auf der Schichtoberfläche ohne Fluenzspots von Vorteil.According to the embodiment of claim 15, the device for coupling the substrate laser beam with a predetermined cross section onto the layer surface of the substrate located in the relaxation position consists of a highly vacuum-tight flanged window of a material transparent to the wavelength of the substrate laser beam. This window can advantageously be arranged in the lid of the coating chamber to be opened by a mechanism. This window is sized, shaped and arranged so that the substrate laser beam during relative movement between the laser beam and the surface of the relaxation position substrate, preferably by movement of the carrier and / or the substrate and / or by scanning the substrate laser beam is directed over the layer surface, either perpendicular or at a predetermined variable angle to the layer surface. The substrate laser beam used furthermore has a wavelength, pulse duration and fluence suitable for the voltage reduction of the respective layer material, as well as fluence homogeneity or fluence distribution over the laser beam cross section on the layer surface. For effective voltage reduction, the photons of the substrate laser beam need only be absorbed in the sublayer material to be relaxed. Consequently, the wavelength-dependent material-specific absorption coefficient of the layer material for the selected substrate laser wavelength must be sufficiently large so that the penetration depth of the photons lies only in the region of the deposited sub-layer thickness. For the voltage reduction of ta-C layers, for example, a KrF excimer laser with 248 nm wavelength and for the voltage reduction of c-BN layers F 2 laser with 157 nm wavelength can be used. For the voltage reduction process, a homogeneous fluence distribution over the laser beam cross section on the layer surface without fluence spots is advantageous.
In und/oder außerhalb der Beschichtungskammer sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 16 Bestandteile wenigstens einer der in situ Messeinrichtungen zur Ermittlung der der Pulsenergie, Fluenz und der Fluenzverteilung des Target- und des Substratlaserstrahls, zur Ermittlung der Schichtabscheiderate und der Schichtdicke, zur Ermittlung der Schichtspannung, zur Ermittlung der Substrat- und Schichtoberflächentemperatur sowie zur Ermittlung der Targetoberflächentemperatur oder zur Beurteilung der Schichtqualität angeordnet. Die in situ Messeinrichtung ist mit dem Datenverarbeitungssystem zusammengeschaltet, so dass eine messwertabhängige Steuerung der Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf Substrate gegeben ist.In and / or outside the coating chamber are after the Development of claim 16 constituents of at least one the in situ measuring equipment for determining the pulse energy, Fluence and the fluence distribution of the target and substrate laser beams, for determining the layer deposition rate and the layer thickness, for Determination of the layer stress, to determine the substrate and Layer surface temperature and to determine the target surface temperature or arranged to assess the quality of the layer. The in situ measuring device is interconnected with the data processing system, so that a measured value-dependent control of the laser pulse separation (PLD) of layers on substrates.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 17 sind zur in situ Kontrolle der Pulsenergie, der Fluenz und der Fluenzverteilung der Laserstrahlen Laserleistungs- und Laserpulsenergiemessgeräte sowie Laserstrahlprofilometer und zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate, der Schichtdicke, der Dicke der jeweiligen abgeschiedenen Subschicht und der Schichtqualität ein in situ Ellipsometer angeordnet.To The development of claim 17 are for in situ control the pulse energy, the fluence and the fluence distribution of the laser beams Laser power and laser pulse energy meters as well as laser beam profilometers and for in situ control of the layer deposition rate, the layer thickness, the Thickness of the respective deposited sub-layer and the layer quality an in situ ellipsometer arranged.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 18 ist eine optische Interferenz-Messeinrichtung so angeordnet, dass der Laserstrahl vorzugsweise eines Diodenlasers mit geeigneter Wellenlänge, der vom Schichtmaterial nur wenig absorbiert wird, unter einem vorgegebenem, von Null Grad verschiedenen Einfallswinkel auf die aufwachsende Schicht gerichtet und sowohl an der aufwachsenden Schichtoberfläche als auch an der Schicht-Substratgrenzfläche reflek tiert wird, wobei die reflektierten Strahlanteile interferieren und die mit zunehmender Schichtdicke entstehenden periodischen Intensitätsschwankungen mit Hilfe eines in Reflexionsrichtung des Laserstrahls angeordneten Fotodetektors registriert und als Messsignal zum Datenverarbeitungssystem geleitet werden.To The development of claim 18 is an optical interference measuring device arranged so that the laser beam is preferably a diode laser with a suitable wavelength, of the layer material only is little absorbed, under a predetermined, different from zero degrees Angle of incidence directed at the growing layer and both at the growing layer surface as well as at the Layer substrate interface is reflected, wherein the Reflected beam components interfere and with increasing layer thickness resulting periodic intensity fluctuations with the help a arranged in the reflection direction of the laser beam photodetector registered and passed as a measurement signal to the data processing system become.
