DE102007063380A1 - A coating apparatus for coating a substrate at atmospheric conditions - Google Patents

A coating apparatus for coating a substrate at atmospheric conditions

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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. The present invention describes a coating apparatus for coating a substrate at atmospheric conditions and a method for the modification of substrate surfaces at atmospheric conditions. 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. The object of the invention to provide an atmospheric pressure flow reactor or a coating apparatus, is or are designed so that a homogeneous film deposition is possible in a in comparison with the prior art considerably extended parameter field, and that a markedly increased flexibility in reference is sent on the use of different coatings and coating systems. 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. The coating device comprises a fixedly arranged plasma source, relative to the plasma source in a first movement direction (feed direction) movable substrate carrier, which on a side facing the plasma source side is formed for supporting 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 corresponds to the first movement direction, movable discharge device for the plasma of the plasma source, the exit means comprises at least one exit opening on. 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 outlet device is arranged and movable along the second direction of movement, that via the at least one outlet opening plasma from the plasma source towards the substrate surface can be directed.

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. The present invention describes a coating apparatus (hereinafter referred to alternatively called module) for coating a substrate at atmospheric conditions and a method for the modification of substrate surfaces at atmospheric conditions. 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. The modification or coating is carried out with a generated from a plasma source plasma, with the structure of the invention is substantially exposed to the normal atmosphere: Under atmospheric conditions, a pressure interval of about ± 300 Pascal is therefore understood to the particular ambient atmospheric pressure. 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. It can be dispensed with completely protected from external influences chamber just as conventionally used on elements for reducing a pressure within vacuum chambers, in which the most varied covered by the preambles CVD and PVD processes are performed. 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 term "atmospheric condition" So atmospheric compositions should be understood that differ by a maximum of a few 100 Pascal from absolute atmospheric pressure of the ambient atmosphere, be understood.
  • 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. Here, a plasma is to be used in each case for the modification of the respective substrate surface, for example, cleaning a surface, the order of one or more layer (s) on a surface, the removal of layers or components of the surface, a modification of a on a surface coated layer of substrates or to carry out a chemical or physical modification of surfaces of substrates by means of plasma energy.
  • Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Module sowie Verfahren für die Modifizierung von Substratoberflächen bei Atmosphärenbedingungen bekannt. Various modules and methods for the modification of substrate surfaces at atmospheric conditions are already known from the prior art. Derzeit sind dabei homogene Schichtabscheidungen mittels eines Atmosphärendruckdurchlaufreaktors bzw. einer Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung eines Substrats bei Atmosphärenbedingungen nur in einem sehr engen Parameterfeld möglich. Currently, homogeneous layer depositions by means of an atmospheric pressure flow reactor or a coating apparatus for coating a substrate at atmospheric conditions, only in a very narrow field parameter are possible. Hochwertige anorganische Funktionsschichten bzw. die Verwendung der Reaktoren für unterschiedliche Schichtsysteme erfordern jedoch den Einsatzbereich der Reaktoren in einem sehr weiten Parameterbereich. However, high-quality inorganic functional layers and the use of reactors for different coating systems require the use range of the reactors in a very wide range of parameters.
  • 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. Object of the present invention is thus to provide an atmospheric pressure flow reactor or a coating apparatus, is or are designed so that a homogeneous film deposition is possible in a in comparison with the prior art considerably extended parameter field, and that a significantly increased flexibility exists to the use of different coatings and coating systems with respect.
  • Die vorstehende Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 sowie durch ein entsprechendes Beschichtungsverfahren nach Anspruch 15 gelöst. The above object is achieved by an inventive coating apparatus according to claim 1 and by an appropriate coating method of claim 15 °. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen. Advantageous embodiments of the coating apparatus of the invention or of the coating process of the invention can be taken from the dependent claims.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung zunächst allgemein beschrieben, dieser allgemeinen Beschreibung schließt sich ein spezielles Ausführungsbeispiel an. Hereinafter, the present invention will first be generally described, this general description, a specific embodiment connects. 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. In the context of the present invention and within the expertise of the skilled artisan, the individual embodiments of the invention, which are shown in the specific embodiment can, however, also be designed in a different configuration than that shown in the specific embodiment 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 object of the present invention to the one-dimensional movement direction of the substrate (which is hereinafter alternatively referred to as a first motion direction or feed direction) is a second movement in a second movement direction which does not correspond to the first movement direction (which thus at least partially is performed at an angle greater than 0 degrees to the first direction of movement) of the discharge orifice to add field of the plasma source used for coating.
