DE102011113294A1 - Vacuum coater - Google Patents

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Frank Fuchs
Michael Neumayer
Guido MAHNKE
Harald Rost
Michael Klosch-Trageser
Tobias BERGMANN
Andreas Geiss
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Abstract

Es wird eine Vakuumbeschichtungsvorrichtung und ein Verfahren zur Vakuumbeschichtung eines Substrates angegeben, mit einem evakuierbarem Beschichtungsraum (12), in dem ein Substratträger (28) zur Aufnahme eines zu beschichtenden Substrates (30) vorgesehen ist, mit einer Elektrode (32) oberhalb des Substratträgers (28), mit einer Gegenelektrode (24) und mit einer Gaszuführung (22) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (26) zur Zuführung von Prozessgasen in Richtung auf das Substrat (30). Ein Abstand (d) zwischen dem Substratträger (28) und der Elektrode (24) kann verändert werden. Weiterhin ist zwischen der Elektrode (24) und dem Substratträger (28) mindestens ein Strömungsleitelement vorgesehen, das als Rahmen ausgebildet sein kann, der sich von der Elektrode (24) aus in Richtung auf den Substratträger (28) erstreckt.The invention relates to a vacuum coating device and a method for vacuum coating a substrate, comprising an evacuable coating space (12) in which a substrate carrier (28) for receiving a substrate (30) to be coated is provided, with an electrode (32) above the substrate carrier (12). 28), with a counter electrode (24) and with a gas supply (22) having at least one gas outlet opening (26) for supplying process gases in the direction of the substrate (30). A distance (d) between the substrate carrier (28) and the electrode (24) can be changed. Furthermore, at least one flow-guiding element is provided between the electrode (24) and the substrate carrier (28), which may be formed as a frame which extends from the electrode (24) in the direction of the substrate carrier (28).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsvorrichtung mit einem evakuierbaren Beschichtungsraum, in dem ein Substratträger zur Aufnahme eines zu beschichtenden Substrats vorgesehen ist, mit einer Elektrode oberhalb des Substratträgers, mit einer Gegenelektrode, und mit einer Gaszuführung mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung zur Zuführung von Prozessgasen in den Beschichtungsraum.The invention relates to a vacuum coating device with an evacuable coating space, in which a substrate carrier is provided for receiving a substrate to be coated, with an electrode above the substrate support, with a counter electrode, and with a gas supply with at least one gas outlet opening for supplying process gases into the coating chamber.

Derartige Vakuumbeschichtungsvorrichtungen sind grundsätzlich bekannt (vgl. z. B. US 6,626,186 B1 ). Sie werden für zahlreiche Beschichtungsaufgaben verwendet. Es kann sich beispielsweise um ein CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) oder ein PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) handeln. Bei letzterem wird zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eine HF-Spannung angelegt, wodurch ein Plasma erzeugt wird. Solche Verfahren werden beispielsweise bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt, etwa um eine Nitridbeschichtung zur Passivierung der Oberfläche von Solarzellen aufzubringen.Such vacuum coating devices are known in principle (cf., for example, US Pat. US 6,626,186 B1 ). They are used for numerous coating tasks. It can be, for example, a CVD process (Chemical Vapor Deposition) or a PECVD process (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition). In the latter, an RF voltage is applied between the electrode and the counter electrode, thereby generating a plasma. Such processes are used, for example, in the production of solar cells, for example, to apply a nitride coating for passivation of the surface of solar cells.

Problematisch bei derartigen Prozessen ist eine saubere Prozessführung, um eine möglichst gleichmäßige Beschichtung von konstanter Stärke ohne Verunreinigungen auf der Substratoberfläche aufzubringen. Das Beschichtungsergebnis wird hierbei von zahlreichen Prozessparametern, wie Gaszusammensetzung der Reaktionsgase, Temperatur des zu beschichtenden Substrates, Temperatur innerhalb der Beschichtungskammer, Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode, angelegte Spannung bzw. Frequenz, Strömungsverlauf der Prozessgase, sowie weiteren Parametern beeinflusst.The problem with such processes is a clean process management in order to apply the most uniform coating of constant thickness without impurities on the substrate surface. The coating result is influenced by numerous process parameters, such as gas composition of the reaction gases, temperature of the substrate to be coated, temperature within the coating chamber, distance between electrode and counter electrode, applied voltage or frequency, flow profile of the process gases, and other parameters.

Auch wenn die betreffenden Prozessparameter in der Regel automatisch gesteuert werden können, so gibt es doch vielfach wegdriftende Prozesse und ungleichmäßige Beschichtungen, die zur Ausschussware führen können.Even if the relevant process parameters can usually be controlled automatically, there are often drifting processes and uneven coatings that can lead to rejects.

Aus der DE 10 2008 026 000 A1 ist zwar eine Vakuumbeschichtungsvorrichtung bekannt, bei der über die gesamte Breite der zu beschichtenden Oberfläche eines Substrates ein erstes Prozessgas in die Vakuumkammer eingelassen wird, im Bereich der Schmalseiten des Substrats ein zweites Prozessgas in die Vakuumkammer eingelassen wird und während der Beschichtung Prozessgas von den Schmalseiten des Substrats her abgesaugt wird.From the DE 10 2008 026 000 A1 Although a vacuum coating apparatus is known in which over the entire width of the surface to be coated of a substrate, a first process gas is admitted into the vacuum chamber, in the narrow sides of the substrate, a second process gas is admitted into the vacuum chamber and during the coating process gas from the narrow sides of the Substrate is sucked out.