Aus dem periodischen nahezu cosinusförmigen Verlauf des Messsignals mit abnehmender Amplitude kann die Schichtabscheiderate und die Schichtdicke ermittelt werden. Ein periodischer, nahezu cosinusförmiger Verlauf des Messsignals mit kontinuierlich abnehmender Amplitude bei kontinuierlicher Dickenzunahme der aufwachsenden Schicht weist dabei auf eine gleich bleibende Schichtqualität hin.Out the periodic almost cosinusoidal course of the measurement signal with decreasing amplitude, the Schichtabscheiderate and the layer thickness be determined. A periodic, almost cosinusoidal Course of the measuring signal with continuously decreasing amplitude with continuous increase in thickness of the growing layer points in doing so, the consistency of the coating is constant.
Zur in situ Messung der Target-, Substrat- und Schichtoberflächentemperatur sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 19 vorzugsweise Pyrometer angeordnet.to in situ measurement of target, substrate and layer surface temperature are according to the embodiment of claim 19 preferably pyrometer arranged.
Zur in situ Bestimmung der Schichtspannung während des Beschichtungsprozesses und zur Kontrolle der Spannungsreduzierung während des Spannungsreduzierungsprozesse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 20 auf dem Carrier in der Nähe eines Substrats ein nur an einem Ende befestigter Cantilever angebracht, dessen während des Beschichtungsprozesses mit zunehmender Dicke der aufwachsenden Subschicht zunehmender Radius der Verbiegung und während des Spannungsreduzierungsprozesses dieser Subschicht wieder abnehmender Radius der Verbiegung ermittelt und ausgewertet wird.For in situ determination of the layer tension during the coating process and to control the voltage reduction during the voltage reduction processes is attached to the carrier in the vicinity of a substrate attached only at one end cantilever according to the embodiment of claim 20, which during the coating process with increasing thickness of the growing Sublayer increasing radius of curvature and during the stress reduction process of this sublayer again decreasing radius of curvature determined and out is valued.
Der Radius der Verbiegung kann beispielsweise mittels zwei jeweils vom befestigten und losen Ende des Cantilevers reflektierte Diodenlaserstrahlen und einem positionsempfindlichen Strahldetektor (PSD) ermittelt werden.Of the Radius of bending, for example, by means of two each of the fixed and loose end of the cantilever reflected diode laser beams and a position sensitive beam detector (PSD) become.
In der Beschichtungskammer ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 21 mindestens eine Ionenstrahlstation zur Ionenbestrahlung des sich vorzugsweise in oder unmittelbar neben der Beschichtungsposition befindenden Substrats und der Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen superdünnen Schicht mit Ionenstrahlen (Substrationenstrahlen) vorgegebener Masse, Ladung, Energie und Ionenstromdichte angeordnet. Diese dient zur Bestrahlung mit Ionenstrahlen sowohl der sich vorzugsweise in Beschichtungsposition befindenden Substrate, um Absorptionsschichten unmittelbar vor der Beschichtung zu entfernen, als auch der Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen Schicht, um zusätzlich Energie und atomare Teilchen für den Schichtbildungsprozess zuzu führen.In the coating chamber is according to development of the claim 21 at least one ion beam station for ion irradiation of the preferably in or immediately adjacent to the coating position located substrate and the surface of the respective growing or just deposited super thin layer with ion beams (substrate beams) of given mass, charge, Energy and ion current density arranged. This serves for irradiation with ion beams both preferably in the coating position substrates to absorption layers immediately in front of the To remove coating, as well as the surface of the respective growing or newly deposited layer additional energy and atomic particles for the film formation process to lead.