  • 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. Here, in order to ensure the necessary over a wide range of parameters, satisfactory homogeneity of the coating, including, in particular a much higher speed of movement of the discharge orifice array of the plasma source is very advantageous compared to the substrate feeding speed, this merely an exit device for the plasma moves the plasma source, as a corresponding exit means can be implemented as a lightweight nozzle plate or as a slide in a simple manner, so that a movement of relatively heavy plasma source can be avoided. Erfindungsgemäß wird somit die Austrittsvorrichtung bewegt, während die Plasmaquelle selbst ortsfest angeordnet bleibt. According to the invention the outlet device is thus 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 fixedly arranged plasma source and moved relative thereto exit means for the plasma of the plasma source has been shown that is possible to achieve particularly uniform coatings of the substrate in this manner.
  • 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. this is particularly advantageous in the nozzle array, or the exit means of the fixedly arranged plasma source with a translational movement, in particular a rectangular shaped movement, moves back and forth. Diese Hinundherbewegung erfolgt bevorzugt senkrecht zur Vorschubrichtung des Substrates. This reciprocation is effected preferably perpendicular to the feed direction of the substrate. 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. In addition to a translational reciprocation but also a rotational movement is possible, it must only be ensured that this at least partly motion contains components that are not directed in the direction of the substrate. 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. Is thus made hereinafter that the outlet device is moved relative to the plasma source in a second direction of movement, which is (that is, the movement of the substrate carrier together with disposed thereon substrate relative to the plasma source) at least partly not the first direction of movement corresponds to, so this information is not limiting to the effect to understand that only two translational movements are carried out as the first and second direction of movement, which are performed, for example, at a fixed angle to each other, or the like, but it is 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. As well as an arcuate movement than the second movement, if only to ensure that the second movement comprises at least one movement component which is carried out under an angle> 0 ° relative 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). By the movement of the outlet device and the nozzle plate, the plasma beam extraction is performed coordinated moves (the plasma extraction from the plasma source nozzles thus follows the movement). Die Plasmaquelle ist hierbei ortsfest im Raum angeordnet, wird somit im Gegensatz zum Substratträger und zur Austrittsvorrichtung nicht bewegt. The plasma source is in this case arranged to be stationary in space, thus is not moved unlike the substrate carrier and to the exit apparatus. Das Substrathandling ist jedoch weiterhin sehr einfach möglich. However, the substrate handling is still very easy. 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. In particular, due to the low net mass of the nozzle plate (for example, about 300 g compared to about 10 to 15 kg of the plasma source) can be reached by means of a high dynamic of the coating nozzles which is necessary for obtaining the advantageous highly homogeneous layer depositions movement. Durch die vorbeschriebene Überlagerung der beiden Bewegungen ist also eine sehr homogene Beschichtung des auf dem Substratträger angeordneten Substrates möglich. With the above superposition of the two motions so a very homogeneous coating of the substrate disposed on the carrier substrate is possible. 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. In practice shows that precisely this combination of the two movements leads to the control of the coating apparatus is possible largely parameters independently and simultaneously largely independent of the concrete layer system.
  • Insbesondere lassen sich mit der vorgestellten erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung Solarwafer beschichten und ätzen, Funktionsbeschichtungen auf Edelstahlsubstrate aufbringen und Antihaftbeschichtungen von Druckplatten und/oder Druckwalzen durchführen. In particular, can be coated and etch solar wafers with the presented inventive coater, apply functional coatings on stainless steel substrates and perform non-stick coatings of printing plates and / or pressure rollers.
  • Nachfolgend wird nun die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Hereinafter, the present invention will now be described by way of example.
  • Es zeigen: Show it:
  • 1 1 eine Übersicht über ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung. an overview of an embodiment of a coating apparatus according to the invention.
