DE102013111509A1

DE102013111509A1 - Anordnung zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat sowie eine Magnetronanordnung dafür

Info

Publication number: DE102013111509A1
Application number: DE201310111509
Authority: DE
Inventors: Stanley Rehn; Holger Pröhl; Daniel Helbig; Reinhard Jaeger
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2015-04-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat. sowie eine Magnetronanordung für das Aufbringen. Damit lässt sich beispielsweise das Substrat, das im Durchlaufverfahren innerhalb einer Anlage im Vakuum behandelt wird, markieren. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat zu schaffen sowie eine geeignete Magnetronanordung, womit Probleme des Standes der Technik überwunden werden. Dazu weist die Anordnung eine erste Kammer (3) zum Bereitstellen eines ersten Druckes; eine zweite Kammer (4) zum Bereitstellen eines zweiten Druckes, der größer ist als der erste Druck und eine in der zweiten Kammer (4) angeordnete Magnetronanordnung (7) auf. Dabei weist die Magnetronanordnung (7) ein Gehäuse (10) sowie darin eine Sputteröffnung auf, die auf das Substrat (1) zielend ausgerichtet und angeordnet ist, wobei die Sputteröffnung so eingerichtet ist, dass das Aufbringen von Material auf einen anteiligen Bereich des Substrates (1) begrenzt ist. Ferner weist die Anordnung eine gasdichte Verbindung (11) von der ersten Kammer (3) zu dem Gehäuse (10) der Magnetronanordnung (7) zum Bereitstellen des ersten Druckes in der Magnetronanordnung (7) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat sowie eine Magnetronanordnung für das Aufbringen.
Die Erfindung findet beispielsweise Verwendung in einer Anlage zur Vakuumbehandlung. Mittels einer solchen Anlage zur Vakuumbehandlung lässt sich ein Substrat gänzlich oder oberflächig modifizieren, d.h. behandeln. Allgemeine Beispiele für die Vakuumbehandlung sind Plasmaätzen, Magnetronsputtern, Tempern usw. Bei dem Substrat kann es sich um ein bandförmiges Substrat, ein sog. Endlossubstrat wie Folie, oder Metallband, handeln. Alternativ kommt als Substrat ein diskretes Substrat, ein sog. Einzelsubstrat wie eine Glasscheibe, in Betracht. Bespielhaft kann eine Anlage so gestaltet sein, dass das Substrat im sog. Durchlaufverfahren behandelt wird. Unter Durchlaufverfahren ist zu verstehen, dass das bewegte oder auch transportierte Substrat nacheinander einer ersten Vakuumbehandlung und weiteren unterzogen wird. Eine Anlage für ein Durchlaufverfahren ist folglich so ausgeführt, dass entlang eines Transportpfades nacheinander folgend unterschiedliche Mittel für eine jeweilige Vakuumbehandlung vorgesehen sind. Beim Betrieb der Anlage wird ein Substrat nach dem anderen entlang des Transportpfades bewegt und dabei behandelt. Beispielhaft lässt sich durch den Gebrauch der Anlage ein modifiziertes Substrat gewinnen, das eine Beschichtung aufweist. Die Beschichtung könnte unter anderem dazu führen, dass die Substratoberfläche reflektiert oder absorbiert.
Für den Betrieb einer Anlage im Durchlaufverfahren ist es notwendig, das Substrat in ausreichender Menge bereitzustellen und/oder vorzuhalten. Bei einem Substrat wird wie bereits erwähnt zwischen dem Einzelsubstrat (z.B. Glasscheibe) und dem Endlossubstrat (z.B. Rolle mit Metallband oder Kunststofffolie) unterschieden. Je nach eben benannter Art des Substrates unterscheidet sich auch eine Anlage von der nächsten zumindest im Aufbau. Ein solcher Unterschied im Aufbau zeigt sich darin, wie ein Substratvorrat, in dem sich mindestens ein Substrat unter subatmosphärischen Druck (Vakuum) in der Anlage befindet, angelegt wird. Die für das Einzelsubstrat wie eine Glasscheibe ausgelegte Anlage sieht beispielsweise eingangs- und ausgangsseitig der Anlage jeweils eine Substratschleuse vor. Mittels der jeweiligen Substratschleuse gelangt das Einzelsubstrat in den Teil der Anlage, in dem ein Vakuum ausgebildet ist, hinein (Eingangsschleuse) beziehungsweise wieder heraus (Ausgangsschleuse). Bei einem Endlossubstrat wie bei einer Kunststofffolie auf einer Rolle weist die Anlage beispielsweise eine erste und eine zusätzliche Vakuumkammer (Wickelkammer) auf, in der sich jeweils eine Rolle entweder mit unbehandeltem oder mit behandeltem Substrat befindet. Der Begriff Rolle kann hier aber auch so verstanden werden, dass es sich um eine solche handelt, die nicht zum Auf- oder Abwickeln sondern zum Führen des Substrates vorgesehen ist.