Die Ionenstrahlstation besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 22 aus einer hochvakuumdicht angeflanschten oder in die Beschichtungskammer eingebauten Ionenquelle und einer Elektronenquelle zur Ladungskompensation des Ionenstrahls sowie außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Energie-, Gasversorgungs- und Kühleinheiten für den Betrieb der Ionenquelle und der Elektronenquelle. Die Ionenstrahlzusammensetzung, die Ionenenergie und die Ionenstromdichte des auf die Substrate und wahlweise auch auf die aufwachsende oder gerade abgeschiedene superdünne Schicht auftreffenden Ionenstrahls wird vorgegeben eingestellt oder variiert. Der Übergang von der Ionenbestrahlung der Substratoberfläche zur Schichtabscheidung und zur wahlweisen Ionenbestrahlung der aufwachsenden Schicht erfolgt dazu kontinuierlich ohne zeitliche Unterbrechung und ohne Unterbrechung des Vakuums.The Ion beam station consists after the development of the claim 22 from a high vacuum-tight flanged or in the coating chamber built-in ion source and an electron source for charge compensation of the ion beam and outside the coating chamber arranged energy, gas supply and cooling units for the operation of the ion source and the electron source. The ion beam composition, the ion energy and the ion current density on the substrates and optionally on the growing or just deposited super thin layer impinging ion beam is preset or varies. The transition from the ion irradiation of the substrate surface for layer deposition and for optional ion irradiation of the growing layer takes place continuously without interruption and without interruption of the vacuum.
Die Ionenstrahlzusammensetzung, die Ionenenergie und die Ionenstromdichte des auf die Substrate und wahlweise auch auf die aufwachsende oder gerade abgeschiedene superdünne Schicht auftreffenden Ionenstrahls werden vorgegeben eingestellt oder während der Bestrahlung variiert. Durch die Ionenbestrahlung der Substrate unmittelbar vor der Beschichtung sollen Absorptionsschichten aus Restgasbestandteilen, die zu einer Verringerung der Haftfestigkeit der nachfolgend abgeschiedenen führen können, entfernt werden. Durch die Ionenbestrahlung der aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen Schicht wird zusätzlich Energie für den Schichtbildungsprozess zugeführt und/oder bei der Abscheidung von Schichten aus Verbindungen die Stöchiometrie durch zusätzliche Zuführung wenigstens einer Komponente der Verbindung als Ionen gezielt eingestellt.The Ion beam composition, ion energy and ion current density on the substrates and optionally on the growing or just deposited super thin layer impinging ion beam be preset or during the irradiation varied. By the ion irradiation of the substrates immediately before the Coating should absorption layers of residual gas constituents, which leads to a reduction in the adhesive strength of the subsequently deposited can be removed. By the ion irradiation the growing or newly deposited layer becomes additional Energy supplied for the film formation process and / or the deposition of layers of compounds stoichiometry by additional supply of at least one component the compound targeted as ions.
Zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und dem sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 23 Magnetfelder vorhanden, deren Magnetfeldlinien vorzugsweise senkrecht von der gerade ablatierten Oberfläche des Targets bis senkrecht auf die gerade beschichtete Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei das Target und das Substrat gegenüberliegend mit parallelen oder zueinander unter einem vorgegebenen Winkel geneigten Mittelsenkrechten oder geneigt und zueinander versetzt mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten von wenigstens 90 Grad angeordnet sind.Between the target located in ablation position and located in Coating position located substrate are according to the development of claim 23 magnetic fields present whose magnetic field lines preferably perpendicular to the surface being ablated of the target until perpendicular to the just coated surface of the target Substrate, with the target and the substrate opposite with parallel or mutually inclined at a predetermined angle mid-perpendicular or inclined and offset from each other at a predetermined angle placed between the mid-perpendiculars of at least 90 degrees are.
Diese Magnetfelder bewirken eine Konzentration des seitwärts vom Target ablatierten ioni sierten Teilchenstroms auf die Substrate und eine Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom und zusätzlich eine Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von vom Target ablatierten Partikulaten in die aufwachsende Schicht. Die Magnetfeldlinien verlaufen dabei vorzugsweise senkrecht von der gerade ablatierten Oberfläche des Targets bis senkrecht auf die gerade zu beschichtende Oberfläche des Substrats, damit die ablatierten ionisierten atomaren Targetteilchen und die ablatierten Elektronen auf Spiralbahnen entlang der Magnetfeldlinien zu dem Substrat geführt werden und eine räumliche Ladungstrennung zwischen den ablatierten ionisierten Targetteilchen und den etwa gleichvielen ablatierten Elektronen vermieden wird und somit keine die Ionenenergie verringernde Coulombwechselwirkung zwischen den beiden Ladungsträgerarten entsteht.These Magnetic fields cause a concentration of the sideways ablated from the target ionized particle flow on the substrates and an increase in the degree of ionization in the ablated Target particle flow and additionally a reduction to Avoid incorporation of target ablated particulates into the growing up layer. The magnetic field lines preferably run perpendicular to the just ablated surface of the target up perpendicular to the surface of the surface to be coated Substrate, so that the ablated ionized atomic target particles and the ablated electrons on spiral paths along the magnetic field lines be guided to the substrate and a spatial charge separation between the ablated ionized target particles and the approximately the same number of ablated electrons is avoided and thus no the ion energy reducing Coulomb interaction between the Both types of charge carriers arise.
