DE102007063380A1 - Coating device for coating a substrate under atmospheric conditions - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung eines Substrates bei Atmosphärenbedingungen sowie ein Verfahren für die Modifizierung von Substratoberflächen bei Atmosphärenbedingungen. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Atmosphärendruckdurchlaufreaktor bzw. eine Beschichtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, der bzw. die so ausgebildet ist, dass eine homogene Schichtabscheidung in einem im Vergleich zum Stand der Technik deutlich erweiterten Parameterfeld möglich ist, und dass eine deutlich erhöhte Flexibilität in Bezug auf die Verwendung für unterschiedliche Beschichtungen oder Schichtsysteme vorliegt. Die Beschichtungsvorrichtung weist eine ortsfest angeordnete Plasmaquelle, einen relativ zur Plasmaquelle in eine erste Bewegungsrichtung (Vorschubrichtung) bewegbaren Substratträger, welcher auf einer der Plasmaquelle zugewandten Seite ausgebildet ist zum Tragen und zum Transport eines zu beschichtenden Substrats und eine relativ zur Plasmaquelle in einer zweiten Bewegungsrichtung (B2), welche zumindest teilweise nicht der ersten Bewegungsrichtung entspricht, bewegbare Austrittsvorrichtung für das Plasma der Plasmaquelle, wobei die Austrittsvorrichtung mindestens eine Austrittsöffnung aufweist, auf. Die Austrittsvorrichtung ist so angeordnet und entlang der zweiten Bewegungsrichtung bewegbar, dass über die mindestens eine Austrittsöffnung Plasma aus der Plasmaquelle in Richtung auf die Substratoberfläche richtbar ist.The present invention describes a coating apparatus for coating a substrate under atmospheric conditions and a method for modifying substrate surfaces under atmospheric conditions. The object of the invention is to provide an atmospheric pressure continuous flow reactor or a coating device which is designed such that a homogeneous layer deposition is possible in a parameter field that is significantly expanded compared to the prior art, and that a significantly increased flexibility in Regarding use for different coatings or layer systems. The coating device has a stationarily arranged plasma source, a substrate carrier which is movable relative to the plasma source in a first movement direction (feed direction) and which is formed on a side facing the plasma source for carrying and transporting a substrate to be coated and a relative to the plasma source in a second direction of movement ( B2), which at least partially does not correspond to the first direction of movement, movable outlet device for the plasma of the plasma source, wherein the outlet device has at least one outlet opening, on. The outlet device is arranged and movable along the second direction of movement, that plasma can be directed from the plasma source in the direction of the substrate surface via the at least one outlet opening.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Beschichtungsvorrichtung (nachfolgend alternativ auch Modul genannt) zur Beschichtung eines Substrates bei Atmosphärenbedingungen sowie ein Verfahren für die Modifizierung von Substratoberflächen bei Atmosphärenbedingungen. Die Modifikation bzw. die Beschichtung erfolgt dabei mit einem von einer Plasmaquelle generierten Plasma, wobei der erfindungsgemäße Aufbau im Wesentlichen der normalen Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist: Unter Atmosphärenbedingungen wird somit ein Druckintervall von etwa ±300 Pascal um den jeweiligen Umgebungsatmosphärendruck verstanden. Dabei kann auf eine vor äußeren Einflüssen vollständig schützende Kammer genauso verzichtet werden, wie auf üblicherweise eingesetzte Elemente zur Reduzierung eines Drucks innerhalb von Vakuumkammern, in denen die unterschiedlichsten unter die Oberbegriffe CVD- und PVD-Verfahren fallenden Prozesse durchgeführt werden. Unter dem Begriff „Atmosphärenbedingung" sollen also Atmosphärenzusammensetzungen verstanden werden, die maximal um einige wenige 100 Pascal vom absoluten Atmosphärendruck der Umgebungsatmosphäre abweichen, verstanden werden.The The present invention describes a coating apparatus (hereinafter alternatively also called module) for coating a substrate Atmospheric conditions and a method for the modification of substrate surfaces under atmospheric conditions. The modification or the coating takes place with one of a plasma source generated plasma, wherein the inventive Build up essentially the normal ambient atmosphere is exposed: Under atmospheric conditions is thus a pressure interval of about ± 300 Pascal to the respective Ambient atmospheric pressure understood. It can be on a front of outer Influences fully protective chamber be dispensed with as well as on commonly used Elements for reducing pressure within vacuum chambers, in which the most varied under the generic terms CVD and PVD procedures falling processes are performed. Under the term "atmospheric condition" should So atmospheric compositions are understood, the maximum of a few 100 pascals of absolute atmospheric pressure deviate from the ambient atmosphere.

Für die Modifizierung der jeweiligen Substratoberfläche soll dabei in jedem Fall ein Plasma eingesetzt werden, um beispielsweise eine Reinigung einer Oberfläche, den Auftrag einer oder mehrerer Schicht(en) auf einer Oberfläche, den Abtrag von Schichten oder Bestandteilen der Oberfläche, eine Modifizierung einer auf einer Oberfläche aufgebrachten Schicht von Substraten oder auch eine chemische oder physikalische Modifizierung von Oberflächen von Substraten mit Hilfe der Plasmaenergie vornehmen zu können.For the modification of the respective substrate surface should In any case, a plasma can be used, for example a cleaning of a surface, the order of a or several layers on a surface, the removal of layers or components of the surface, a modification of a coated on a surface layer of substrates or also a chemical or physical modification of surfaces of substrates with the help of plasma energy to make.

Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Module sowie Verfahren für die Modifizierung von Substratoberflächen bei Atmosphärenbedingungen bekannt. Derzeit sind dabei homogene Schichtabscheidungen mittels eines Atmosphärendruckdurchlaufreaktors bzw. einer Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung eines Substrats bei Atmosphärenbedingungen nur in einem sehr engen Parameterfeld möglich. Hochwertige anorganische Funktionsschichten bzw. die Verwendung der Reaktoren für unterschiedliche Schichtsysteme erfordern jedoch den Einsatzbereich der Reaktoren in einem sehr weiten Parameterbereich.Out The prior art already has various modules and methods for the modification of substrate surfaces known at atmospheric conditions. Currently there Homogeneous layer deposition by means of an atmospheric pressure continuous flow reactor or a coating device for coating a substrate At atmospheric conditions only in a very narrow parameter field possible. High quality inorganic functional layers or the use of reactors for different coating systems however, require the field of application of the reactors in a very wide parameter range.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Atmosphärendruckdurchlaufreaktor bzw. eine Beschichtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, der bzw. die so ausgebildet ist, dass eine homogene Schichtabscheidung in einem im Vergleich zum Stand der Technik deutlich erweiterten Parameterfeld möglich ist, und dass eine deutlich erhöhte Flexibilität in Bezug auf die Verwendung für unterschiedliche Beschichtungen oder Schichtsysteme vorliegt.task It is therefore an object of the present invention to provide an atmospheric pressure continuous flow reactor or to provide a coating device, the one or more formed so that a homogeneous layer deposition in a significantly expanded parameter field compared to the prior art is possible, and that a significantly increased flexibility in terms of use for different coatings or layer systems.

Die vorstehende Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 sowie durch ein entsprechendes Beschichtungsverfahren nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.The The above object is achieved by an inventive Coating device according to claim 1 and by a corresponding Coating method according to claim 15 solved. advantageous Embodiments of the coating device according to the invention or the coating method according to the invention can be found in the dependent claims.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein beschrieben, dieser allgemeinen Beschreibung schließt sich ein spezielles Ausführungsbeispiel an. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung und im Rahmen des Fachwissens des Fachmanns können die einzelnen erfindungsgemäßen Ausgestaltungsformen, welche im speziellen Ausführungsbeispiel gezeigt sind, jedoch auch in einer anderen Konfiguration als der im speziellen Ausführungsbeispiel gezeigten ausgeführt sein bzw. verwendet werden.following the present invention will first be described in general terms, This general description is followed by a special one Embodiment to. In the context of the present invention and within the skill of the artisan, the individual embodiments of the invention, which are shown in the specific embodiment, but also in a different configuration than the one in particular Embodiment shown to be executed or used.

Grundlegende Idee der Lösung der Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist es, zu der eindimensionalen Bewegungsrichtung des Substrates (welche nachfolgend alternativ auch als erste Bewegungsrichtung oder Vorschubrichtung bezeichnet wird) eine zweite Bewegung in eine zweite Bewegungsrichtung, welche nicht der ersten Bewegungsrichtung entspricht (welche somit zumindest teilweise unter einem Winkel größer 0 Grad zur ersten Bewegungsrichtung durchgeführt wird) des Austrittsöffnungsfeldes der zur Beschichtung verwendeten Plasmaquelle hinzuzufügen.Basic Idea of the solution of the problem of the present invention it is, to the one-dimensional direction of movement of the substrate (which in the following alternatively as the first direction of movement or feed direction) is a second movement in one second direction of movement, which is not the first direction of movement corresponds (which thus at least partially at an angle greater than 0 degrees to the first direction of movement is) of the exit opening field of the coating used to add plasma source.

Um hierbei die über einen weiten Parameterbereich notwendigen, zufriedenstellenden Homogenitäten der Beschichtung sicherzustellen, wozu insbesondere eine deutlich höhere Bewegungsgeschwindigkeit des Austrittsöffnungsfeldes der Plasmaquelle im Vergleich zur Substratvorschubgeschwindigkeit sehr vorteilhaft ist, wird hierzu lediglich eine Austrittsvorrichtung für das Plasma das Plasmaquelle bewegt, da sich eine entsprechende Austrittsvorrichtung auf einfache Art und Weise als leichtgewichtige Düsenplatte oder als Schieber realisieren lässt, so dass eine Bewegung der vergleichsweise schweren Plasmaquelle vermieden werden kann. Erfindungsgemäß wird somit die Austrittsvorrichtung bewegt, während die Plasmaquelle selbst ortsfest angeordnet bleibt.Around necessary for a wide range of parameters, ensure satisfactory homogeneity of the coating in particular a significantly higher speed of movement the exit port field of the plasma source in comparison is very advantageous to the substrate feed speed is this only a discharge device for the plasma Plasma source moves because there is a corresponding outlet device in a simple way as a lightweight nozzle plate or as a slider, allowing a movement the comparatively heavy plasma source can be avoided. According to the invention thus the outlet device is moved, while the plasma source itself remains stationary.

Überraschenderweise hat auch diese Konstruktion einer ortsfest angeordneten Plasmaquelle und einer relativ dazu bewegten Austrittsvorrichtung für das Plasma der Plasmaquelle gezeigt, dass sich auf diese Art und Weise besonders homogene Beschichtungen des Substrates erzielen lassen.Surprisingly, this construction of a plasma source arranged in a fixed position and a plasma source plasma discharge device moved relative thereto have also shown that In this way, it is possible to achieve particularly homogeneous coatings of the substrate.