Es bietet sich bei einer Anlage, die im Durchlaufverfahren betrieben wird, an, das Substrat bereits innerhalb der Anlage zu markieren, d.h. auf dem Substrat zumindest eine Markierung unter Vakuum vorzusehen. Es ließe sich so mit jedem Markieren eine Information auf dem Substrat ablegen. Das meint auch, dass sowohl ein Einzel- als auch ein Endlossubstrat mehrere Markierungen und somit eine Information enthalten kann. Die Information könnte zunächst einen ersten Bezug zu einem Abschnitt des Substrates haben. Das meint beispielsweise den Bezug zu dem Abschnitt, an dem der Rand des Substrates in einem sog. Substratrandbereich markiert ist. Weiterhin könnte die mit der Markierung auf dem Substrat hinterlegte Information beispielsweise Auskunft darüber geben, in welcher Güte das Substrat im Zuge der Behandlung modifiziert wurde. So könnte eine beschichtete Kunststofffolie mehrfach eine Markierung am Folienrand jeweils an einem solchen Abschnitt enthalten, der mangelhaft beschichtet wurde. Das mangelhaft behandelte Einzelsubstrat sowie der einzelne Abschnitt eines mangelhaft behandelten Einzel- oder Endlossubstrates, werden hier als Mangelsubstrat bezeichnet. Ein Mangelsubstrat ließe sich folglich anhand der Markierung leichter erkennen und aussondern.
Aus technologischer Sicht scheiden zum Markieren im Vakuum eine Reihe allgemein üblicher Markierungsverfahren aus. Beispielsweise ist es im Vakuum nicht möglich, mit einer Flüssigkeit oder speziell mit Farbe zu markieren. Realisierbar sind rein mechanisch wirkende Markierungsmittel. Zudem kommt zum Markieren im Vakuum jedes weitere Mittel in Betracht, das für das Auf- oder Abtragen einer Materialschicht auf das beziehungsweise von dem Substrat vorgesehen ist. Ein derartiges Mittel kann ein beliebiges für die Substratbehandlung bekanntes Magnetron wie ein Rohr- oder Planarmagnetron sein. Zum Markieren im Vakuum wird üblicherweise ein so genanntes Markermagnetron verwendet. Das Markermagnetron ähnelt in seiner Funktion einem Magentron, ist aber für das Auf- oder Abtragen einer Materialschicht auf einer Fläche von wenigen Quadratzentimetern vorgesehen. So hinterlässt das Markermagnetron auf dem Substrat eine im Nachhinein erkennbare Markierung.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Aufwand für die Bereitstellung eines Arbeitsdruckes für ein Markermagnetron reduziert werden.
In verschiedenen Ausführungsformen weist die Anordnung zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat zunächst eine erste Kammer zum Bereitstellen eines ersten Druckes und eine zweite Kammer zum Bereitstellen eines zweiten Druckes, der größer ist als der erste Druck, auf. Dem kommt eine in der zweiten Kammer angeordnete Magnetronanordnung hinzu, wobei die Magnetronanordnung ein Gehäuse sowie darin eine Sputteröffnung aufweist, die auf das Substrat zielend ausgerichtet und angeordnet ist. Dabei ist die Sputteröffnung so eingerichtet, dass das Aufbringen von Material auf einen anteiligen Bereich des Substrates begrenzt ist. Die Anordnung weist ferner eine gasdichte Verbindung von der ersten Kammer zu dem Gehäuse der Magnetronanordnung auf, zum Bereitstellen des ersten Druckes in der Magnetronanordnung.
Mit anderen Worten kann einer Magnetronanordnung, wie dieser, der vorzugsweise niedrigere Druck einer benachbarten ersten Kammer aus dieser über eine gasdichte Verbindung zugeführt werden, wodurch in der zweiten Kammer auch ein höher und damit ein preiswerter herzustellender Druck vorherrschen kann. Die Ersparnis und somit ein Vorteil kann im zahlenmäßig geringeren Bedarf an Turbomolekularpumpen für eine Anlage gesehen werden.