Die Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom durch magnetfeldverstärkte Elektronenstoßionisation von vorzugsweise ablatierten neutralen Targetteilchen im lasererinduzierten Plasma nahe über der Targetoberfläche basiert auf folgendem Wirkprinzip: Die mit etwa der gleichen Energie und vergleichbarer Energieverteilung wie die ionisierten und neutralen atomaren Targetteilchen ablatierten Elektronen werden in Targetnähe durch Coulombwechselwirkung mit den ionisierten Targetteilchen verzögert und die ionisierten Targetteilchen dabei beschleunigt bis sich beide Ladungsträgerarten mit vergleichbarer Geschwindigkeit und Geschwindigkeitsverteilung in Richtung Substrate bewegen. In unmittelbarer Targetnähe existiert jedoch noch eine hohe Teilchendichte und ein hochdichtes laserinduziertes Plasma, in dem die Elektronen noch eine genügend hohe Energie für die Ionisierung von ablatierten neutralen Targetteilchen besitzen und sich ihre Stoßwahrscheinlichkeit mit diesen Teilchen durch die Spiralbahnbewegung entlang der Magnetfeldlinien erhöht.The increase in the degree of ionization in the ablated target particle stream by magnetic field-enhanced electron impaction of preferably ablated neutral target particles in the laser-induced plasma near the target surface is based on the following principle: The electrons ablated with about the same energy and comparable energy distribution as the ionized and neutral atomic target particles are close to the target by Coulomb interaction Delayed with the ionized target particles and the ionized target particles accelerated until both types of charge carriers move with comparable speed and speed distribution in the direction of substrates. In the immediate vicinity of the target, however, there is still a high particle density and a high-density laser-induced plasma, in which the electrons still have a sufficiently high energy for the ionization of ablated neutral target particles and their impact probability with these Particles increased by the spiral path movement along the magnetic field lines.
Jeweils hinter dem Target und dem Substrat sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 24 Polschuhe angeordnet. Diese sind weiterhin über wenigstens ein in der Beschichtungskammer angeordnetes oder durch die Wände der Beschichtungskammer hochvakuumdicht eingeführtes magnetisches Joch mit wenigstens einer Stromspule verbunden. Damit erfolgt die Erzeugung des Magnetfeldes zur Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat und zur Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom bei gegenüberliegender Anordnung des sich in Ablationsposition befindenden Targets und des Substrats mittels eines magnetischen Kreises.Each behind the target and the substrate are after the development of the Patent claim 24 pole shoes arranged. These are still over at least a disposed in the coating chamber or through the walls the coating chamber introduced high vacuum-tight magnetic Yoke connected to at least one power coil. Thus, the Generation of the magnetic field for concentration of the ionized target particle stream fraction on the in coating position located substrate and the Increasing the degree of ionization in the ablated target particle stream with opposite arrangement of the ablation position located targets and the substrate by means of a magnetic Circle.
Unmittelbar vor dem Target sowie unmittelbar vor dem Substrat und zwischen Target und Substrat sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 25 Magnetspulen oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten angeordnet.immediate in front of the target as well as directly in front of the substrate and between target and substrate are according to the embodiment of claim 25 Magnetic coils or annularly magnetized in the axial direction Permanent magnets arranged.
Die Magnetfeldanordnungen nach Patentanspruch 24 und 25 können auch miteinander kombiniert werden, wodurch die erforderliche Stromstärke in den Magnetspulen verringert werden kann.The Magnetic field arrangements according to claims 24 and 25 can also be combined with each other, thereby providing the required amperage in the solenoid coils can be reduced.
Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 26 so angeordnet, dass zusätzlich zur Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf die Substrate zur Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablatierten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei zueinander versetzter und geneigter Anordnung von Target und Substrat mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten der gerade ablatierten Targetoberfläche und der gerade zu beschichtenden Substratoberfläche von wenigstens 90 Grad ein vorzugsweise ringsektorförmiges Magnetfeld zwischen dem Target und dem Substrat vorhanden ist.solenoids and / or in the axial direction magnetized annular Permanent magnets are according to the embodiment of the claim 26 arranged so that in addition to the concentration of the ionized Target particle flow rate on the substrates for reduction up to Avoidance of incorporation of ablated particulates in the growing layer in mutually offset and inclined arrangement of the target and Substrate at a predetermined angle between the bisectors the just ablated target surface and straight to coating substrate surface of at least 90 degrees a preferably annular sector-shaped magnetic field between the target and the substrate is present.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 27 sind Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten so angeordnet, dass zur zusätzlichen Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablatierten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei gegenüberliegender und geneigter Anordnung von Target und Substrat ein Magnetfeld in Form wenigstens eines Teils eines sinuswellenförmigen Torus zwischen dem Target und dem Substrat vorhanden ist.To The development of claim 27 are magnetic coils and / or in the axial direction magnetized annular permanent magnet arranged so that additional reduction to avoidance the incorporation of ablated particulates into the growing layer with opposite and inclined arrangement of target and Substrate is a magnetic field in the form of at least part of a sine wave Torus between the target and the substrate is present.