Hierbei handelt es sich allerdings nur um ein vakuumgestütztes Verfahren mit verschiedenen Prozessgasen, ohne dass der Beschichtungsprozess durch ein elektrisches Feld zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode unterstützt wird. Die betreffende Vakuumkammer ist für ein Durchlaufverfahren unter Verwendung einer Beschichtungsquelle etwa in Form einer linearen Magnetron-Sputterquelle, ausgelegt.However, this is only a vacuum-assisted process with different process gases, without the coating process being supported by an electric field between an electrode and a counterelectrode. The vacuum chamber in question is designed for a continuous process using a coating source such as in the form of a linear magnetron sputtering source.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumbeschichtungsvorrichtung gemäß der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass der Beschichtungsprozess möglichst gleichmäßig und mit hoher Stabilität weitgehend frei von Verunreinigungen durchgeführt werden kann. Ferner soll ein verbessertes Vakuumbeschichtungsverfahren unter Verwendung einer Spannung zwischen einer Elektrode und einer Gegenelektrode unter Zuführung eines Prozessgases angegeben werden, das eine möglichst gleichmäßige und stabile Prozessführung erlaubt.Against this background, the invention has the object to improve a vacuum coating device according to the aforementioned type such that the coating process can be performed as uniformly as possible and with high stability largely free of impurities. Furthermore, an improved vacuum coating method using a voltage between an electrode and a counter electrode under supply of a process gas is to be specified, which allows the most uniform and stable process control.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Abstand zwischen dem Substratträger und der gegenüber liegenden Elektrode veränderbar ist.This object is achieved in a vacuum coating device according to the aforementioned type in that a distance between the substrate carrier and the opposite electrode is variable.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely solved in this way.

Während bei herkömmlichen Vakuumbeschichtungsvorrichtungen der Abstand zwischen Elektrode und Gegenelektrode fest vorgegeben ist, kann bei der erfindungsgemäßen Vakuumbeschichtungsvorrichtung der Abstand zwischen dem Substratträger, auf dem das Substrat aufgenommen ist, und der Elektrode verändert werden. Durch die Veränderung des Abstands zwischen Substratträger bzw. Gegenelektrode und Elektrode kann der Beschichtungsprozess können sich im Zuge von zahlreichen Beschichtungszyklen veränderte Verhältnisse berücksichtigt werden und es können im Laufe der Zeit wegdriftende Beschichtungsprozesse durch die Anpassung des Abstands zwischen Elektrode und Gegenelektrode stabilisiert werden.While in conventional vacuum coating apparatus, the distance between the electrode and the counter electrode is fixed, the distance between the substrate carrier, on which the substrate is accommodated, and the electrode can be changed in the vacuum coating device according to the invention. By changing the distance between substrate carrier or counterelectrode and electrode, the coating process can be considered in the course of numerous coating cycles changed conditions and it can be stabilized over time drifting coating processes by adjusting the distance between the electrode and counter electrode.

Die erfindungsgemäße Vakuumbeschichtungsvorrichtung arbeitet vorzugsweise im Batchbetrieb. Es kann sich etwa um ein PECVD-Verfahren oder ein CVD-Verfahren handeln.The vacuum coating device according to the invention preferably operates in batch mode. It may be a PECVD process or a CVD process, for example.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Hubeinrichtung vorgesehen, mittels derer der Substratträger bewegbar ist.In a further development of the invention, a lifting device is provided, by means of which the substrate carrier is movable.

Obwohl es grundsätzlich auch möglich wäre, die Elektrode in der Höhe verstellbar zu machen, so wird bei einer Verstellung des Substratträgers mittels einer Hubeinrichtung eine vorteilhafte Ausführung insbesondere dann erreicht, wenn die Vakuumbeschichtungsvorrichtung mit zwei übereinander angeordneten Ebenen ausgestaltet ist, zwischen denen die Substratträger ohnehin durch eine Hubeinrichtung bewegt werden können, um so einen besseren Durchsatz bei einer Batch-Anlage erzielen zu können. Vorzugsweise wird hierbei die obere Ebene zur Beschichtung verwendet, während die untere Ebene als Puffer für fertig beschichtete Substrate dient und in Zusammenhang mit einer geeigneten Handlingeinrichtung einen erhöhten Durchsatz erlaubt.Although it would also be possible in principle to make the electrode height-adjustable, an advantageous embodiment is achieved when the substrate carrier is adjusted by means of a lifting device, in particular if the vacuum coating device is designed with two planes arranged one above the other, between which the substrate carriers pass through anyway a Lifting device can be moved so as to achieve better throughput in a batch plant can. Preferably, in this case, the upper level is used for coating, while the lower level serves as a buffer for finished coated substrates and in conjunction with a suitable handling device allows increased throughput.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Abstand zwischen Elektrode und Substratträger automatisch verstellbar, vorzugsweise in Abhängigkeit von mindestens einem Beschichtungsparameter mittels einer Steuerung einstellbar.In an advantageous development of the invention, the distance between electrode and substrate carrier is automatically adjustable, preferably adjustable as a function of at least one coating parameter by means of a controller.

Auf diese Weise kann eine verbesserte Prozessführung mit automatischer Steuerung des Abstands zwischen Gegenelektrode und Elektrode erreicht werden.In this way, an improved process control with automatic control of the distance between the counter electrode and the electrode can be achieved.

Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zur Vakuumbeschichtung eines Substrates unter Anlegung einer Spannung zwischen einer dem Substrat gegenüberliegenden Elektrode und einer Gegenelektrode unter Zuführung eines Prozessgases in den Beschichtungsraum gelöst, bei dem ein Abstand zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eingestellt wird, vorzugsweise automatisch in Abhängigkeit von mindestens einem Prozessparameter gesteuert wird.The object of the invention is further achieved by a method for vacuum coating a substrate under application of a voltage between a substrate opposite the substrate and a counter electrode while supplying a process gas into the coating chamber, in which a distance between the electrode and the counter electrode is adjusted, preferably automatically is controlled in dependence on at least one process parameter.

Wie bereits zuvor erwähnt, wird durch ein derartiges Verfahren eine gleichmäßigere Prozessführung mit besonders hoher Qualität ermöglicht.As already mentioned above, a more uniform process control with particularly high quality is made possible by such a method.

In vorteilhafter Weiterbildung dieses Verfahrens wird hierbei das Prozessgas über eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen an der Elektrode zugeführt und durch mindestens ein Strömungsleitelement in Richtung auf das Substrat gelenkt, wobei eine Absaugung vorzugsweise im Bodenbereich des Beschichtungsraums erfolgt.In an advantageous embodiment of this method, in this case the process gas is supplied via a plurality of gas outlet openings at the electrode and directed by at least one flow guide in the direction of the substrate, wherein an extraction preferably takes place in the bottom region of the coating chamber.

Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Zuführung der Prozessgase von oben in Richtung auf das Substrat ermöglicht, wodurch besonders gleichmäßige Beschichtungsergebnisse erzielt werden können.This allows a particularly uniform supply of the process gases from above in the direction of the substrate, whereby particularly uniform coating results can be achieved.

Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Vakuumbeschichtungsvorrichtung gemäß der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass sich zwischen der Elektrode und dem Substratträger mindestens ein Strömungsleitelement erstreckt.According to an alternative embodiment of the invention, the object is achieved in a vacuum coating device according to the aforementioned type in that extends at least one flow guide between the electrode and the substrate support.

Auch auf diese Weise wird eine besonders homogene und gleichmäßige Beschichtung des Substrates unterstützt. Durch die Verwendung des Strömungsleitelements zwischen Elektrode und Substratträger können die von oben zugeführten Prozessgase besonders gleichmäßig in Richtung auf das Substrat gelenkt werden. Ein seitliches Entweichen der Prozessgase, bevor diese die Substratoberfläche überstrichen haben, wird auf diese Weise verhindert bzw. minimiert.In this way, a particularly homogeneous and uniform coating of the substrate is supported. By using the flow guide between the electrode and the substrate carrier, the process gases supplied from above can be directed particularly uniformly in the direction of the substrate. A lateral escape of the process gases before they have swept over the substrate surface is prevented or minimized in this way.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist das Strömungsleitelement als Rahmen ausgebildet, der sich von der Elektrode aus in Richtung auf den Substratträger erstreckt.In a preferred embodiment of the invention, the flow guide is formed as a frame which extends from the electrode in the direction of the substrate carrier.

Hierbei ist die mindestens eine Gasaustrittsöffnung vorzugsweise innerhalb eines vom Strömungsleitelement umschlossenen Raums angeordnet.Here, the at least one gas outlet opening is preferably arranged within a space enclosed by the flow guide.

Weiterhin bevorzugt ist in der Elektrode eine Mehrzahl von Gasaustrittsöffnungen vorgesehen.Further preferably, a plurality of gas outlet openings is provided in the electrode.

Durch diese Maßnahme wird eine besonders gleichmäßige flächige Zuführung von Prozessgasen von oben in Richtung auf das Substrat gewährleistet, was zu einer besonders hohen Beschichtungsqualität führt.By this measure, a particularly uniform surface supply of process gases is ensured from above in the direction of the substrate, resulting in a particularly high coating quality.

In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Strömungsleitelement derart angeordnet und dimensioniert, dass zwischen dem Substratträger und dem Strömungsleitelement ein Spalt von höchstens 20 mm, bevorzugt von höchstens 10 mm, weiter bevorzugt von höchstens 6 mm verbleibt.In a further advantageous embodiment of the invention, the flow guide is arranged and dimensioned such that between the substrate carrier and the flow guide a gap of at most 20 mm, preferably of at most 10 mm, more preferably of at most 6 mm remains.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Strömungsleitelement derart angeordnet und dimensioniert, dass zwischen dem Substratträger und dem Strömungsleitelement ein Spalt von etwa 2 bis 20 mm, bevorzugt von etwa 2 bis 7 mm, besonders bevorzugt von etwa 2 bis 5 mm verbleibt.In a further preferred embodiment of the invention, the flow guide is arranged and dimensioned such that between the substrate carrier and the flow guide a gap of about 2 to 20 mm, preferably from about 2 to 7 mm, more preferably from about 2 to 5 mm remains.

Es hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen Dimensionierung des Spaltes besonders gute Beschichtungsergebnisse erzielbar sind.It has been shown that with such a dimensioning of the gap particularly good coating results can be achieved.

Insbesondere in Verbindung mit einer automatischen Einstellung des Abstandes zwischen Substratträger und Elektrode lässt sich der verbleibende Spalt im angegebenen Bereich zwischen 2 und 20 mm derart einstellen, dass eine optimierte Prozessführung erzielt werden kann.In particular, in conjunction with an automatic adjustment of the distance between substrate carrier and electrode, the remaining gap in the specified range between 2 and 20 mm can be adjusted so that an optimized process control can be achieved.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Substratträger auf einer Platte, vorzugsweise auf einer Graphitplatte, aufgenommen, die als Gegenelektrode geschaltet ist.In a further preferred embodiment of the invention, the substrate carrier on a plate, preferably on a graphite plate, added, which is connected as a counter electrode.