Eine Magnetronanordnung, die als Markermagnetron ausgeführt ist, ist beispielsweise derart eingerichtet ist, dass der anteilige Bereich in einem Substratrandbereich des Substrats liegend vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform der Anordnung ist der Substratrandbereich bis zu 20 cm breit. Das bemisst sich vom Substratrand.
In einer Ausführungsform der Anordnung ist zwischen der Sputteröffnung und dem Substrat ein Spalt vorgesehen, wobei ein Bereich des Gehäuses an dem Spalt vorzugsweise als Kragen ausgeführt ist. Ein beliebiger Abstand zwischen der Magnetronanordnung und dem Substrat ist vorteilhaft, um einen mechanischen Kontakt zwischen beiden zu vermieden. Dieser Abstand sollte jedoch nicht mehr als einen Spalt ausmachen, da es potenziell dort zum Ausgleich der Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer kommt. Bei besagten Druckverhältnissen lässt sich dagegen bereits ein guter Strömungswiderstand schaffen, indem die im Spalt gegenüberliegenden Flächen möglichst groß ausgeführt sind. Die Kragenform stellt eine bevorzugte Möglichkeit dar.
In weiterer Ausgestaltung der Anordnung weist die Anordnung ferner eine erste Vakuumpumpe auf, die eingerichtet ist, den ersten Druck im Feinvakuumbereich oder bevorzugt im Hochvakuumbereich bereitzustellen.
In weiterer Ausgestaltung der Anordnung weist die Anordnung ferner mindestens eine Vakuumpumpe Typ-B auf, die eingerichtet ist, den zweiten Druck im Grobvakuumbereich oder im Feinvakuumbereich bereitzustellen.
In weiterer Ausgestaltung der Anordnung weist die Magnetronanordnung in der Anordnung das Gehäuse und ein Magnetron, das in dem Gehäuse angeordnet ist und das von dem Gehäuse zumindest teilweise umschlossen ist auf, wobei das Gehäuse einen gasdichten Anschluss aufweist zum Bereitstellen eines vorgegebenen Druckes für das Magnetron.
In noch einer Ausgestaltung ist die Magnetronanordnung der obigen Anordnung, wie sie vorstehend in den verschiedenen Ausführungsformen gezeigt wurde, bereitgestellt.
In verschiedenen Ausführungsformen weist eine Magnetronanordnung ein Gehäuse sowie ein Magnetron auf, das in dem Gehäuse angeordnet und von dem Gehäuse zumindest teilweise umschlossen ist, wobei das Gehäuse einen gasdichten Anschluss aufweist zum Bereitstellen eines vorgegebenen Druckes für das Magnetron.
In weiterer Ausgestaltung der Magnetronanordnung weist das Gehäuse eine Sputteröffnung sowie das Magnetron eine Materialabgabefläche auf. Zudem kann die Materialabgabefläche innerhalb der Sputteröffnung angeordnet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Magnetronanordnung ist die Materialabgabefläche mit einem Flächeninhalt in einem Bereich von ungefähr 2000 cm² bis ungefähr 7 cm² ausgeführt. Vorteilhafter ist ein Flächeninhalt in einem Bereich von ungefähr 320 cm² bis ungefähr 20 cm², weiter bevorzugt weniger als 180 cm² und weiter bevorzugt weniger als 80 cm². Die aufgezeigten Flächeninhalte entsprächen bei Kreisflächen adäquat den Durchmessern in einem Bereich von ungefähr 50 cm bis ungefähr 3 cm, bevorzugt in einem Bereich von ungefähr 20 bis ungefähr 5 cm, weiter bevorzugt weniger als 15 cm, weiter bevorzugt weniger als 10 cm.
In weiterer Ausgestaltung der Magnetronanordnung ist das Magnetron zur Ausbildung zumindest eines Ringplasmas eingerichtet.
In weiterer Ausgestaltung der Magnetronanordnung weist diese ferner eine Prozessgasversorgung und eine elektrische Versorgungseinrichtung auf. Die Prozessgasversorgung weist mindestens einen Auslass innerhalb des Gehäuses auf und die elektrische Versorgungseinrichtung ist mit dem Magnetron verbunden.