Durch die Weiterbildungen nach Patentanspruch 26 und 27 wird gewährleistet, dass die gerade zu beschichtende Substratoberfläche von der gerade ablatierten Targetfläche aus geometrisch-optisch nicht sichtbar ist, damit der neutrale, nicht geladene Targetteilchenstromanteil und vor allem die neutralen Partikulate mit vielfacher Atommasse und auch die ionisierten Partikulate, wegen ihres großen Larmorradius, nicht auf die Substrate gelangen und nur die ablatierten ionisierten atomaren Targetteilchen für den Schichtbildungsprozess genutzt werden.By the developments according to claim 26 and 27 is ensured that the substrate surface to be coated by the just ablated target surface of geometric-optical not is visible, so that the neutral, non-charged Targetteilchenstromanteil and especially the neutral particulates with multiple atomic mass and also the ionized particulates, because of their large size Larmorradius, did not get to the substrates and only the ablated ones ionized atomic target particles for the film formation process be used.
Zwischen dem Target und dem Substrat ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 28 wenigstens eine Blende mit vorgegebener Öffnungsgeometrie so angeordnet und wird so bewegt, dass der vom Target ablatierte, schichtbildende Teilchenstrom möglichst senkrecht jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden.Between the target and the substrate is according to the embodiment of the claim 28 at least one aperture with predetermined opening geometry arranged and moved so that the ablated from the target, layer-forming particle flow as perpendicular as possible, however not below an angle of incidence greater than 60 Degree on the respective substrate or growing layer surface impinges and layers of homogeneous thickness or with a predetermined lateral thickness gradients are deposited.
Durch eine der Substratgeometrie angepasste Öffnungsform und wahlweise vorgegebene Bewegung der Blende relativ zum Target und Substrat werden Targetteilchenstromanteile, die ohne Blende streifend unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die Substratoberfläche auftreffen würden, ausgeblendet und nicht zur Schichtbildung verwendet. Bei zu streifendem Einfall der Targetteilchen auf die Substratoberfläche ist der Energie- und Impulseintrag der Targetteilchen in die aufwachsende Schichtoberfläche zu gering für die Herausbildung besonderer Schichteigenschaften, beispielsweise zur Erzeugung eines hohen sp3-Bindungsanteils in ta-C Schichten oder der kubischen Bornitridphase in c-BN Schichten.By an aperture shape adapted to the substrate geometry and optionally predetermined movement of the aperture relative to the target and substrate, target particle stream portions which would strike the substrate surface grazing at an angle of incidence of greater than 60 degrees would be masked out and not used for film formation. When the target particles strike the substrate surface, the energy and momentum input of the target particles into the growing layer surface is too low for the formation of particular layer properties, for example for producing a high sp 3 bond fraction in ta-C layers or the cubic boron nitride phase in c BN layers.
Die Entnahmekammer ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 29 mit einer Oberflächenstrukturierungsstation zur Laser-Mikro- und/oder Laser-Nano-Strukturierung wenigstens der abgeschiedenen Schichten auf das sich in Strukturierungsposition befindende beschichtete Substrat mittels Fokus- oder Maskenprojektionsverfahren ausgestattet.The Removal chamber is according to the embodiment of claim 29 with a surface structuring station for laser micromachining and / or laser nanostructuring of at least the deposited ones Layers on the coated in structuring position Substrate equipped by means of focus or mask projection method.