Während bei herkömmlichen Vakuumbeschichtungsvorrichtungen normalerweise der Substratträger selbst als Gegenelektrode geschaltet ist, wird auf diese Weise durch die Verwendung der Platte eine Homogenisierung des elektrischen Feldes zwischen dem Substrat und der Elektrode erreicht. Nicht das Substrat selbst, sondern die Platte, die vorzugsweise als Graphitplatte ausgestaltet ist, wirkt als Gegenelektrode. Auf diese Weise ist das Substrat in ein homogeneres Feld zwischen der weiter nach unten versetzten Platte und der Elektrode eingeschlossen. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Platte als Graphitplatte ausgestaltet ist, da Graphit ein besonders guter Wärmeleiter ist, was zu einer gleichmäßigen Temperaturverteilung beiträgt.In conventional vacuum coating apparatuses, while normally the substrate carrier itself is connected as a counterelectrode, the use of the plate in this way homogenizes the electric field reached between the substrate and the electrode. Not the substrate itself, but the plate, which is preferably designed as a graphite plate, acts as a counter electrode. In this way, the substrate is enclosed in a more homogeneous field between the further downwardly displaced plate and the electrode. Particular advantages arise when the plate is designed as a graphite plate, since graphite is a particularly good conductor of heat, which contributes to a uniform temperature distribution.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Platte bzw. die Graphitplatte beheizt.In a further preferred embodiment of the invention, the plate or the graphite plate is heated.

Hierdurch lässt sich eine besonders gleichmäßige Beheizung, insbesondere bei Ausführung der Platte als Graphitplatte, erzielen. Während bei herkömmlichen Anlagen der Substratträger beheizt wird, kann die Platte, auf dem der Substratträger aufgenommen ist, durchgehend beheizt werden. Dadurch wird eine deutlich gleichmäßigere Temperatur gewährleistet. Trotz der kurzen Zykluszeiten für eine Beschichtung wird so durch die durchgehend beheizte Graphitplatte eine schnelle Homogenisierung der Temperatur am Substrat erreicht.This makes it possible to achieve a particularly uniform heating, in particular when the plate is designed as a graphite plate. While the substrate carrier is heated in conventional systems, the plate on which the substrate carrier is received, can be continuously heated. This ensures a much more uniform temperature. Despite the short cycle times for a coating, the continuously heated graphite plate achieves rapid homogenization of the temperature at the substrate.

Auf diese Weise wird eine besonders homogene und gleichmäßige Beschichtung unterstützt.In this way, a particularly homogeneous and uniform coating is supported.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is understood that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vakuumbeschichtungsvorrichtung in stark vereinfachter, schematischer Darstellung; und 1 a cross section through a vacuum coating device according to the invention in a highly simplified, schematic representation; and

2a) bis c) eine schematische Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage mit drei Beschichtungszellen, einer Servicezelle und einer Ladezelle, die fünfeckförmig um eine zentrale Verteilungszelle herum angeordnet sind, wobei in a) bis c) unterschiedliche Nutzungsarten dargestellt sind. 2a) to c) is a schematic representation of a vacuum coating system with three coating cells, a service cell and a load cell, which are arranged pentagonally around a central distribution cell, wherein in a) to c) different types of use are shown.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vakuumbeschichtungsvorrichtung insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.In 1 is a vacuum coating device according to the invention in total with the numeral 10 designated.

Die Vakuumbeschichtungsvorrichtung 10 weist einen Beschichtungsraum 12 auf, der von einem Boden 16, Wänden 18 und einem Deckel 14 luftdicht umschlossen ist. Der Beschichtungsraum 12 weist eine obere Ebene 38 und darunter eine untere Ebene 40 auf. Sowohl in der oberen Ebene 38 als auch in der unteren Ebene 40 kann ein Substratträger 28 aufgenommen sein. Der Substratträger 28 kann über eine zugeordnete Tür 48 in der Wand 18 mittels einer Handlingeinrichtung 52 in die obere Ebene 38 ein- bzw. ausgefahren werden. Zur Aufnahme in der oberen Ebene dienen hierbei zugeordnete Rollen 36, die mittels Vakuumdurchführungen von außerhalb des Beschichtungsraums 12 betätigbar sind und die durch axiales Bewegen in der Wand 18 versenkt werden können.The vacuum coating device 10 has a coating room 12 on top of a floor 16 , Walls 18 and a lid 14 is enclosed airtight. The coating room 12 has an upper level 38 and below that a lower level 40 on. Both in the upper level 38 as well as in the lower level 40 can be a substrate carrier 28 be included. The substrate carrier 28 can have an associated door 48 in the wall 18 by means of a handling device 52 to the upper level 38 be extended or retracted. For inclusion in the upper level here associated roles serve 36 by means of vacuum feedthroughs from outside the coating space 12 are actuated and by axial movement in the wall 18 can be sunk.

Auch in der unteren Ebene sind Transportrollen 46 vorgesehen, die zur Aufnahme eines Substratträgers 28 dienen, der wiederum bei geöffneter Tür 50 mittels einer zugeordneten Handlingeinrichtung 54 in die untere Ebene 40 des Beschichtungsraums 12 ein- bzw. ausgefahren werden kann.Also in the lower level are transport wheels 46 provided for receiving a substrate carrier 28 serve, in turn, with the door open 50 by means of an associated handling device 54 to the lower level 40 of the coating room 12 can be extended or retracted.