In weiterer Ausgestaltung der Magnetronanordnung weist das Magnetron Mittel zur Kühlung auf.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. Dazu sind in den Zeichnungen wie folgt dargestellt:
1 eine herkömmliche Anordnung
2 eine Anordnung mit indirekter Verbindung;
3 eine Anordnung mit direkter Verbindung – kleiner Verbindungsquerschnitt;
4 eine Anordnung mit direkter Verbindung – großer Verbindungsquerschnitt;
5 eine Magnetronanordnung in der Anordnung; und
6 eine schematische Seitenansicht einer Anlage zur Behandlung von Folie mit einem Markermagnetron in der Wickelkammer.
Das Markermagnetron macht sich anschaulich den Effekt des Plasmas zu Nutze, dass sich mittels Sputterns entweder ein Material auf das Substrat aufbringen lässt oder sich ein Teil der Oberfläche des Substrates mittels Plasmaätzens entfernen lässt. Die Wahl des Verfahrens oder des Materials zum Erzeugen der Markierung richtet sich danach, inwiefern eine optisch erkennbare Markierung auf dem Substrat erzeugbar ist.
Typisch für ein Markermagnetron ist unter anderem eine runde Sputterfläche, die hier auch als Markierungsfläche bezeichnet wird. Eine runde Sputterfläche bietet sich für ein Ringplasma oder für mehrere Ringplasmen an. Um ein Ringplasma anzuregen sind im Markermagnetron gegenpolige Magnetenden konzentrisch so anzuordnen, dass die Magnetlinien einen geschlossen Tunnel ausbilden.
Ein Magnetron weist in verschiedenen Ausführungsbeispielen zusätzlich zu der genannten Magnetanordnung ein Mittel zur Kühlung auf. Beides – Magnetanordnung und Mittel zur Kühlung – sind zumeist auf der sog. Targetrückseite vorgesehen. Das Target, das beispielsweise platten- oder rohrförmig ausgeführt ist, enthält das Material, das mittels Sputterns auf das Substrat übertragen werden soll. Bei der Sputterfläche handelt es sich um die dem Substrat zugewandte Fläche des Targets. Mit Targetrückseite ist die der Sputterfläche gegenüberliegende Fläche des Targets gemeint, was insbesondere bei einem rohrförmigen Target die Rohrinnenfläche wäre.
Die Mittel zur Kühlung leiten die beim Sputtern am Target entstehende Wärme mit einem Kühlmittel ab. Die Magnetanordnung, die zumeist von dem Kühlmittel umspült wird, behält so eine möglichst gleichbleibende Temperatur. Als Kühlmittel kommt beispielsweise Wasser zum Einsatz.
Ferner bedarf es zum Sputtern, dass sich auf der Sputterfläche ein Plasma ausbildet. Dafür sollten eine Reihe technischer Voraussetzungen erfüllt sein. Eine erste Voraussetzung ist beispielsweise ein subatmosphärischer Druck. Der Druck könnte aus einem der Bereiche wie Hoch- oder Feinvakuum gewählt sein. Es sind aber auch noch niedrigere oder noch höhere Drücke denkbar und in speziellen Fällen zweckmäßig. Eine nächste Voraussetzung ist die Zufuhr eines sog. Prozessgases in der Nähe der Sputterfläche. Die Prozessgaszufuhr kann mittels einer Prozessgasversorgung erfolgen. Dadurch gelangt beispielsweise Argon oder in anderes Edelgas in die Nähe der Sputterfläche. Die Mengenzufuhr des Prozessgases wird üblicherweise geregelt. Eine weitere Voraussetzung ist, dass an dem Target ein elektrisches Potenzial anliegen sollte. Üblich ist der Begriff der Targetspannung. Das zweite Potenzial für die Targetspannung liegt zumeist an der Wand der Vakuumkammer (Kammerwand) an. Die Kammerwand liegt üblicherweise auf Erdpotenzial. Zudem kann das zweite Potenzial auch an mindestens einer Elektrode, die mit oder ohne elektrischen Kontakt zur Kammerwand in der Kammer angeordnet ist, anliegen. Eine Targetspannung kann Spannungsverläufe unterschiedlichster Art aufweisen. Neben Gleichspannung und Wechselspannung in den verschiedenen Frequenzbereichen kommen auch gepulste Spannungen in Frage. Das Versorgen des Targets mit der Targetspannung ist Sache der elektrischen Versorgungseinrichtung. Zu dieser gehört unter anderem ein Spannungsgenerator und jede Anschlussleitung (elektrische Verbindung), die mit dem Target, einer Elektrode oder mit der Kammerwand verbunden ist. Das Target könnte auch als Kathode und die Elektrode könnte auch als Anode bezeichnet sein, wobei das jeweils anliegende Potenzial nicht zwingend negativ beziehungsweise positiv sein muss.