Die Oberflächenstrukturierungsstation besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 30 aus außerhalb der Entnahmekammer angeordneten wenigstens eines Lasers und Einrichtungen zur Führung, Formung und Fokussierung sowie Fokusnachführung oder Maskenabbildungsebene-Nachführung des Laserstrahls und zur Realisierung einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substratoberfläche sowie einer Einrichtung zur Einkopplung dieses Laserstrahls als Strukturierungslaserstrahl mit vorgegebenem Fokus- oder Maskenabbildungs-Querschnitt auf die Schichtoberfläche sowie wenigstens einer in situ Lagemess- und Justiereinrichtung für das sich in Strukturierungsposition befindende Substrat und Einrichtungen zur Messung und Justierung sowie Nachführung der Fokuslage oder der Maskenabbildungsebene des Strukturierungslaserstrahls relativ und senkrecht zur Schichtoberfläche.The surface structuring station consists according to the embodiment of claim 30 from outside the removal chamber arranged at least one laser and means for guiding, shaping and focusing and focus tracking or mask image plane tracking of the laser beam and to realize a relative movement between the laser beam and substrate surface and a device for coupling this laser beam as Structuring laser beam with a predetermined focus or mask image cross-section on the layer surface and at least one in situ position measuring and adjusting device for the structuring position dende substrate and means for measuring and adjusting and tracking the focus position or the mask image plane of the structuring laser beam relative and perpendicular to the layer surface.
Die Entnahmekammer weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 31 wenigstens eine Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern auf.The Withdrawal chamber has according to the embodiment of the claim 31 at least one station for voltage reduction of the deposited Layers by thermal annealing.
Die Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 32 aus einem Strahlungsheizer. Bei mehreren Substraten auf einem Carrier werden vorteilhafterweise die Substrate gleichzeitig getempert. Dabei werden die Photonenwellenlänge zum Erreichen eines hohen Absorptionsgrades im Schichtmaterial ausgewählt und die Bestrahlungsintensität zur Einstellung der erforderlichen, von Schichtmaterial und Substratmaterial abhängigen maximalen Temperatur gezielt eingeregelt und eine vorgegebene Zeit gehalten.The Station for voltage reduction of the deposited layers by thermal annealing consists after the development of the claim 32 from a radiant heater. With several substrates on one Carrier advantageously the substrates are annealed simultaneously. The photon wavelength to reach a high absorption in the layer material selected and the irradiation intensity to adjust the required, of layer material and substrate material dependent maximum Temperature controlled and kept a predetermined time.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 33 sind die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer, die Beschichtungskammer und die Entnahmekammer zur Aufnahme von mehreren Carrier und entsprechend die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer für den Einsatz von mehreren Ionenquellen oder mehreren Einrichtungen zur Erzeugung eines Plasmas, die Beschichtungskammer für den Einsatz von mehreren Targetstationen, mehreren Spannungsreduzierungsstationen und sowie alle Energieversorgungseinheiten und die Steuereinheiten für einen automatischen Prozessablauf durch einen modularen Aufbau gekennzeichnet und somit erweiterbar.To the development of claim 33 are the loading / pretreatment chamber, the coating chamber and the sampling chamber for receiving several carriers and according to the feed / pretreatment chamber for the use of multiple ion sources or more Means for generating a plasma, the coating chamber for the use of multiple target stations, several Voltage reducing stations and and all power supply units and the control units for an automatic process flow characterized by a modular structure and thus expandable.
Damit ist die Vorrichtung zur produktiven Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf Substrate modular aufgebaut und kann somit bei erforderlicher Erhöhung der Produktivität kostengünstig erweitert werden.In order to is the device for productive laser pulse separation (PLD) of Layers on substrates built up modularly and can thus if required Increasing productivity cost-effectively be extended.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.embodiments The invention are illustrated in principle in the drawings and will be described in more detail below.