Ein im Beschichtungsraum 12 befindlicher Substratträger 28 liegt bei in die Wand 18 eingezogenen Transportrollen 36 auf einer Platte 32 auf, die vorzugsweise aus Graphit besteht und die mit Hilfe einer Hubeinrichtung 42 in Vertikalrichtung bewegt werden kann. Die Hubeinrichtung 42 umfasst einen Hubantrieb 64, wobei es sich beispielsweise um einen Elektrozylinder handeln kann, mit Hilfe dessen ein Kolben in Vertikalrichtung gesteuert verfahrbar ist.One in the coating room 12 located substrate carrier 28 lies in the wall 18 retracted transport rollers 36 on a plate 32 on, which preferably consists of graphite and by means of a lifting device 42 can be moved in the vertical direction. The lifting device 42 includes a lifting drive 64 , Which may be, for example, an electric cylinder, by means of which a piston is moved in the vertical direction controlled.

Die aus Graphit bestehende Platte 32 ist beheizbar, wozu an ihrer Unterseite eine Mehrzahl von Heizelementen 34, z. B. Widerstandsheizelementen, vorgesehen sind, die über die gesamte Unterfläche der Platte 32 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Gemäß 1 ist auf dem Substratträger 28 ein ebenes Substrat 30 aufgenommen, das in der Beschichtungsvorrichtung 10 beschichtet werden kann. Die Platte 32 ist als Gegenelektrode geschaltet.The graphite plate 32 is heated, including on its underside a plurality of heating elements 34 , z. B. resistance heating elements, are provided, over the entire lower surface of the plate 32 are arranged evenly distributed. According to 1 is on the substrate carrier 28 a flat substrate 30 recorded in the coating apparatus 10 can be coated. The plate 32 is connected as a counter electrode.

Oberhalb des Substrates 30 ist eine zugeordnete flächige Elektrode 24 in einem Abstand d vom Substratträger 28 angeordnet. Die Elektrode 24 ist von einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen 26 durchsetzt, die sich rasterartig verteilt über die gesamte Fläche der Elektrode 24 erstrecken. Die Gasaustrittsöffnungen 26 dienen zur Zuführung von Prozessgas für einen Vakuumbeschichtungsvorgang, das über eine angeschlossene Gaszufuhr 22 von außerhalb der Beschichtungskammer 12 zugeführt werden kann.Above the substrate 30 is an associated planar electrode 24 at a distance d from the substrate carrier 28 arranged. The electrode 24 is from a variety of gas vents 26 interspersed, which is distributed in a grid over the entire surface of the electrode 24 extend. The gas outlet openings 26 are used to supply process gas for a vacuum coating process, via a connected gas supply 22 from outside the coating chamber 12 can be supplied.

Zwischen der Platte 32 und der Elektrode 24 wird eine Spannung angelegt (nicht dargestellt), wobei es sich um eine HF-Spannung handeln kann, wenn im Beschichtungsraum ein PECVD-Verfahren unter Vakuum ausgeführt werden soll.Between the plate 32 and the electrode 24 A voltage is applied (not shown), which may be an RF voltage, when a PECVD process is to be carried out under vacuum in the coating room.

Während eines Beschichtungsprozesses tritt das Prozessgas, wie durch die Pfeile 74 angedeutet, gleichmäßig nach unten in Richtung auf das Substrat 30 aus. Um ein seitliches Entweichen des Prozessgases zu vermeiden und um einen gleichmäßigen Zutritt des Prozessgases auf die Substratoberfläche zu gewährleisten, ist ein Strömungsleitelement 70 vorgesehen. Es handelt sich hierbei um einen umfangsmäßig geschlossenen Rahmen, der an der Unterseite der Elektrode 24 befestigt ist und der sich nach unten bis kurz oberhalb des Substratträgers 28 erstreckt.During a coating process, the process gas enters as indicated by the arrows 74 indicated, evenly down towards the substrate 30 out. In order to avoid a lateral escape of the process gas and to ensure a uniform access of the process gas to the substrate surface, is a flow guide 70 intended. It is a circumferentially closed frame, located at the bottom of the electrode 24 is attached and down to just above the substrate support 28 extends.

Zwischen dem unteren Ende des Strömungsleitelementes bzw. Rahmens 70 und dem Substratträger 28 verbleibt ein Spalt s, der vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis 20 mm, insbesondere 2 bis 5 mm, liegt und der vorzugsweise mit Hilfe der Hubeinrichtung 42 in Abhängigkeit von mindestens einem Prozessparameter variierbar ist. Die Hubeinrichtung 42 wird hierzu über eine zentrale Steuerung 60 gesteuert, wie über eine Steuerleitung 66 angedeutet ist. Rein schematisch ist in der Beschichtungskammer 12 ein Sensor 62 dargestellt, der über eine Leitung 68 mit der zentralen Steuerung 60 gekoppelt ist. Es kann sich hierbei beispielsweise um einen Temperatursensor, um einen Drucksensor, einen Sensor zur Erfassung eines bestimmten Gaspartialdrucks usw. handeln. Es versteht sich, dass der Sensor 28 lediglich rein schematisch angedeutet ist und als beliebiger Sensor ausgeführt sein kann bzw. dass eine Reihe von verschiedenen Sensoren vorgesehen sein kann, die mit der Steuerung 60 in Verbindung stehen. Jedenfalls kann mit Hilfe der Steuerung 60 der Abstand d zwischen Substratträger 28 und Elektrode 24 bzw. der Spalt s zwischen dem unteren Ende des Strömungsleitelementes bzw. Rahmens 70 und dem Substratträger 28 in Abhängigkeit von einem der Prozessparameter eingestellt werden, um eine optimierte Prozessführung zu gewährleisten.Between the lower end of the flow guide or frame 70 and the substrate carrier 28 remains a gap s, which is preferably in the range of about 2 to 20 mm, in particular 2 to 5 mm, and preferably by means of the lifting device 42 is variable depending on at least one process parameter. The lifting device 42 This is done via a central control 60 controlled, as via a control line 66 is indicated. Is purely schematic in the coating chamber 12 a sensor 62 represented by a line 68 with the central control 60 is coupled. This may be, for example, a temperature sensor, a pressure sensor, a sensor for detecting a specific gas partial pressure, etc. It is understood that the sensor 28 is merely indicated purely schematically and can be designed as any sensor or that a number of different sensors may be provided with the control 60 keep in touch. Anyway, with the help of the controller 60 the distance d between the substrate carrier 28 and electrode 24 or the gap s between the lower end of the flow guide or frame 70 and the substrate carrier 28 be adjusted depending on one of the process parameters to ensure optimized process control.