Das Markermagnetron könnte beispielsweise in einer Anlage zur Vakuumbehandlung zum Einsatz kommen. Beispielspielhaft soll eine Anlage betrachtet werden, mit der sich eine Kunststofffolie beschichten lässt. Darüber hinaus kann ein Markermagnetron in einer Anlage zu finden sein, die für ein anderes Substrat wie Metallband, Glas, SI-Wafer usw. ausgelegt ist. Die Anlage zur Beschichtung von Kunststofffolie weist beidseitig der Behandlungseinrichtungen so genannte Wickelkammern mit dem unbehandelten bzw. behandelten Substrat in Rollenform auf. In einer derartigen Anlage, könnte sich das Markermagnetron beispielsweise in einer Wickelkammer befindet; und zwar an einer Rolle innerhalb der Wickelkammer mit dem behandelten Substrat (Aufwickelkammer).
In der 1 ist nach dem vorstehenden Beispiel ein Markermagnetron in einer Wickelkammer 4 gezeigt. Das Markermagnetron wird hier auch als Magnetron 8 bezeichnet. Mit Wickelkammer 4 ist die zweite Kammer 4 gemeint. Die zweite Kammer 4 könnte eine sog. Aufwickelkammer 4 sein. In einer Aufwickelkammer 4 wird das zuvor behandelte Substrat 1 wieder auf eine Rolle 5 aufgewickelt. Für das Behandeln des Substrates 1 ist die erste Kammer 3 vorgesehen Die erste Kammer 3 (Prozesskammer) und die zweite Kammer 4 (Aufwickelkammer) sind mittels einer Kammerwand 2 voneinander getrennt. In der Kammerwand 2 befindet sich ein Durchlass, durch den das Substrat 1 die Kammerwand 2 passieren kann. Ein solcher Durchlass ist zumeist mittels eines sog. Bandventiles so dicht verschließbar, dass in der Aufwickelkammer 4 Normaldruck und in der Prozesskammer Vakuum vorherrschen können. Das ist dann der Fall wenn die Aufwickelkammer 4 geöffnet und die Rolle mit dem aufgewickelten Substrat 1 ausgewechselt wird. Auf das über die Rolle 5 geführte Substrat 1 ist die Magnetronanordnung 7 so ausgerichtet, dass sich die Markierungsfläche 9 des Magnetrons 8 gegenüber der Oberfläche des Substrats 1 befindet. Zum Betrieb des Magnetrons 8 sind eine elektrische Versorgungseinrichtung 12 und eine Prozessgasversorgung 13 angelegt, in anderen Worten angeschlossen. Mittels einer Gasflussüberwachungs-Einrichtung, beispielsweise einem sog. MFC 14 (Mass-Flow-Controller – Massenfluss-Controller) wird die Zufuhr des Prozessgases dosiert. Die Magnetronanordnung 7 weist ein Gehäuse 10 auf, das den auf dem Substrat 1 zu markierenden Bereich mechanisch begrenzt. Eine Vakuumpumpe Typ-A 17 ist an der zweiten Kammer 4 vorgesehen und als Turbomolekularpumpe ausgeführt. Nicht dargestellt ist eine gleichartige Vakuumpumpe Typ-A 17 an der ersten Kammer 3. An einer Prozesskammer wie hier die erste Kammer 3 sind zumeist mehrere Turbomolekularpumpen, also beispielsweise Vakuumpumpen Typ-A, vorgesehen.
Um ein Markermagnetron in der Wickelkammer 4 zu betreiben, ist Vakuum auch in der Wickelkammer 4 vorgesehen. Es ist zumindest annähernd ein Druck im Hochvakuum zu erreichen. Dafür waren herkömmlich Turbomolekularpumpen auch an den Wickelkammern erforderlich.