  • 2 2 eine Skizze der verwendeten Plasmaquelle und der verwendeten Austrittsvorrichtung des in a sketch of the plasma source used, and the outlet of the device in use 1 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. Embodiment shown.
  • 3 3 eine Aufsicht auf die im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach den a plan view of the invention in the embodiment according to 1 1 und and 2 2 verwendete Austrittsvorrichtung. Exit device used.
  • 1 1 zeigt eine Schnittansicht senkrecht zur Substratebene bzw. zur Transportebene des Substrates S durch die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung. shows a sectional view perpendicular to the substrate plane or the transport plane of the substrate S by the inventive coating apparatus. 2 2 zeigt dann einen Schnitt in einer Ebene parallel zur Schnittebene von then shows a section in a plane parallel to the cutting plane of 1 1 durch die Plasmaquelle by the plasma source 1 1 und die Austrittsvorrichtung and the exit device 3 3 und and 3 3 zeigt eine Aufsicht auf die verwendete Austrittsvorrichtung shows a top view of the device used exit 3 3 , also einen Schnitt in einer Ebene senk recht zu den in den Thus, a section in a plane perpendicular to the right in the 1 1 und and 2 2 gezeigten Schnittebenen. Sectional planes shown.
  • Als im Rahmen der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung eingesetzte Plasmaquelle Plasma source used as as part of the coating apparatus according to the invention 1 1 kann beispielsweise eine Lichtbogenplasmaquelle oder eine Mikrowellenplasmaquelle eingesetzt werden. can be used, for example, an arc plasma source or a microwave plasma source. Die in der In the 2 2 gezeigte Plasmaquelle Plasma source shown 1 1 ist als Mikrowellenplasmaquelle ausgebildet, die wie in der is designed as a microwave plasma source, as in the DE 102 39 875 A1 DE 102 39 875 A1 beschrieben ausgebildet sein kann (siehe in der genannten Offenlegungsschrift insbesondere die may be formed as described (see in particular the said Offenlegungsschrift 4 4 und die zugehörigen Beschreibungsstellen; and the associated description locations; die the DE 102 39 875 A1 DE 102 39 875 A1 wird, insbesondere im Hinblick auf die vorstehend genannten Stellen, vollständig in die Offenbarung der vorliegenden Erfindung mit einbezogen). is, in particular in view of the above points, with fully incorporated into the disclosure of the present invention).
  • Die Plasmaquelle The plasma source 1 1 ist in an sich bekannter Form mit einer Energiezuführung und einer Zuführung für ein Plasmagas ausgestattet. is provided in per se known shape with a power feed and a feed for a plasma gas. Ebenfalls kann die Plasmaquelle Also, the plasma source 1 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. be fitted in known manner to a source of a precursor gas that is introduced together with the plasma gas source into the actual reaction chamber of the coating of the substrate. 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. Such a precursor gas is advantageously fed at a rate of about 70 to 80 l / min, so that an optimal operation of the coating apparatus according to the invention is possible at atmospheric conditions. Der Substratträger The substrate carrier 2 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. with the disposed thereon substrate S is thus directly in contact with the ambient atmosphere (usually air) and there can be dispensed with a protective housing readily in principle, though (see below) in the present embodiment, such protective housing towards the outside environment E is shown. Insbesondere kann somit auf Gehäuse verzichtet werden, innerhalb derer bestimmte atmosphärische Bedingungen, welche nicht der Umgebungsatmosphäre entsprechen, eingestellt werden müssten. Thus, in particular can be dispensed with housing within which certain atmospheric conditions which do not correspond to the ambient atmosphere would have to be adjusted. 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. Is thus referred to a "screening" of the actual reaction space for the coating of the substrate or a corresponding reaction chamber speaking, it is not meant that would have to occur a complete shielding in the form of a seal against the ambient atmosphere U here.