Besonders vorteilhaft wird dabei das Düsenfeld bzw. die Austrittsvorrichtung der ortsfest angeordneten Plasmaquelle mit einer translatorischen Bewegung, insbesondere einer rechteckigförmigen Bewegung, hin und her bewegt. Diese Hinundherbewegung erfolgt bevorzugt senkrecht zur Vorschubrichtung des Substrates. Neben einer translatorischen Hinundherbewegung ist jedoch auch eine rotatorische Bewegung möglich, es muss nur sichergestellt werden, dass diese zumindest teilweise Bewegungskomponenten enthält, die nicht in Vorschubrichtung des Substrates gerichtet sind. Wird somit nachfolgend davon gesprochen, dass die Austrittsvorrichtung relativ zur Plasmaquelle in eine zweite Bewegungsrichtung bewegt wird, welche zumindest teilweise nicht der ersten Bewegungsrichtung (also der Bewegung des Substratträgers samt darauf angeordnetem Substrat relativ zur Plasmaquelle) entspricht, so ist diese Angabe nicht einschränkend dahingehend zu verstehen, dass lediglich zwei translatorische Bewegungen als erste und zweite Bewegungsrichtung durchgeführt werden, welche beispielsweise unter einem festen Winkel oder ähnliches zueinander durchgeführt werden, sondern es ist z. B. auch eine bogenförmige Bewegung als die zweite Bewegung möglich, sofern nur sichergestellt ist, dass die zweite Bewegung zumindest einen Bewegungsanteil aufweist, welcher unter einem Winkel > 0° relativ zur ersten Bewegungsrichtung durchgeführt wird.Especially In this case, the nozzle field or the outlet device is advantageous the stationarily arranged plasma source with a translatory Movement, in particular a rectangular movement, moved back and forth. This Hinundherbewegung is preferably perpendicular to the feed direction of the substrate. In addition to a translatory reciprocating motion However, it is also a rotational movement possible, it it only needs to be ensured that these are at least partially movement components contains, which are not directed in the feed direction of the substrate are. Thus, it is spoken below that the outlet device moved relative to the plasma source in a second direction of movement which is at least partially not the first direction of movement (That is, the movement of the substrate support including arranged thereon Substrate relative to the plasma source), this is the indication not limiting to the understanding that only two translatory movements as the first and second directions of movement be carried out, for example, under a fixed angle or the like to each other be, but it is z. B. also an arcuate movement as the second movement possible, if only ensured is that the second movement has at least one motion component, which is at an angle> 0 ° relative is performed to the first direction of movement.

Durch die Bewegung der Austrittsvorrichtung bzw. der Düsenplatte wird die Plasmaextraktion strahlgeführt koordiniert bewegt (die Plasmaextraktion aus der Plasmaquelle folgt somit der Düsenbewegung). Die Plasmaquelle ist hierbei ortsfest im Raum angeordnet, wird somit im Gegensatz zum Substratträger und zur Austrittsvorrichtung nicht bewegt. Das Substrathandling ist jedoch weiterhin sehr einfach möglich. Insbesondere infolge der geringen Eigenmasse der Düsenplatte (beispielsweise etwa 300 g im Vergleich zu etwa 10 bis 15 kg der Plasmaquelle) ist die zur Erlangung der vorteilhaften hochhomogenen Schichtabscheidungen notwendige Bewegung mittels einer hohen Dynamik der Beschichtungsdüsen zu erreichen. Durch die vorbeschriebene Überlagerung der beiden Bewegungen ist also eine sehr homogene Beschichtung des auf dem Substratträger angeordneten Substrates möglich. In der Praxis zeigt sich, dass gerade diese Kombination der beiden Bewegungen dazu führt, dass die Steuerung bzw. Regelung der Beschichtungsvorrichtung weitestgehend parameterunabhängig und gleichzeitig weitestgehend unabhängig vom konkreten Schichtsystem möglich ist.By the movement of the outlet device or the nozzle plate the plasma extraction is moved beam-guided coordinated (The plasma extraction from the plasma source thus follows the nozzle movement). The plasma source is here fixed in space, thus becomes in contrast to the substrate carrier and to the outlet device not moved. However, substrate handling is still very easy. In particular, due to the low mass of the nozzle plate (For example, about 300 g compared to about 10 to 15 kg of Plasma source) is to obtain the advantageous highly homogeneous Layer deposits necessary movement by means of a high dynamics reach the coating nozzles. Through the above overlay The two movements is therefore a very homogeneous coating of possible on the substrate carrier substrate. In practice it turns out that this combination of the two Movements leads to the fact that the control or regulation the coating device largely independent of parameters and at the same time largely independent of the concrete Layer system is possible.

Insbesondere lassen sich mit der vorgestellten erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung Solarwafer beschichten und ätzen, Funktionsbeschichtungen auf Edelstahlsubstrate aufbringen und Antihaftbeschichtungen von Druckplatten und/oder Druckwalzen durchführen.Especially can be with the presented invention Coating device coating and etching solar wafers, Apply functional coatings to stainless steel substrates and non-stick coatings from printing plates and / or printing rollers.

Nachfolgend wird nun die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.following Now, the present invention is based on an embodiment described.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine Übersicht über ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung. 1 an overview of an embodiment of a coating device according to the invention.

2 eine Skizze der verwendeten Plasmaquelle und der verwendeten Austrittsvorrichtung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. 2 a sketch of the plasma source used and the outlet device used in the 1 shown embodiment.