In behandlungswirksamen Bereichen einer Anlage (Prozessebereichen) und somit in den Kammern (Prozesskammern), in denen die Behandlungsbereiche angelegt sind, werden für die Behandlung Druckverhältnisse, zumindest Fein- oder eher Hochvakuum, mittels Turbomolekularpumpen hergestellt. Die Turbomolekularpumpen sind üblicherweise in der Nähe der Magnetrons, die zur Substatbehandlung vorgehen sind, angeordnet und werden hier als Behandlungsmagnetrons bezeichnet. Im Unterscheid zum Markermagnetron lässt sich mit einem Behandlungsmagnetron das Substrat in seiner gesamten Breite behandeln wie zum Beispiel beschichten. Hierzu kommen beispielsweise die erwähnten Rohr- und Planarmagnetrons zum Einsatz, die mindestens so lang sind wie das Substrat breit. In einer Prozesskammer kommen in verschiedenen Ausführungsbeispielen mehrere Behandlungsmagnetrons zum Einsatz; in etwa zwischen 4 und 12, wobei das primär von der Größe der Prozesskammer abhängt. Jedem Behandlungsmagnetron wird wie auch dem Markermagnetron Prozessgas zugeführt, nur dass die Menge beim Behandlungsmagnetron ein Vielfaches beträgt. Folglich sind aufgrund Größe und Anzahl der Behandlungsmagnetrons eine Vielzahl von Turbomolekularpumpen an einer Prozesskammer erforderlich.
In der 2 sind die erste Kammer 3 (Prozesskammer) und die zweite Kammer 4 (Aufwickelkammer) gezeigt; beide mittels der Kammerwand 2 voneinander getrennt. Auf das Substrat 1, das durch einen Durchlass in der Kammerwand 2 und über die Rolle 5 geführt ist, ist die Magnetronanordnung 7 so ausgerichtet, dass sich die Markierungsfläche 9 des Magnetron 8 (Markermagneton) gegenüber der Oberfläche des Substrats 1 befindet. Zum Betrieb des Magnetrons 8 sind die elektrische Versorgungseinrichtung 12 und die Prozessgasversorgung 13 angelegt. Mittels der Gasflussüberwachungs-Einrichtung, beispielsweise einem sog. MFC 14 (Mass-Flow-Controller), lässt sich die Zufuhr des Prozessgases dosieren. Die Magnetronanordnung 7 weist ein Gehäuse 10 auf, das den auf dem Substrat 1 zu markierenden Bereich mechanisch begrenzt, aber darüber hinaus das Magnetron 8 umhüllt sowie eine gasdichte Verbindung 11 aufweist. Über die gasdichte Verbindung 11 ist somit das Gehäuse 10 mit der ersten Kammer 3 verbunden. Um die gasdichte Verbindung 11 zu trennen, ist das Ventil 15 mit einem Ventilstellglied 16 vorgesehen. Folglich kann als Vakuumpumpe an der zweiten Kammer 4 eine Vakuumpumpe Typ-B 18 vorgesehen sein, die für einen höheren Druckbereich ausgelegt und somit preiswerter ist. Es könnte sich beispielsweise um eine sog. Rootspumpe, eine Drehschieberpumpe oder auch um eine Schraubenpumpe handeln. Nicht dargestellt, ist eine Vakuumpumpe Typ-A 17 an der ersten Kammer 3, die beispielsweise als Turbomolekularpumpe ausgeführt sein könnte.
Zu der Rolle 5 ist deren Rollenachse 6 dargestellt. In der zweiten Kammer 4 können sich mehrere Rollen befinden, aus denen beispielsweise die Rolle 5 mit dem größten Durchmesser, möglichst gestraffter Führung des Substrates 1 und ortsfester Lage für eine solche Magnetronanordnung 7 ausgewählt wird. Dabei kann es sich um eine Rolle 5 handeln, die zum Führen des Substrates 1 dient. An einer solchen Rolle 5 lässt sich die Magnetronanordnung 7 vorteilhafterweise ortsfest anordnen. Es könnte sich aber auch um eine Rolle 5 handeln, die ausschließlich für die Magnetronanordnung 7 angelegt wurde und ansonsten keine weitere Funktion wie z.B. eine Spannfunktion aufweist. Das Ventil 15 bietet sich insofern an, dass falls die zweite Kammer 4 zum Substratwechsel belüftet werden muss, auch die Leitung 11 getrennt werden kann. In dem besagten Fall des Substratwechsels könnte in der ersten Kammer 3 Vakuum bestehen bleiben.
Die 3 ähnelt in den meisten Teilen der 2, wobei im Unterschied die gasdichte Leitung 11 direkt, d.h. ohne über den atmosphärischen Druck geführt zu sein, mit der ersten Kammer 3 verbunden ist. Vorteilhafterweise muss die gasdichte Leitung 11 den Druckunterscheid zwischen Vakuum und atmosphärischen Druck nun nicht mehr standhalten.