Die Beschichtungskammer 12 kann mit Hilfe einer Vakuumpumpe 20 evakuiert werden. Die Vakuumpumpe 20 weist eine Vielzahl von Ansaugöffnungen 21 auf, die vorzugsweise im Bodenbereich des Beschichtungsraums 12 gleichmäßig verteilt angeordnet sind.The coating chamber 12 can with the help of a vacuum pump 20 be evacuated. The vacuum pump 20 has a plurality of suction openings 21 preferably located in the bottom area of the coating space 12 are arranged evenly distributed.

Durch das Strömungsleitelement bzw. den Rahmen 70 wird ein sehr gleichmäßiger Zutritt der über die Elektrode 24 zugeführten Prozessgase zur Oberfläche des Substrates 30 gewährleistet.Through the flow guide or the frame 70 is a very uniform access through the electrode 24 supplied process gases to the surface of the substrate 30 guaranteed.

Die Graphitplatte 32, die als Gegenelektrode geschaltet ist, dient zu einer Homogenisierung des elektrischen Feldes, da die Graphitplatte 32 leichter zu kontaktieren ist als der Substratträger. Außerdem ist Graphit ein sehr guter Wärmeleiter, der eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Fläche gewährleistet. Es ergibt sich somit eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Graphitplatte 32 und damit auch über den Substratträger 28 und letztlich das Substrat 30, was zu einem entsprechend homogenen Beschichtungsergebnis führt.The graphite plate 32 , which is connected as a counter electrode, serves to homogenize the electric field, since the graphite plate 32 easier to contact than the substrate carrier. In addition, graphite is a very good conductor of heat, which ensures a uniform temperature distribution over the entire surface. This results in a particularly uniform temperature distribution over the entire graphite plate 32 and thus also over the substrate carrier 28 and ultimately the substrate 30 , which leads to a correspondingly homogeneous coating result.

Durch die Aufteilung des Beschichtungsraums 12 in eine obere Ebene 38 und eine untere Ebene 40 kann in Kombination mit zugeordneten Handlingeinrichtungen und zugeordneten Lade- und Verteileinrichtungen ein besonders schneller Durchsatz gewährleistet werden.By dividing the coating room 12 in an upper level 38 and a lower level 40 In combination with associated handling devices and associated loading and distribution devices, a particularly fast throughput can be ensured.

Wenn ein Beschichtungsprozess im oberen Bereich 38 des Beschichtungsraums 12 beendet ist, so kann der Substratträger 28 mit dem darauf liegenden Substrat 30 mittels der Hubeinrichtung 42 in die untere Ebene 40 verfahren werden. Es kann dann bei geöffneten Türen 48 bzw. 50 mittels der Handlingeinrichtung 52 ein neuer Substratträger mit einem zu beschichtenden Substrat eingefahren werden, wie durch den Pfeil 56 angedeutet ist. Gleichzeitig kann der Substratträger 28 mit dem darauf befindlichen, fertig beschichteten Substrat 30 aus der unteren Ebene 40 bei geöffneter Tür 50 über die Handlingeinrichtung 54 ausgefahren werden, wie durch den Pfeil 58 angedeutet ist.If a coating process in the upper range 38 of the coating room 12 is finished, then the substrate carrier 28 with the substrate on top 30 by means of the lifting device 42 to the lower level 40 be moved. It can then open doors 48 respectively. 50 by means of the handling device 52 a new substrate carrier are retracted with a substrate to be coated, as indicated by the arrow 56 is indicated. At the same time, the substrate carrier 28 with the finished coated substrate thereon 30 from the lower level 40 with the door open 50 about the handling device 54 be extended, as indicated by the arrow 58 is indicated.

Es versteht sich, dass anstelle zweier getrennter Türen 48, 50 gemäß 1 auch eine gemeinsam durchgehende Tür bzw. Schleuse vorgesehen sein kann.It is understood that instead of two separate doors 48 . 50 according to 1 Also, a common continuous door or lock can be provided.

Die Anlage arbeitet vorzugsweise getaktet im Batchbetrieb.The system preferably operates in clocked mode in batch mode.

In 2 ist der grundsätzliche Aufbau einer Vakuumbeschichtungsanlage dargestellt und insgesamt mit Ziffer 80 bezeichnet. Die Vakuumbeschichtungsanlage 80 gemäß 2a) umfasst drei Beschichtungszellen P1, P2, P3 und eine identisch aufgebaute Servicezelle M, sowie eine Ladezelle 82, die außen um eine Verteilerzelle 84 herum angeordnet sind, die die Form eines regelmäßigen Fünfecks aufweist. Die Beschichtungszellen P1, P2, P3 und die Wartungszelle M sind jeweils über eine zugeordnete Schleuse bzw. Tür mit der Verteilerzelle 84 koppelbar.In 2 is the basic structure of a vacuum coating system shown and total with numeral 80 designated. The vacuum coating system 80 according to 2a) comprises three coating cells P1, P2, P3 and an identically structured service cell M, as well as a load cell 82 , which is outside a distribution cell 84 are arranged around, which has the shape of a regular pentagon. The coating cells P1, P2, P3 and the maintenance cell M are each via an associated lock or door with the distribution cell 84 coupled.