3 eine Aufsicht auf die im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 verwendete Austrittsvorrichtung. 3 a plan view of the in the embodiment according to the invention 1 and 2 used outlet device.

1 zeigt eine Schnittansicht senkrecht zur Substratebene bzw. zur Transportebene des Substrates S durch die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung. 2 zeigt dann einen Schnitt in einer Ebene parallel zur Schnittebene von 1 durch die Plasmaquelle 1 und die Austrittsvorrichtung 3 und 3 zeigt eine Aufsicht auf die verwendete Austrittsvorrichtung 3, also einen Schnitt in einer Ebene senk recht zu den in den 1 und 2 gezeigten Schnittebenen. 1 shows a sectional view perpendicular to the substrate plane or to the transport plane of the substrate S by the coating device according to the invention. 2 then shows a section in a plane parallel to the cutting plane of 1 through the plasma source 1 and the exit device 3 and 3 shows a plan view of the outlet device used 3 , so a section in a plane perpendicular to the right in the 1 and 2 shown cutting planes.

Als im Rahmen der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung eingesetzte Plasmaquelle 1 kann beispielsweise eine Lichtbogenplasmaquelle oder eine Mikrowellenplasmaquelle eingesetzt werden. Die in der 2 gezeigte Plasmaquelle 1 ist als Mikrowellenplasmaquelle ausgebildet, die wie in der DE 102 39 875 A1 beschrieben ausgebildet sein kann (siehe in der genannten Offenlegungsschrift insbesondere die 4 und die zugehörigen Beschreibungsstellen; die DE 102 39 875 A1 wird, insbesondere im Hinblick auf die vorstehend genannten Stellen, vollständig in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen).As in the context of the coating device according to the invention used plasma source 1 For example, an arc plasma source or a microwave plasma source may be used. The in the 2 shown plasma source 1 is designed as a microwave plasma source, as in the DE 102 39 875 A1 may be formed described (see in the cited publication, in particular the 4 and the associated information points; the DE 102 39 875 A1 is fully incorporated in the disclosure of the present invention, in particular with regard to the above-mentioned points).

Die Plasmaquelle 1 ist in an sich bekannter Form mit einer Energiezuführung und einer Zuführung für ein Plasmagas ausgestattet. Ebenfalls kann die Plasmaquelle 1 in an sich bekannter Weise mit einer Zuführung für ein Precursor-Gas ausgestattet sein, welches zusammen mit dem Plasmagas der Quelle in den eigentlichen Reaktionsraum der Beschichtung des Substrates eingeführt wird. Ein solches Precursor-Gas wird vorteilhafterweise mit einer Rate von etwa 70 bis 80 l/min zugeführt, damit ein optimales Arbeiten der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung bei Atmosphärenbedingungen möglich ist. Der Substratträger 2 mit dem darauf angeordneten Substrat S steht somit unmittelbar in Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre (in der Regel Luft) und es kann prinzipiell ohne Weiteres auf ein schützendes Gehäuse verzichtet werden, wenn auch (siehe nachfolgend) im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein solches Schutzgehäuse gegenüber der außenseitigen Umgebung U gezeigt ist. Insbesondere kann somit auf Gehäuse verzichtet werden, innerhalb derer bestimmte atmosphärische Bedingungen, welche nicht der Umgebungsatmosphäre entsprechen, eingestellt werden müssten. Wird somit nachfolgend von einer „Abschirmung" des eigentlichen Reaktionsraumes für die Beschichtung des Substrates bzw. einer entsprechenden Reaktionskammer gesprochen, so ist damit nicht gemeint, dass hier eine vollständige Abschirmung in Form einer Abdichtung gegenüber der Umgebungsatmosphäre U erfolgen müsste.The plasma source 1 is equipped in a conventional manner with a power supply and a supply for a plasma gas. Likewise, the plasma source 1 be equipped in a conventional manner with a feed for a precursor gas, which is introduced together with the plasma gas of the source in the actual reaction space of the coating of the substrate. Such a precursor gas is advantageously supplied at a rate of about 70 to 80 l / min, so that an optimal operation of the coating apparatus according to the invention under atmospheric conditions is possible. The substrate carrier 2 with the substrate S arranged thereon is thus directly in contact with the ambient atmosphere (usually air) and it can in principle readily be dispensed with a protective housing, although (see below) in the present embodiment, such a protective housing against the outside environment U is shown. In particular, can thus be dispensed with housing within which certain atmospheric conditions, which do not correspond to the ambient atmosphere, would have to be set. Therefore, if a "shielding" of the actual reaction space for the coating of the substrate or a corresponding reaction chamber is referred to below, this does not mean that complete shielding in the form of a seal with respect to the ambient atmosphere U would have to take place here.

Die ortsfest angeordnete Plasmaquelle 1 der in 1 gezeigten Beschichtungsvorrichtung weist auf einer Seite (die Oberseite in der Figur) eine Kugellagerführung auf (nicht gezeigt), in welcher die Austrittsvorrichtung 3 beweglich gelagert ist. Die Austrittsvorrichtung 3 kann somit als bewegliche obere Deckelfläche der Plasmaquelle 1 angesehen werden, welche senkrecht zur Austriebsrichtung A des Plasmas P aus der Plasmaquelle beweglich ist. Die gleitende translatorische Bewegung, welche die Austrittsvorrichtung 3 in der Kugellagerführung der Plasmaquelle durchführen kann, ist im Bild mit dem Bezugszeichen B2 gekennzeichnet (zweite Bewegungsrichtung in x-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems senkrecht zur Austriebsrichtung A des Plasmas in y-Richtung des Koordinatensystems).The stationarily arranged plasma source 1 the in 1 The coating apparatus shown on one side (the top in the figure) on a ball bearing guide (not shown), in which the outlet device 3 is movably mounted. The outlet device 3 can thus as a movable upper cover surface of the plasma source 1 are viewed, which is perpendicular to the ejection direction A of the plasma P from the plasma source movable. The sliding translatory movement, which the outlet device 3 in the ball bearing guide of the plasma source is indicated in the figure by the reference B2 (second direction of movement in the x-direction of a Cartesian coordinate system perpendicular to the ejection direction A of the plasma in the y-direction of the coordinate system).