In der 4 ist gegenüber der 3 die gasdichte Leitung 11 so modifiziert, das sie das Gehäuse 10 in etwa in dem Gehäusequerschnitt mit der Kammer 3 verbindet. Somit lassen sich zwischen der ersten Kammer 3 und dem Gehäuse 10 aufretende Druckunterscheide besser ausgleichen.
Die 6 zeigt die Magnetronanordnung 7 in der Anordnung innerhalb der zweiten Kammer 4. Das Substrat 1 ist über insgesamt drei Rollen geführt, wobei an der Rolle 5 mit dem größten Durchmesser die Magnetronanordnung 7 so angeordnet ist, dass die Markierungsfläche 9 des Magnetron 8 an die Mantelfläche der Rolle 5 mit dem Substrat angrenzt. Dass die Markierungsfläche 9 zumeist eben ausgeführt ist und die Rolle 5 eine gekrümmte Mantelfläche aufweist, ist insofern unkritisch, da mittels des auf der Markierungsfläche 9 erzeugten Plasmas der Transport des Materials zwischen Magnetron 8 und Substrat 1 und somit das Aufbringen dieses Materials auf dem Substrat 1 erfolgt. Das Gehäuse 10 umgibt oder umhüllt das Magnetron 8, ist zudem mit der gasdichten Verbindung 11 verbunden und zur Rolle 5 hin geöffnet. Dass in das Gehäuse ein Prozessgas wie bespielsweise Argon eingelassen wird, dass das Magnetron gekühlt wird und dass insbesondere das Magnetron, d.h. die Kathode einschließlich Targetmaterial elektrisch versorgt wird, wurde bereits erwähnt und wird hier aus Gründen der Übersichtlichkeit der Beschreibung nicht weiter vertieft.
Das Markermagnetron ließe sich zunächst hinsichtlich der Markierungsfläche verschiedenartig gestalten. Neben der hier vorrangig angesprochenen runden Form kann auch die rechteckige oder mehreckige Variante gewählt werden. Ähnlich verhält es sich mit der Form des Plasmas die auch als „Rennbahn“ (engl. Racetrack) bezeichnet wird. Die Form des Plasmas bestimmt die Anordnung der Magnete in der Magnetanordnung. Neben dem erwähnten Ringplasma sind auch gewundene oder gerade Plasmaformen denkbar. Beispielswiese könnte ein Racetrack der Form des Randes des Buchstaben „C“ ähneln. Bei der Wahl der Plasmaform spielt beispielsweise die Ausnutzung des Targetmaterials, d.h. des Materials, das auf das Substrat gelangt, eine erhebliche Rolle.
Bei der Wahl des Materials (Targetmaterial) kommen Aspekte zum Tragen wie der Preis des Materials oder des Targets, die Erkennbarkeit und Haftung des Materials auf dem Substrat, die Zündbarkeit des Plasmas sowie der möglichst unschädliche Einfluss des Markierens auf das Substrat. Zudem sollte kein Material zum Einsatz kommen, das auf den angrenzenden Prozessbereich oder auf die Einbauten in der Kammer einen nachteiligen Einfluss hat. Das Sputtern von Metallen und insbesondere von elektrisch leitfähigen Metallen gehört zu den technisch zu beherrschenden Verfahren. Metallische Oxide oder Nichtmetalle eignen sich weniger. Nach den angesprochenen Aspekten kämen als Material beispielsweise Blei, Zinn, Aluminium, Chrom oder Kupfer in Frage.
Die Ausführung der Magnetronanordnung lässt auch Gestaltungsmöglichkeiten zu, das Erscheinungsbild der einzelnen Markierung an sich zu verändern. Da das Substrat beim Markieren eher zwangsläufig bewegt wird, kann am Substratrand die Markierung zunächst in der Form eines Streifens angelegt sein. Dieser Streifen könnte möglicherweise Unterbrechungen und/oder eine veränderte Breite aufweisen. Auch mehrere nebeneinanderliegende Streifen kommen als Ergebnis des Markierens in Frage. Denkbar wäre auch, dass die Farbe der Markierung variiert. Ferner könnten die aufgezeigten Erscheinungsbilder in Kombinationen auftreten.