  • Die ortsfest angeordnete Plasmaquelle The fixedly arranged plasma source 1 1 der in in 1 1 gezeigten Beschichtungsvorrichtung weist auf einer Seite (die Oberseite in der Figur) eine Kugellagerführung auf (nicht gezeigt), in welcher die Austrittsvorrichtung A coating apparatus shown has on one side (the upper side in the figure), a ball bearing guide (not shown) in which the exit means 3 3 beweglich gelagert ist. is movably mounted. Die Austrittsvorrichtung The exit device 3 3 kann somit als bewegliche obere Deckelfläche der Plasmaquelle Thus, as the movable upper cover surface of the plasma source 1 1 angesehen werden, welche senkrecht zur Austriebsrichtung A des Plasmas P aus der Plasmaquelle beweglich ist. be considered, which is vertically movable to-out direction A of the plasma P from the plasma source. Die gleitende translatorische Bewegung, welche die Austrittsvorrichtung The sliding translational movement which the discharge device 3 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). may perform in the ball bearing guide the plasma source, is indicated in the figure by the reference numeral B2 (second direction of movement in x-direction of a Cartesian coordinate system perpendicular to the out direction A of the plasma in the y-direction of coordinate system).
  • Im vorliegenden Fall wird die zweite Bewegung B2 in Form einer rechteckförmigen Hinundherbewegung ausgeführt: Diese Bewegung der Austrittsvorrichtung In the present case, the second movement B2 is executed in the form of a rectangular reciprocation: This movement of the exit means 3 3 kann dadurch realisiert werden, dass die Austrittsvorrichtung can be realized in that the outlet device 3 3 mit Hilfe von Pneumatikzylindern (nicht gezeigt) bewegt wird. by means of pneumatic cylinders (not shown) is moved. Im gezeigten Fall beträgt das Gewicht der Plasmaquelle In the illustrated case, the weight of the plasma source is 1 1 ca. 15 kg, wohingegen das Gewicht der beweglichen Austrittsvorrichtung (bzw. Düsenplatte, siehe nachfolgend) etwa 300 g beträgt. 15 kg, whereas the weight of the mobile outlet means (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 reciprocation B2 is advantageously carried out at a constant speed, which may for example be ensured by an electronic program control of the pneumatic cylinder.
  • Die Austrittsvorrichtung The exit device 3 3 ist so ausgeführt, dass in eine ebene Platte eine Vielzahl von in Austrittsrichtung A (bzw. y-Richtung) verlaufende Bohrungen is designed so that in a flat plate in a plurality of exit direction A (or y-direction) extending bores 3' 3 ' seitlich (in x-Richtung und/oder in z-Richtung) versetzt zueinander eingebracht sind. laterally (in the x-direction and / or in the z-direction) are offset introduced to one another. Durch diese Austrittsöffnungen bzw. Düsenöffnungen Through these outlet openings or orifices 3' 3 ' wird das Plasma P hindurch getrieben, um wie nachfolgend beschrieben, in der eigentlichen Reaktionskammer the plasma P is driven therethrough to be described below, in the actual reaction chamber 4 4 auf der der Plasmaquelle gegenüber liegenden Seite der Austrittsvorrichtung on which the plasma source side opposite to the exit means 3 3 für die Beschichtung des Substrates S zu sorgen. to provide for the coating of the substrate S.
  • Wie die Schnittansicht von As the sectional view of 1 1 weiter zeigt, ist auf der der Plasmaquelle further shows, on which the plasma source 1 1 gegenüber liegenden Seite der Austrittsvorrichtung opposite side of the exit means 3 3 ein Wandbereich a wall area 5 5 , welcher im gezeigten Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, so angeordnet, dass die beiden Schenkel des U bis an die Austrittsvorrichtung heranreichen. Which is U-shaped in the illustrated cross section, so arranged that the two legs of the U extend as far as the exit means. In dieser in Richtung senkrecht zur gezeigten Schnittebene langgestreckten U-Wanne wird der Substratträger In this vertically elongated in the direction of the sectional plane shown U-trough, the substrate carrier is 2 2 in einer ersten Bewegungsrichtung (Vorschubrichtung) translatorisch bewegt. translationally moved in a first movement direction (feed direction). Die erste Bewegungsrichtung, in der eine kontinuierliche Translationsbewegung des Trägers The first direction of movement, in which a continuous translational movement of the support 2 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. is carried out along with disposed thereon substrate S at a constant speed in this case is in the z direction, so directed perpendicular to the second direction of movement and B2 perpendicularly to the outlet direction of the plasma P A. Die Bewegung des Substratträgers The movement of the substrate carrier 2 2 erfolgt hierbei auf an sich bekannte Art und Weise. takes place here in a known manner.