Es zeigen:It demonstrate:
1. Ausführungsbeispiel1st embodiment
Eine
Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf
Substrate besteht im Wesentlichen aus einem Laser
Die
Wenigstens
die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer
Die
Carrier
Die
Carrier
Nach
dem Transport des in der Beladestation
Auf
dem scheibenförmig ausgebildeten kühlbaren Targethalter
Mit
einer zur Targetstation gehörenden Vorrichtung
Der
von einem KrF-Excimerlaser als Laser
Die
Spannungsreduzierungsstation zur laserinduzierten Reduzierung der
Spannungen der abgeschiedenen Subschichten besteht aus dem Laser
In
einer weiteren Ausführungsform kann zur Konzentration des
seitwärts vom Target
Die
Der
magnetische Kreis besteht aus über dem sich in Ablationsposition
befindenden Target
Mit
magnetischen Flussdichten im Bereich von 100 bis 150 Millitesla
kann bei einem Target-Substratabstand von 50 mm beispielsweise eine
Erhöhung der Schichtabscheiderate bis zu 20% erreicht werden,
da ohne Magnetfeld nur etwa 75% des unter einem Winkel von maximal
30 Grad zur Targetnormalen vom Target
Nachfolgend
werden typische Parameter für die Abscheidung von ta-C
Schichten auf ebenen Substraten mit der Vorrichtung nach der prinzipiellen Darstellung
der
- a) Einsatz von zwei KrF-Lasern zur Erzeugung des
Target-
12 und des Substratlaserstrahls13 - – Targetlaserstrahl
12 : Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 50 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Target 12 bis 15 J/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Target 4 bis 5 mm2. - – Substratlaserstrahl
13 : Laserpulsenergie auf der Schicht 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 50 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 150 bis 300 mJ/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Substrat 2 bis 4 cm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat bis 200 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5%, beschichtbare Fläche pro Stunde mit einer 1 μm dicken ta-C Schicht 730 cm2 oder 72 Scheiben mit 30 mm Durchmesser. - b) Einsatz von zwei KrF-Lasern zur Erzeugung des Target-
12 und des Substratlaserstrahls13 - – Targetlaserstrahl
12 : Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 300 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Target 12 bis 15 J/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Target 4 bis 5 mm2, - – Substratlaserstrahl
13 : Laserpulsenergie auf der Schicht 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 300 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 150 bis 300 mJ/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Substrat 2 bis 4 cm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat bis 1000 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5%,
- a) Use of two KrF lasers to generate the target
12 and the substrate laser beam13 - - Target laser beam
12 : Laser pulse energy on the target 600 mJ, pulse repetition frequency 50 Hz, laser beam fluence on the target 12 to 15 J / cm 2 , focus cross section on the target 4 to 5 mm 2 . - - Substrate laser beam
13 : Laser pulse energy on the layer 600 mJ, pulse repetition frequency 50 Hz, laser beam fluence on the substrate 150 to 300 mJ / cm 2 , focus cross-section on the substrate 2 to 4 cm 2 , film deposition rate in still substrate up to 200 nm / min, thickness inhomogeneity with moving substrate less than 5 %, coatable area per hour with a 1 μm thick ta-C layer 730 cm 2 or 72 slices with 30 mm diameter. - b) Use of two KrF lasers to generate the target
12 and the substrate laser beam13 - - Target laser beam
12 : Laser pulse energy on the target 600 mJ, pulse repetition frequency 300 Hz, laser beam fluence on the target 12 to 15 J / cm 2 , focus cross section on the target 4 to 5 mm 2 , - - Substrate laser beam
13 : Laser pulse energy on the layer 600 mJ, pulse repetition frequency 300 Hz, laser beam fluence on the substrate 150 to 300 mJ / cm 2 , focus cross-section on the substrate 2 to 4 cm 2 , film deposition rate with unmoved substrate up to 1000 nm / min, thickness inhomogeneity with moving substrate less than 5 %
Zur
in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate, der Dicke der aufwachsenden
Subschicht und der Schichtqualität kann ein optisches Interferenz-Messverfahren
verwendet werden (Darstellung in der
Nach
dem Transport des Carriers
Die
Laser-Nanostrukturierung der ta-C Schichten zur Verbesserung der
tribologischen Eigenschaften der beschichteten Substrate
Die
Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch rein thermisches
Tempern kann über einen flächenhaft wirkenden
ringförmigen Strahlungsheizer mit den Maßen des
Carriers
Die
Laser, die Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, die Einrichtung zur
Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, die Vorrichtungen zur Führung,
Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen, die Transportvorrichtung
für den wenigstens einen Carrier
In
einer weiteren Ausführungsform des Ausführungsbeispiels
können Carriers
Zur
Beschichtung von beispielsweise Bohrern und Fräsern als
Substrate
Die
Durch
die Anordnungen gemäß der
Die
Die
Substrate
Für
eine gleichzeitige Schichtabscheidung an den Seitenflächen
und einer Deckfläche der Schneidelatten, sind die Targets
Die
Zur
Beschichtung von Substraten
Die
Zur
Beschichtung von Substraten
Die
Zur
Innenbeschichtung von kurzen Hohlzylindern als Substrate
In
einer zweiten Ausführungsform sind die Substrate
In
einer dritten Ausführungsform sind die Substrathalter
In
den Ausführungsformen gemäß
Zur
Erhöhung der Schichtabscheiderate ist in der zweiten und
dritten Ausführungsform jeweils ein magnetischer Kreis
mit Polschuhen
In
diesen Ausführungsformen gemäß der Darstellungen
der
In
weiteren Ausführungsformen des ersten Ausführungsbeispiels
können auch Targets
In
einer weiteren Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels
sind die Targets
Die
2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment
Eine
Vorrichtung zur produktiven Laserpulsabscheidung (PLD) von kubischen
Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf Substrate
Die
Die
Einkopplung des Targetlaserstrahls
Zur
Abscheidung von c-BN Schichten sind auf dem Targethalter
Zur
Erhöhung der Haftfestigkeit der Zwischenschichten auf dem
Substrat
Die
zur Erzeugung der Ionenstrahlen
Zur
magnetfeldgestützten Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils
auf die sich in Beschichtungsposition auf dem Carrier
Für
die Erzeugung des Substratlaserstrahls
Nachfolgend
werden typische Parameter für die Abscheidung von c-BN
Schichten auf ebenen Substraten mit der Vorrichtung nach
Einsatz
eines KrF-Lasern zur Erzeugung des Targetlaserstrahls
- – Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ,
- – Laserstrahlfluenz auf dem Target 20 bis 40 J/cm2,
- – Fokusquerschnitt auf dem Target 1,5 bis 3 mm2,
- – Pulswiederholfrequenz für die c-BN Nukleation 10 bis 30 Hz,
- – Pulswiederholfrequenz für das weitere c-BN Schichtwachstum 50 Hz.