Jede Beschichtungszelle P1, P2, P3 und die Wartungszelle M ist durch eine Vakuumbeschichtungsvorrichtung 10 in der vorstehend beschriebenen Weise gebildet.Each coating cell P1, P2, P3 and the maintenance cell M is through a vacuum coating device 10 formed in the manner described above.

Im vorliegenden Fall wird in allen Beschichtungszellen P1, P2, P3 der gleiche Beschichtungsprozess durchgeführt. Durch das parallele Betreiben der Beschichtungszellen P1, P2, P3 wird ein erhöhter Durchsatz gewährleistet. Die Kapazität der Beschichtungszellen P1, P2, P3 ist nun so ausgelegt, dass drei Beschichtungszellen ausreichen, um den Nenndurchsatz zu gewährleisten. Die Wartungszelle M weist nun einen identischen Aufbau wie die Beschichtungszellen P1, P2, P3 auf und dient somit als Reservekapazität. Dies bedeutet, dass der Beschichtungsprozess mit Nenndurchsatz arbeitet, während gleichzeitig in einer Zelle, in der Wartungszelle M, Wartungsarbeiten, z. B. Reinigungsarbeiten und dergleichen durchgeführt werden können, ohne dass der Nenndurchsatz beeinträchtigt wird.In the present case, the same coating process is carried out in all the coating cells P1, P2, P3. The parallel operation of the coating cells P1, P2, P3 ensures an increased throughput. The capacity of the coating cells P1, P2, P3 is now designed so that three coating cells are sufficient to ensure the nominal throughput. The maintenance cell M now has an identical structure as the Coating cells P1, P2, P3 and thus serves as a reserve capacity. This means that the coating process operates at nominal throughput while maintaining in one cell, in the maintenance cell M, maintenance work, e.g. As cleaning work and the like can be performed without the nominal throughput is impaired.

2b) zeigt einen anderen Zustand der Vakuumbeschichtungsanlage 80', bei dem die zuvor gemäß 2a) als Beschichtungszelle im Prozess eingesetzte Zelle P3 nunmehr als Wartungszelle M genutzt wird, und bei der die vorherige Wartungszelle M nunmehr als Beschichtungszelle P3 im Prozess betrieben wird. 2 B) shows another state of the vacuum coating system 80 ' in which the previously according to 2a) used as a cell in the process cell P3 is now used as a maintenance cell M, and in which the previous maintenance cell M is now operated as a coating cell P3 in the process.

Es steht somit die gleiche Anzahl von Beschichtungsmodulen wie zuvor zur Verfügung, während gleichzeitig ein anderes der Module nunmehr zur Wartung genutzt wird, wie bei M angedeutet.There is thus the same number of coating modules as before available, while at the same time another of the modules is used for maintenance, as indicated at M.

2c) zeigt einen weiteren Zustand der Vakuumbeschichtungsanlage 80'', bei dem nunmehr die vorher gemäß 2b) als Beschichtungszelle P2 genutzte Zelle nunmehr als Wartungszelle M genutzt wird, während die vorherige Wartungszelle als Beschichtungszelle P2 genutzt wird. 2c) shows another state of the vacuum coating system 80 '' , in which now the previously according to 2 B) cell used as a coating cell P2 is now used as a maintenance cell M, while the previous maintenance cell is used as a coating cell P2.

Es kann also somit immer der Nenndurchsatz der gesamten Vakuumbeschichtungsanlage erreicht werden, während immer eine der Zellen zu Wartungszwecken offline ist. Insgesamt lässt sich mit einer derartigen Auslegung eine Einsatzbereitschaft (Uptime) von etwa 97% gewährleisten.Thus, it is thus always possible to achieve the nominal throughput of the entire vacuum coating system, while always one of the cells is offline for maintenance purposes. Overall, with such a design, an operational readiness (uptime) of about 97% can be guaranteed.

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Claims (13)