Im vorliegenden Fall wird die zweite Bewegung B2 in Form einer rechteckförmigen Hinundherbewegung ausgeführt: Diese Bewegung der Austrittsvorrichtung 3 kann dadurch realisiert werden, dass die Austrittsvorrichtung 3 mit Hilfe von Pneumatikzylindern (nicht gezeigt) bewegt wird. Im gezeigten Fall beträgt das Gewicht der Plasmaquelle 1 ca. 15 kg, wohingegen das Gewicht der beweglichen Austrittsvorrichtung (bzw. Düsenplatte, siehe nachfolgend) etwa 300 g beträgt.In the present case, the second movement B2 is carried out in the form of a rectangular reciprocating movement: this movement of the outlet device 3 can be realized by the fact that the outlet device 3 is moved by means of pneumatic cylinders (not shown). In the case shown, the weight of the plasma source 1 about 15 kg, whereas the weight of the movable outlet device (or nozzle plate, see below) is about 300 g.

Die rechteckförmige Hinundherbewegung B2 wird vorteilhafterweise mit konstanter Geschwindigkeit ausgeführt, was beispielsweise durch eine elektronische Programmsteuerung der Pneumatikzylinder sichergestellt werden kann.The Rectangular reciprocal movement B2 becomes advantageous Running at a constant speed, for example by an electronic program control of the pneumatic cylinder can be ensured.

Die Austrittsvorrichtung 3 ist so ausgeführt, dass in eine ebene Platte eine Vielzahl von in Austrittsrichtung A (bzw. y-Richtung) verlaufende Bohrungen 3' seitlich (in x-Richtung und/oder in z-Richtung) versetzt zueinander eingebracht sind. Durch diese Austrittsöffnungen bzw. Düsenöffnungen 3' wird das Plasma P hindurch getrieben, um wie nachfolgend beschrieben, in der eigentlichen Reaktionskammer 4 auf der der Plasmaquelle gegenüber liegenden Seite der Austrittsvorrichtung 3 für die Beschichtung des Substrates S zu sorgen.The outlet device 3 is designed so that in a flat plate a plurality of in the exit direction A (or y-direction) extending bores 3 ' are laterally offset (in the x-direction and / or in the z-direction) introduced to each other. Through these outlet openings or nozzle openings 3 ' the plasma P is driven through, as described below, in the actual reaction chamber 4 on the plasma source opposite side of the outlet device 3 to provide for the coating of the substrate S.

Wie die Schnittansicht von 1 weiter zeigt, ist auf der der Plasmaquelle 1 gegenüber liegenden Seite der Austrittsvorrichtung 3 ein Wandbereich 5, welcher im gezeigten Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, so angeordnet, dass die beiden Schenkel des U bis an die Austrittsvorrichtung heranreichen. In dieser in Richtung senkrecht zur gezeigten Schnittebene langgestreckten U-Wanne wird der Substratträger 2 in einer ersten Bewegungsrichtung (Vorschubrichtung) translatorisch bewegt. Die erste Bewegungsrichtung, in der eine kontinuierliche Translationsbewegung des Trägers 2 samt darauf angeordnetem Substrat S mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt wird, ist hierbei in z-Richtung, also senkrecht zur zweiten Bewegungsrichtung B2 und senkrecht zur Austrittsrichtung A des Plasmas P gerichtet. Die Bewegung des Substratträgers 2 erfolgt hierbei auf an sich bekannte Art und Weise.Like the sectional view of 1 further shows, is on the plasma source 1 opposite side of the outlet device 3 a wall area 5 , which is U-shaped in the cross section shown, arranged so that the two legs of the U reach up to the outlet device. In this in the direction perpendicular to the sectional plane shown elongated U-tub is the substrate carrier 2 in a first direction of movement (feed direction) translationally moved. The first direction of motion, in which a continuous translational movement of the wearer 2 together with the substrate S arranged thereon is carried out at a constant speed, this is directed in the z-direction, ie perpendicular to the second direction of movement B2 and perpendicular to the exit direction A of the plasma P. The movement of the substrate carrier 2 This is done in a known manner.

Der Substratträger 2 transportiert dabei das auf seiner der Düsenplatte 3 zugewandten Seite angeordnete Substrat S, welches durch die Kombination der zweiten Bewegung B2 der Düsenplatte 3 und der ersten Bewegung des Substratträgers 2 zu beschichten ist. Die Düsenplatte 3 wird hierbei zwischen den Wandbereichen 5 und der Plasmaquelle 1 in einer Querbewegung B2 mit deutlich höherer Geschwindigkeit als der Vorschubgeschwindigkeit des Substratträgers bzw. des Substrates bewegt: Beispielsweise kann die Substratgeschwindigkeit bzw. die Substratträgergeschwindigkeit etwa 2 bis 5 mm/sec betragen, wohingegen die Düsenplatte bei einem Maximalhub von etwa 40 mm (maximale Amplitude der Rechteckbewegung in B2-Richtung) mittels einer Frequenz von 2 bis 5 Hz hin und her bewegt wird.The substrate carrier 2 transports it on its nozzle plate 3 facing side disposed substrate S, which by the combination of the second movement B2 of the nozzle plate 3 and the first movement of the substrate carrier 2 to coat is. The nozzle plate 3 This is between the wall areas 5 and the plasma source 1 For example, the substrate speed may be about 2 to 5 mm / sec, whereas the nozzle plate may be at a maximum stroke of about 40 mm (maximum amplitude of the substrate) Rectangle movement in B2 direction) is reciprocated by means of a frequency of 2 to 5 Hz.