  • Der Substratträger The substrate carrier 2 2 transportiert dabei das auf seiner der Düsenplatte transported while having on its nozzle plate 3 3 zugewandten Seite angeordnete Substrat S, welches durch die Kombination der zweiten Bewegung B2 der Düsenplatte arranged side facing substrate S, which is obtained by the combination of the second movement of the nozzle plate B2 3 3 und der ersten Bewegung des Substratträgers and the first movement of the substrate carrier 2 2 zu beschichten ist. to be coated. Die Düsenplatte The nozzle plate 3 3 wird hierbei zwischen den Wandbereichen is made between the wall portions 5 5 und der Plasmaquelle and the plasma source 1 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. moved in a transverse movement B2 with a much higher speed than the feed speed of the substrate carrier or the substrate: For example, the substrate speed, or the substrate carrier speed may be about 2 to 5 mm / sec, whereas the nozzle plate (with a maximum stroke of about 40 mm maximum amplitude of the square movement in the direction of B2) is moved by means of a frequency of 2 up to 5 Hz back and forth.
  • Wie nachfolgend ( (As hereinafter 3 3 ) noch genauer gezeigt, ist es hierbei besonders vorteilhaft, dass benachbarte Austrittsöffnungen ) Shown in more detail, it is particularly advantageous here that adjacent outlet apertures 3' 3 ' der Austrittsvorrichtung the exit device 3 3 einen kleineren Abstand aufweisen, als der Maximalhub der Rechteckbewegung der Austrittsvorrichtung have a smaller distance than the maximum of the square motion of the exit means 3 3 (der Abstand benachbarter Düsen (The distance between adjacent nozzles 3' 3 ' beträgt etwa 22 mm). is about 22 mm).
  • Der Abstand der der Austrittsvorrichtung The distance of the outlet device 3 3 zugewandten Oberfläche des Substrates S (welche insbesondere zu beschichten ist) zur Austrittsvorrichtung facing surface of the substrate S (which is to be coated in particular) to the exit means 3 3 beträgt 1 bis 10 mm. is 1 to 10 mm.
  • Wie die Figur weiterhin zeigt, sind an den der Austrittsvorrichtung As the figure also shows, at the outlet of the device 3 3 zugewandten Enden der Wandbereiche facing ends of the wall portions 5 5 Gasvorhänge gas curtains 6 6 angeordnet. arranged. Ebenso sind am der Austrittsvorrichtung Similarly, at the outlet device 3 3 zugewandten Ende (bzw. an der Oberseite) der Plasmaquelle facing the end (or to the top) of the plasma source 1 1 solche Gasvorhänge Such gas curtains 6 6 angeordnet. arranged. Diese Gasvorhänge This gas curtains 6 6 stoßen beweglich berührend an die Austrittsvorrichtung encounter movable touching to the exit means 3 3 an, so dass mit ihnen sichergestellt wird, dass einerseits eine zu der homogenen Beschichtung notwendige Reaktionsatmosphäre in der Reaktionskammer on, so that it is ensured with them, on the one hand a necessary to the homogeneous coating reaction atmosphere in the reaction chamber 4 4 im Wesentlichen erhalten bleibt (insbesondere Erhaltung des zugeführten Precursor-Gases, nicht gezeigt), also nicht in die außerhalb der Wandbereiche obtained remains essentially (in particular, conservation of the supplied precursor gas, not shown), not in the outside of the wall portions 5 5 und der Quelle and the source 1 1 liegenden Umgebungsbereiche U abfließt, und andererseits verhindert wird, dass durch die Bewegung der Düsenplatte lying surrounding regions U flows, and on the other hand prevented by the movement of the nozzle plate 3 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. in direction B2 gas flow effect as in an air pump, are caused, which in turn hinder a homogeneous coating of the substrate S when would not even prevent. Alternativ zur Verwendung von Gasvorhängen Alternatively to the use of gas curtains 6 6 ist es jedoch auch möglich, Faltenbälge oder andere abgeschlossene Bereiche, in denen sich die Düsenplatte However, it is also possible, bellows or other enclosed areas in which the nozzle plate 3 3 dann hin und her bewegen kann, auszubilden. then can move back and forth to form. 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. However, it should then ensure that are caused by the movement of the plate no such gas flows as an air pump, so that such designs possible, but are more expensive to rule.