Use of KrF lasers to generate the target laser beam
- - laser pulse energy on the target 600 mJ,
- Laser beam fluence on the target 20 to 40 J / cm 2 ,
- Focus cross section on the target 1.5 to 3 mm 2 ,
- - pulse repetition frequency for c-BN nucleation 10 to 30 Hz,
- - Pulse repetition frequency for further c-BN layer growth 50 Hz.
Einsatz einer Hochfrequenzionenquelle zur Erzeugung des Substrationenstrahls
- – Arbeitsgasgemisch Ar/N2 im Verhältnis 2:1,
- – Ionnenergie 700 eV,
- – Ionenstromdichte für die c-BN Nukleation und
- – für das weitere c-BN Wachstum 570 μA/cm2.
- Working gas mixture Ar / N 2 in the ratio 2: 1,
- - ion energy 700 eV,
- - Ion current density for c-BN nucleation and
- For the further c-BN growth 570 μA / cm 2 .
Einsatz eines Fluor-Lasers zur Erzeugung des Substratlaserstrahls
- – Laserpulsenergie auf der Schicht 8,5 bis 15 mJ,
- – Pulswiederholfrequenz 200 Hz,
- – Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 75 bis 130 mJ/cm2,
- – Fokusquerschnitt auf dem Substrat 12 mm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat 45 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5%, Subschichtdicke 50 bis 150 nm,
- Laser pulse energy on the layer 8.5 to 15 mJ,
- - pulse repetition frequency 200 Hz,
- Laser beam fluence on the substrate 75 to 130 mJ / cm 2 ,
- - focus cross-section on the substrate 12 mm 2 , Schichtabscheiderate with unmoved substrate 45 nm / min, thickness inhomogeneity with moving substrate less than 5%, sub-layer thickness 50 to 150 nm,
3. Ausführungsbeispiel3rd embodiment
Die
Die
Vorrichtung entspricht im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels.
Der Carrier
Die
Vorbehandlung des Substrats
In
der Beschichtungskammer
Durch
Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls
Durch
Drehung des Targethalters
Zur
Spanungsreduzierung der gerade abgeschiedenen Subschicht wird das
sich in Beschich tungsposition befindende Substrat
In
einer Ausführungsform des dritten Ausführungsbeispiels
kann in der Entnahmekammer
4. Ausführungsbeispiel4th embodiment
Die
Auf
dem Carrier
In
den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 können auch
Targets
Die
Zur
Drehung des jeweiligen Targets
In
einer weiteren Ausführungsform der Ausführungsbeispiele
4 und 5 können sich die Substrate
Die
Zur
Drehung der beispielsweise auf Substrathaltern
In
einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann das
Target
Die
Die
Targets
In
einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann das
Target
Die
Die Vorrichtungen der Ausführungsbeispiele können auch zur produktiven Laserpulsabscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf Substrate genutzt werden, wenn an Stelle der Targets aus Graphit Targets aus hexagonalem Bornitrid eingesetzt werden und während des Schichtabscheideprozesses gleichzeitig ein Substrationenstrahl, der wenigstens anteilig Stickstoffionen enthält, auf die aufwachsende Schichtoberfläche gerichtet wird.The Devices of the embodiments can also for productive laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers) be used on substrates, if in place of the targets of graphite Targets of hexagonal boron nitride are used during and the Schichtabscheideprozesses simultaneously a substrate beam, which at least proportionally contains nitrogen ions to which growing layer surface is directed.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LIM LASERINSTITUT MITTELSACHSEN GMBH, 09648 MI, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20120901 |