Wie nachfolgend (3) noch genauer gezeigt, ist es hierbei besonders vorteilhaft, dass benachbarte Austrittsöffnungen 3' der Austrittsvorrichtung 3 einen kleineren Abstand aufweisen, als der Maximalhub der Rechteckbewegung der Austrittsvorrichtung 3 (der Abstand benachbarter Düsen 3' beträgt etwa 22 mm).As follows ( 3 shown in more detail, it is particularly advantageous that adjacent outlet openings 3 ' the outlet device 3 have a smaller distance than the maximum stroke of the rectangular movement of the outlet device 3 (the distance between adjacent nozzles 3 ' is about 22 mm).

Der Abstand der der Austrittsvorrichtung 3 zugewandten Oberfläche des Substrates S (welche insbesondere zu beschichten ist) zur Austrittsvorrichtung 3 beträgt 1 bis 10 mm.The distance from the outlet device 3 facing surface of the substrate S (which in particular is to be coated) to the outlet device 3 is 1 to 10 mm.

Wie die Figur weiterhin zeigt, sind an den der Austrittsvorrichtung 3 zugewandten Enden der Wandbereiche 5 Gasvorhänge 6 angeordnet. Ebenso sind am der Austrittsvorrichtung 3 zugewandten Ende (bzw. an der Oberseite) der Plasmaquelle 1 solche Gasvorhänge 6 angeordnet. Diese Gasvorhänge 6 stoßen beweglich berührend an die Austrittsvorrichtung 3 an, so dass mit ihnen sichergestellt wird, dass einerseits eine zu der homogenen Beschichtung notwendige Reaktionsatmosphäre in der Reaktionskammer 4 im Wesentlichen erhalten bleibt (insbesondere Erhaltung des zugeführten Precursor-Gases, nicht gezeigt), also nicht in die außerhalb der Wandbereiche 5 und der Quelle 1 liegenden Umgebungsbereiche U abfließt, und andererseits verhindert wird, dass durch die Bewegung der Düsenplatte 3 in Richtung B2 Gasströmungseffekt, wie bei einer Luftpumpe, hervorgerufen werden, welche ihrerseits eine homogene Beschichtung des Substrates S erschweren, wenn nicht gar verhindern würden. Alternativ zur Verwendung von Gasvorhängen 6 ist es jedoch auch möglich, Faltenbälge oder andere abgeschlossene Bereiche, in denen sich die Düsenplatte 3 dann hin und her bewegen kann, auszubilden. Hierbei ist allerdings dann sicherzustellen, dass durch die Bewegung der Platte keine solchen Gasströmungen, wie bei einer Luftpumpe hervorgerufen werden, so dass solche Konstruktionen zwar möglich, aber in der Regel aufwändiger sind.As the figure further shows, are at the exit device 3 facing ends of the wall areas 5 gas curtains 6 arranged. Just so are at the exit device 3 facing the end (or at the top) of the plasma source 1 such gas curtains 6 arranged. These gas curtains 6 touch the exit device in a mobile manner 3 so as to ensure that, on the one hand, a reaction atmosphere necessary in the homogeneous coating in the reaction chamber 4 is essentially preserved (in particular preservation of the supplied precursor gas, not shown), ie not in the outside of the wall areas 5 and the source 1 lying surrounding areas U flows, and on the other hand is prevented by the movement of the nozzle plate 3 in the direction B2 gas flow effect, as in an air pump, are caused, which in turn complicate a homogeneous coating of the substrate S, if not prevent. Alternatively to the use of gas curtains 6 However, it is also possible bellows or other sealed areas in which the nozzle plate 3 then move back and forth to train. In this case, however, it must then be ensured that no such gas flows are caused by the movement of the plate, as in the case of an air pump, so that such constructions are possible, but are generally more complex.

2 zeigt nun im Querschnitt (x-y-Ebene senkrecht zur ersten und zur zweiten Bewegungsrichtung) einen Querschnitt durch die Plasmaquelle 1 samt an deren Ende angeordneter Düsenplatte 3. 3 zeigt eine Aufsicht auf die entsprechende Düsenplatte (x-z-Ebene). 2 now shows in cross section (xy plane perpendicular to the first and second direction of movement) a cross section through the plasma source 1 velvet at the end arranged nozzle plate 3 , 3 shows a plan view of the corresponding nozzle plate (xz-plane).