  • 2 2 zeigt nun im Querschnitt (xy-Ebene senkrecht zur ersten und zur zweiten Bewegungsrichtung) einen Querschnitt durch die Plasmaquelle now shows in cross-section (xy plane perpendicular to the first and second direction of movement) has a cross-section through the plasma source 1 1 samt an deren Ende angeordneter Düsenplatte velvet arranged on the end of nozzle plate 3 3 . , 3 3 zeigt eine Aufsicht auf die entsprechende Düsenplatte (xz-Ebene). shows a plan view of the corresponding nozzle plate (xz-plane).
  • Wie As 2 2 und and 3 3 klar zeigen, sind in der Düsenplatte clearly show in the nozzle plate 3 3 drei einzelne Reihen mit jeweils sechs einzelnen Düsenöffnungen bzw. Austrittsöffnungen three separate rows of six individual nozzle openings or outlet openings 3' 3 ' (Austrittsöffnungen (Exit openings 3'-1 3'-1 bis to 3'-18 3'-18 ) angeordnet. ) Are arranged. Die einzelnen Düsenöffnungen The individual nozzle openings 3' 3 ' sind dabei jeweils im Abstand von 22 mm zueinander in einem regelmäßigen Raster und vollständig durch die Düsenplatte are each at a distance of 22 mm from each other in a regular grid and completely through the nozzle plate 3 3 hindurchgehend ausgebildet (Bohrungen oder ähnliches). therethrough formed (drilling or the like). Im ge zeigten Fall ( In ge case showed ( 3 3 ) weisen die einzelnen Düsenöffnungen ), The individual nozzle openings 3' 3 ' einen kreisförmigen Querschnitt auf. a circular cross-section. Es lassen sich jedoch auch Düsen mit einem ovalen Querschnitt, beispielsweise insbesondere einem elliptischen Querschnitt, verwenden. However, it can also be nozzle with an oval cross section, for example in particular an elliptical cross-section, use.
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Claims (17)

  1. Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung eines Substrats bei Atmosphärenbedingungen, aufweisend eine ortsfest angeordnete Plasmaquelle ( A coating apparatus for coating a substrate at atmospheric conditions, comprising a stationarily arranged plasma source ( 1 1 ), einen relativ zur Plasmaquelle in eine erste Bewegungsrichtung (Vorschubrichtung) bewegbaren Substratträger ( ), A (relative to the plasma source in a first direction of motion the advancing direction) movable substrate carrier ( 2 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 ( ) Is formed which on a side facing the plasma source side (for supporting and transporting a substrate to be coated S), and a (relative to the plasma source in a second movement direction B2), which at least partially corresponds to the first movement direction, movable discharge device ( 3 3 ) für das Plasma (P) der Plasmaquelle, wobei die Austrittsvorrichtung mindestens eine Austrittsöffnung ( ) For the plasma (P) of the plasma source, the exit means at least one outlet opening ( 3' 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. ), And wherein the discharge device is arranged and is movable along the second direction of movement that can be directed via the at least one outlet opening plasma from the plasma source towards the substrate surface.
  2. 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 is substantially between the plasma source and the substrate carrier is arranged and / or that the outlet device is formed as part of the plasma source, in particular as a movable wall portion of the plasma source.
  3. 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 comprises translational movement in the feed direction of play and / or is formed as a translatory movement.
  4. 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 comprises in the second moving direction of translational movement of play and / or is formed as a translatory movement and / or that the movement comprises in the second moving direction of rotational movement of play and / or is designed as a rotational movement.