Vakuumbeschichtungsvorrichtung mit einem evakuierbarem Beschichtungsraum (12), in dem ein Substratträger (28) zur Aufnahme eines zu beschichtenden Substrates (30) vorgesehen ist, mit einer Elektrode (24) oberhalb des Substratträgers (28), mit einer Gegenelektrode (32), und mit einer Gaszuführung (22) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (26) zur Zuführung von Prozessgasen in den Beschichtungsraum (12), dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (d) zwischen dem Substratträger (28) und der Elektrode (24) veränderbar ist.Vacuum coating device with an evacuable coating space ( 12 ), in which a substrate carrier ( 28 ) for receiving a substrate to be coated ( 30 ) is provided with an electrode ( 24 ) above the substrate support ( 28 ), with a counterelectrode ( 32 ), and with a gas supply ( 22 ) with at least one gas outlet opening ( 26 ) for supplying process gases into the coating space ( 12 ), characterized in that a distance (d) between the substrate carrier ( 28 ) and the electrode ( 24 ) is changeable. Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hubeinrichtung (42) vorgesehen ist, mittels derer der Substratträger (28) bewegbar ist.Vacuum coating device according to claim 1, characterized in that a lifting device ( 42 ) is provided, by means of which the substrate carrier ( 28 ) is movable. Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d) zwischen Elektrode (24) und Substratträger (28) automatisch verstellbar ist, vorzugsweise in Abhängigkeit von mindestens einem Beschichtungsparameter mittels einer Steuerung (60) einstellbar ist.Vacuum coating device according to claim 1 or 2, characterized in that the distance (d) between electrode ( 24 ) and substrate carrier ( 28 ) is automatically adjustable, preferably as a function of at least one coating parameter by means of a controller ( 60 ) is adjustable. Vakuumbeschichtungsvorrichtung mit einem evakuierbarem Beschichtungsraum (12), in dem ein Substratträger (28) zur Aufnahme eines zu beschichtenden Substrates (30) vorgesehen ist, mit einer Elektrode (24) oberhalb des Substratträgers (28), mit einer Gegenelektrode (32), und mit einer Gaszuführung (22) mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung (26) zur Zuführung von Prozessgasen in den Beschichtungsraum (12), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Elektrode (24) und dem Substratträger (28) mindestens ein Strömungsleitelement (70) erstreckt.Vacuum coating device with an evacuable coating space ( 12 ), in which a substrate carrier ( 28 ) for receiving a substrate to be coated ( 30 ) is provided with an electrode ( 24 ) above the substrate support ( 28 ), with a counterelectrode ( 32 ), and with a gas supply ( 22 ) with at least one gas outlet opening ( 26 ) for supplying process gases into the coating space ( 12 ), in particular according to one of the preceding claims, characterized in that between the electrode ( 24 ) and the substrate carrier ( 28 ) at least one flow guide ( 70 ). Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (70) als Rahmen ausgebildet ist, der sich von der Elektrode (24) aus in Richtung auf den Substratträger (28) erstreckt.Vacuum coating device according to claim 1, characterized in that the flow guiding element ( 70 ) is formed as a frame extending from the electrode ( 24 ) out in the direction of the substrate carrier ( 28 ). Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gasaustrittsöffnung (26) innerhalb eines vom Strömungsleitelement (70) umschlossenen Raums (72) angeordnet ist.Vacuum coating device according to claim 4 or 5, characterized in that the at least one gas outlet opening ( 26 ) within one of the flow guide ( 70 ) enclosed space ( 72 ) is arranged. Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Elektrode (24) eine Mehrzahl von Gasaustrittsöffnungen (26) vorgesehen ist.Vacuum coating device according to claim 6, characterized in that in the electrode ( 24 ) a plurality of gas outlet openings ( 26 ) is provided. Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (70) derart angeordnet und dimensioniert ist, dass zwischen dem Substratträger (28) und dem Strömungsleitelement (70) ein Spalt (s) von höchstens 20 Millimeter, bevorzugt von höchstens 10 Millimeter, weiter bevorzugt von höchstens 6 Millimeter verbleibt.Vacuum coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the flow guiding element ( 70 ) is arranged and dimensioned such that between the substrate carrier ( 28 ) and the flow guide ( 70 ) a gap (s) of at most 20 millimeters, preferably of at most 10 millimeters, more preferably of at most 6 millimeters remains. Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (70) derart angeordnet und dimensioniert ist, dass zwischen dem Substratträger (28) und dem Strömungsleitelement (70) ein Spalt (s) von etwa 2 bis 20 Millimeter, bevorzugt von etwa 2 bis 7 Millimeter, besonders bevorzugt von etwa 2 bis 5 Millimeter verbleibt.Vacuum coating device according to claim 8, characterized in that the flow guiding element ( 70 ) is arranged and dimensioned such that between the substrate carrier ( 28 ) and the flow guide ( 70 ) a gap (s) of about 2 to 20 millimeters, preferably from about 2 to 7 millimeters, more preferably from about 2 to 5 millimeters remains. Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratträger (28) auf einer Platte (32), vorzugsweise auf einer Graphitplatte, aufgenommen ist, die als Gegenelektrode geschaltet ist.Vacuum coating device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate carrier ( 28 ) on a plate ( 32 ), preferably on a graphite plate, which is connected as a counter electrode. Vakuumbeschichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (32) beheizt ist.Vacuum coating device according to claim 10, characterized in that the plate ( 32 ) is heated. Verfahren zur Vakuumbeschichtung eines Substrates (30) unter Anlegung einer Spannung zwischen einer dem Substrat (30) gegenüber liegenden Elektrode (24) und einer Gegenelektrode (32) unter Zuführung eines Prozessgases von oben, bei dem ein Abstand (d) zwischen der Elektrode (24) und der Gegenelektrode (32) verändert wird, vorzugsweise in Abhängigkeit von mindestens einem Prozessparameter.Method for vacuum coating a substrate ( 30 ) under application of a voltage between a substrate ( 30 ) opposite electrode ( 24 ) and a counter electrode ( 32 ) with supply of a process gas from above, in which a distance (d) between the electrode ( 24 ) and the counter electrode ( 32 ) is changed, preferably in dependence on at least one process parameter. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Prozessgas über eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen (26) an der Elektrode (24) zugeführt wird und durch mindestens ein Strömungsleitelement (70) in Richtung auf das Substrat (30) gelenkt wird, wobei eine Absaugung vorzugsweise im Bodenbereich des Beschichtungsraums (12) erfolgt.Method according to Claim 12, in which the process gas is conveyed via a multiplicity of gas outlets ( 26 ) on the electrode ( 24 ) is supplied and by at least one flow guide ( 70 ) towards the substrate ( 30 ), wherein a suction preferably in the bottom region of the coating chamber ( 12 ) he follows.
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