Wie 2 und 3 klar zeigen, sind in der Düsenplatte 3 drei einzelne Reihen mit jeweils sechs einzelnen Düsenöffnungen bzw. Austrittsöffnungen 3' (Austrittsöffnungen 3'-1 bis 3'-18) angeordnet. Die einzelnen Düsenöffnungen 3' sind dabei jeweils im Abstand von 22 mm zueinander in einem regelmäßigen Raster und vollständig durch die Düsenplatte 3 hindurchgehend ausgebildet (Bohrungen oder ähnliches). Im ge zeigten Fall (3) weisen die einzelnen Düsenöffnungen 3' einen kreisförmigen Querschnitt auf. Es lassen sich jedoch auch Düsen mit einem ovalen Querschnitt, beispielsweise insbesondere einem elliptischen Querschnitt, verwenden.As 2 and 3 clearly show are in the nozzle plate 3 three individual rows each with six individual nozzle openings or outlet openings 3 ' (Exit openings 3'-1 to 3'-18 ) arranged. The individual nozzle openings 3 ' are each at a distance of 22 mm from each other in a regular grid and completely through the nozzle plate 3 formed therethrough (holes or the like). In the case shown ( 3 ) have the individual nozzle openings 3 ' a circular cross section. However, it is also possible to use nozzles with an oval cross section, for example in particular an elliptical cross section.

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Claims (17)

Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung eines Substrats bei Atmosphärenbedingungen, aufweisend eine ortsfest angeordnete Plasmaquelle (1), einen relativ zur Plasmaquelle in eine erste Bewegungsrichtung (Vorschubrichtung) bewegbaren Substratträger (2), welcher auf einer der Plasmaquelle zugewandten Seite ausgebildet ist zum Tragen und zum Transport eines zu beschichtenden Substrats (S), und eine relativ zur Plasmaquelle in einer zweiten Bewegungsrichtung (B2), welche zumindest teilweise nicht der ersten Bewegungsrichtung entspricht, bewegbare Austrittsvorrichtung (3) für das Plasma (P) der Plasmaquelle, wobei die Austrittsvorrichtung mindestens eine Austrittsöffnung (3') aufweist und wobei die Austrittsvorrichtung so angeordnet und entlang der zweiten Bewegungsrichtung bewegbar ist, dass über die mindestens eine Austrittsöffnung Plasma aus der Plasmaquelle in Richtung auf die Substratoberfläche richtbar ist.Coating device for coating a substrate under atmospheric conditions, comprising a stationarily arranged plasma source ( 1 ), a relative to the plasma source in a first direction of movement (feed direction) movable substrate carrier ( 2 ) which is formed on a side facing the plasma source for carrying and transporting a substrate (S) to be coated, and a discharge device movable relative to the plasma source in a second direction of movement (B2) which at least partially does not correspond to the first direction of movement (B2). 3 ) for the plasma (P) of the plasma source, wherein the outlet device at least one outlet opening ( 3 ' ) and wherein the outlet device is arranged and movable along the second direction of movement, that plasma can be directed from the plasma source in the direction of the substrate surface via the at least one outlet opening. Beschichtungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsvorrichtung im Wesentlichen zwischen der Plasmaquelle und dem Substratträger angeordnet ist und/oder dass die Austrittsvorrichtung als Teil der Plasmaquelle, insbesondere als beweglicher Wandabschnitt der Plasmaquelle, ausgebildet ist.Coating device according to the preceding Claim, characterized in that the outlet device arranged substantially between the plasma source and the substrate carrier and / or that the exit device is part of the plasma source, in particular as a movable wall portion of the plasma source is formed is. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung in die Vorschubrichtung translatorische Bewegungsanteile aufweist und/oder als translatorische Bewegung ausgebildet ist.Coating device according to one of the preceding Claims, characterized in that the movement in the feed direction has translational motion components and / or is designed as a translational movement. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung in die zweite Bewegungsrichtung translatorische Bewegungsanteile aufweist und/oder als translatorische Bewegung ausgebildet ist und/oder dass die Bewegung in die zweite Bewegungsrichtung rotatorische Bewegungsanteile aufweist und/oder als rotatorische Bewegung ausgebildet ist.Coating device according to one of the preceding Claims, characterized in that the movement in the second direction of movement has translational motion components and / or is designed as a translatory movement and / or that the movement in the second direction of rotation rotational movement components has and / or is designed as a rotational movement. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung in die zweite Bewegungsrichtung Bewegungsanteile aufweist, welche im Wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung gerichtet sind und/oder dass die Bewegung in die zweite Bewegungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung ausgebildet ist.Coating device according to one of the preceding Claims, characterized in that the movement in the second direction of movement has movement components which are in the Are directed substantially perpendicular to the feed direction and / or that the movement in the second direction of movement substantially is formed perpendicular to the feed direction. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung in die zweite Bewegungsrichtung als im Wesentlichen rechteckförmige Bewegung und/oder als translatorische Hin- und Herbewegung mit im Wesentlichen konstanter Hin- und Herbewegungsgeschwindigkeit ausgebildet ist.Coating device according to one of the preceding Claims, characterized in that the movement in the second direction of movement as a substantially rectangular Movement and / or as translational float with im Substantially constant reciprocating speed is formed is. Beschichtungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Austrittsvorrichtung mehrere Austrittsöffnungen (3'-1, 3'-2, ...) ausgebildet sind und dass die maximale Amplitude (Hub) der Bewegung in die zweite Bewegungsrichtung größer ist als der mittlere Abstand zweier benachbarter Austrittsöffnungen der mehreren Austrittsöffnungen.Coating device according to the preceding claim, characterized in that in the outlet device a plurality of outlet openings ( 3'-1 . 3'-2 , ...) are formed and that the maximum amplitude (stroke) of the movement in the second direction of movement is greater than the average distance between two adjacent outlet openings of the plurality of outlet openings. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Bewegungsgeschwindigkeit der Bewegung in die zweite Bewegungsrichtung größer ist, bevorzugt um mindestens 50% größer ist, bevorzugt um mindestens 100% größer ist, bevorzugt um mindestens 250% größer ist, bevorzugt um mindestens 500% größer ist, bevorzugt um mindestens 1000% größer ist als die mittlere Geschwindigkeit der Bewegung in die erste Bewegungsrichtung.Coating device according to one of the preceding Claims, characterized in that the average speed of movement the movement in the second direction of movement larger is, preferably greater by at least 50%, preferably by at least 100% greater, preferably at least 250% larger, preferably by at least 500% is larger, preferably at least 1000% larger is the mean velocity of movement in the first direction of motion. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsvorrichtung als im Wesentlichen ebene Platte ausgebildet ist und/oder dass in der Austrittsvorrichtung mehrere Austrittsöffnungen (3'-1, 3'-2, ...) ausgebildet sind.Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet device is designed as a substantially flat plate and / or that in the outlet device a plurality of outlet openings ( 3'-1 . 3'-2 , ...) are formed. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Austrittsöffnungen als Düse, insbesondere als im Querschnitt kreisförmige Düse (Rundlochdüse) oder als im Querschnitt im Wesentlichen elliptische Düse (Ovaldüse) ausgebildet ist.Coating device according to one of the preceding Claims, characterized in that at least one the outlet openings as a nozzle, in particular as a cross-sectionally circular nozzle (round hole nozzle) or as a cross-sectionally substantially elliptical nozzle (Ovaldüse) is formed. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine ortsfest angeordnete, insbesondere als Teil der Plasmaquelle oder eines Wandabschnitts derselben ausgebildete Gleitlager- oder Wälzlagerführung, insbesondere Kugellagerführung, in der die Austrittsvorrichtung beweglich gelagert ist.Coating device according to one of the preceding Claims, characterized by a fixedly arranged, in particular as part of the plasma source or a wall section the same trained plain bearing or roller bearing guide, in particular ball bearing guide in which the outlet device is movably mounted. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Reaktionskammer (4), welche durch die der Plasmaquelle abgewandte Seite der Austrittsvorrichtung und durch einen auf der der Plasmaquel le gegenüberliegenden Seite der Austrittsvorrichtung ortsfest angeordneten und bis an die Austrittsvorrichtung herangeführten Wandbereich (5) ausgebildet ist, wobei die Reaktionskammer zum Hindurchbewegen des Substratträgers in die erste Bewegungsrichtung ausgebildet ist.Coating device according to one of the preceding claims, characterized by a reaction chamber ( 4 ), which by the plasma source facing away from the side of the outlet device and by an on the plasma source opposite side of the outlet device arranged fixed and brought up to the outlet device wall area ( 5 ) is formed, wherein the reaction chamber is formed for moving the substrate carrier in the first direction of movement. Beschichtungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer durch zwischen dem Wandbereich und der Austrittsvorrichtung angeordnete Gasvorhänge (6) und/oder Gasschleusen gegenüber der Umgebung (U) abgeschirmt ist.Coating device according to the preceding claim, characterized in that the reaction chamber is arranged by gas curtains () arranged between the wall region and the outlet device ( 6 ) and / or gas locks against the environment (U) is shielded. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaquelle eine Lichtbogenplasmaquelle oder eine Mikrowellenplasmaquelle ist.Coating device according to one of the preceding Claims, characterized in that the plasma source an arc plasma source or a microwave plasma source. Beschichtungsverfahren zur Beschichtung eines Substrats bei Atmosphärenbedingungen, wobei eine Plasmaquelle (1) ortsfest angeordnet wird, wobei ein Substratträger (2), welcher auf einer der Plasmaquelle zugewandten Seite ausgebildet ist zum Tragen und zum Transport eines zu beschichtenden Substrats (S), relativ zur Plasmaquelle in eine erste Bewegungsrichtung (Vorschubrichtung) bewegt wird, und wobei gleichzeitig zur Bewegung des Substratträgers eine Austrittsvorrichtung (3) für das Plas ma (P) der Plasmaquelle, welche mindestens eine Austrittsöffnung (3') aufweist, relativ zur Plasmaquelle in einer zweiten Bewegungsrichtung (B2), welche zumindest teilweise nicht der ersten Bewegungsrichtung entspricht, bewegt wird, wobei die Austrittsvorrichtung so angeordnet und entlang der zweiten Bewegungsrichtung bewegt wird, dass über die mindestens eine Austrittsöffnung Plasma aus der Plasmaquelle in Richtung auf die Substratoberfläche gestrahlt wird.Coating method for coating a substrate under atmospheric conditions, wherein a plasma source ( 1 ) is arranged stationary, wherein a substrate carrier ( 2 ), which is formed on a side facing the plasma source for carrying and transporting a substrate to be coated (S), is moved relative to the plasma source in a first direction of movement (feed direction), and at the same time an outlet device (FIG. 3 ) for the plasma (P) plasma source, which at least one outlet opening ( 3 ' ), relative to the plasma source in a second direction of movement (B2), which at least partially does not correspond to the first direction of movement, is moved, wherein the outlet device is arranged and moved along the second direction of movement, that over the at least one outlet opening plasma from the plasma source in Direction is irradiated to the substrate surface. Beschichtungsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt wird.Coating method according to the preceding claim, characterized in that a coating device according to one of the preceding device claims to carry out of the method is used. Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung oder eines Beschichtungsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Modifikation einer Oberfläche eines Substrates bei Atmosphärenbedingungen.Use of a coating device or a Coating method according to one of the preceding claims for modifying a surface of a substrate Atmospheric conditions.
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