  5. 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 comprises in the second moving direction of motion components which are directed substantially perpendicular to the feed direction and / or that the movement is formed in the second movement direction substantially perpendicular to the feed direction.
  6. 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 is formed in the second moving direction as a substantially rectangular movement and / or scanning motion at a substantially constant reciprocating speed.
  7. Beschichtungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in der Austrittsvorrichtung mehrere Austrittsöffnungen ( Coating device according to the preceding claim, characterized in that in the discharge device (plurality of outlet apertures 3'-1 3'-1 , . 3'-2 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. , ...) are formed and that the maximum amplitude (stroke) of the movement in the second direction of movement is larger than the mean distance between two adjacent outlet openings of the plurality of outlet openings.
  8. 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 mean movement velocity of the movement is greater in the second direction of movement, preferably is greater by at least 50%, preferably greater by at least 100%, preferably greater by at least 250%, preferably by at least is 500% larger, preferably larger by at least 1000% greater than the average speed of the movement in the first direction of movement.
  9. 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 ( Coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet device is formed as a substantially flat plate and / or that in the discharge device a plurality of outlet openings ( 3'-1 3'-1 , . 3'-2 3'-2 , ...) ausgebildet sind. , ...) are formed.
  10. 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 of the outlet openings of a nozzle, in particular as cross-sectionally circular nozzle (round-hole die) or as a cross-sectionally substantially elliptical nozzle is formed (Ovaldüse).
  11. 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 stationarily arranged, in particular as part of the plasma source or a wall section formed of the same slide bearing or roller bearing guide, in particular a ball bearing guide, in which the outlet device is mounted movably.
  12. Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Reaktionskammer ( Coating device according to one of the preceding claims, characterized by a reaction chamber ( 4 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 ( ) Formed by the plasma source side facing away from the discharge device and by one on the opposite side of the Plasmaquel le exit means fixedly arranged, and to the exit apparatus brought up wall area ( 5 5 ) ausgebildet ist, wobei die Reaktionskammer zum Hindurchbewegen des Substratträgers in die erste Bewegungsrichtung ausgebildet ist. is formed), the reaction chamber is formed for the passage of moving the substrate carrier in the first direction of movement.
  13. Beschichtungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionskammer durch zwischen dem Wandbereich und der Austrittsvorrichtung angeordnete Gasvorhänge ( Coating device according to the preceding claim, characterized in that the reaction chamber (by which is arranged between the wall portion and the exit gas curtains device 6 6 ) und/oder Gasschleusen gegenüber der Umgebung (U) abgeschirmt ist. ) And / or gas locks from the environment (U) is shielded.
  14. 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 is a light arc plasma source or a microwave plasma source.
  15. Beschichtungsverfahren zur Beschichtung eines Substrats bei Atmosphärenbedingungen, wobei eine Plasmaquelle ( Coating method for coating a substrate at atmospheric conditions, with a plasma source ( 1 1 ) ortsfest angeordnet wird, wobei ein Substratträger ( is placed) is fixed, wherein a substrate carrier ( 2 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 ( ), Formed which on a side facing the plasma source side (for supporting and transporting a substrate to be coated S), (relative to the plasma source in a first direction of motion the advancing direction) is moved and at the same time for moving the substrate support an exit device ( 3 3 ) für das Plas ma (P) der Plasmaquelle, welche mindestens eine Austrittsöffnung ( ) For the Plas ma (P) of the plasma source, which (at least one outlet opening 3' 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. ) Has, relative to the plasma source in a second direction of movement (B2), which at least partially corresponds to the first direction of movement, is moved, whereby the discharge device is arranged and moved along the second movement direction that via the at least one outlet opening plasma from the plasma source direction is irradiated on the substrate surface.
  16. Beschichtungsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt wird. The coating method according to the preceding claim, characterized in that a coating device according to one of the preceding apparatus claims is used for carrying out the method.
  17. Verwendung einer Beschichtungsvorrichtung oder eines Beschichtungsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Modifikation einer Oberfläche eines Substrates bei Atmosphärenbedingungen. Use of a coating apparatus or a coating method according to any one of the preceding claims for modifying a surface of a substrate at atmospheric conditions.
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