Zum Schaffen des jeweiligen Erscheinungsbildes der Markierung sind die nachfolgend aufgezeigten technischen Mittel einsetzbar.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist es vorgesehen, eine Maskierung zu schaffen. Dazu wird beispielsweise zwischen Markierungsfläche und Substrat mindestens eine Blende eingebracht. Die Blende weist Durchbrüche mit unterschiedlicher Größe, Form und/oder Position auf. Beispiel: Die Blende ist rund ausgeführt, überdeckt die Markierungsfläche, ist im Mittelpunkt drehbar und weist drei Bohrungen mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Die Bohrungen haben ungefähr gleiche Abstände zueinander. Mit einer derartigen Blende ließen sich mit Verdrehen der Blende um einen Winkel unterschiedliche Streifen auf dem Substrat abbilden. Durch die Verwendung einer derart einfachen Blende lassen sich bereits für mindestens vier Winkelposition (0°, 90°, 180°, 270°) markant unterschiedliche Erscheinungsbilder erzeugen.
Neben dem Einsatz von Blenden besteht die Möglichkeit, das Magnetron in seinem Sputterverhalten zu beeinflussen. Die sog. Sputterrate, d.h. die Menge des aus dem Traget herausgelösten Materials, ist mit vergleichsweise geringem Aufwand durch die Manipulation der Targetspannung veränderbar. Auf dem Substrat wirkt sich das mit einer veränderten Materialdicke aus. Die Targetspannung des Magnetrons lässt sich auch zu- und abschalten, wodurch das Plasma entsteht oder erlischt. Ein derartiger Zustandswechsel wäre markant. Sofern es sich bei der Targetspannung um eine Wechselspannung oder um eine gepulste Spannung handelt, könnte neben der Amplitude auch die Frequenz zum Ändern des Erscheinungsbildes der Markierung herangezogen werden.
Um ein farbverändertes Erscheinungsbild auf dem Substrat herbeizuführen, könnte das dadurch erreicht werden, das zusammen mit dem Prozessgas variiert dosiert ein Reaktivgas zugeführt wird. Ein Reaktivgas meint, dass dieses mit dem Material chemisch reagiert, wobei das reagierte Material aufgrund seiner geänderten chemischen Eigenschaften eine andere Farbe aufweist. Um ein Nitrid, ein Oxid oder ein Qxinitrid zu erhalten, ließen sich als Reaktivgas Stickstoff, Sauerstoff und Gemische daraus verwenden. Beispielsweise könnte durch die variierte Zugabe von Reaktivgas das auf das Substrat aufgebrachte Material je nach Reaktivgasdosis ein Metall oder ein Metalloxid sein. Beispiele für in Frage kommende Metalloxide sind Kupferoxid und Aluminiumoxid.
Anhand der 6 lässt sich zeigen, wie eine Anlage zur Behandlung von Folie unterteilt ist. Die Anlage besteht zunächst aus vier Kammern: zwei Prozesskammern 4 und zwei Wickelkammern 3. Das Substrat 1 ist in Form einer Folie zehntel oder hundertstel Millimeter dünn, flexibel sowie als sog. Endlossubstrat angelegt. Der überwiegende Teil des Substrats 1 befindet sich in den Wickelkammern 4; (links in der Fig.) in der sog. Abwickelkammer 4 das unbehandelte Substrat 1; (rechts in der Fig.) in der sog. Aufwickelkammer 4 das behandelte Substrat 1. Die erste Prozesskammer und die zweite Prozesskammer 3 stehen so nebeneinander, dass das im Betriebsfall (von rechts nach links in der Fig.) bewegte Substrat die erste Prozesskammer und die zweite Prozesskammer 3 nacheinander passiert. Neben der ersten Prozesskammer und der zweiten Prozesskammer 3 kann es auch noch mindestens eine zusätzliche Prozesskammer geben. Eine einfach ausgestaltete Anlage weist lediglich eine einzige Prozesskammer 3 auf. Unabhängig von der Anzahl der Prozesskammern 3 ist mindestens eine Vorrichtung für das Auf- und/oder Abwickeln des Substrates 1 nützlich. Die gezeigte Ausführung sieht zur Unterbringung dieser Vorrichtung eine eigene Kammer, d.h. jeweils eine Wickelkammern 4 vor. Eine Kammer wie eine Prozesskammer 3 oder eine Wickelkammern 4 ist mehrseitig durch die Kammerwand 2 begrenzt. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der ersten Kammer 3 um die rechte Prozesskammer 3 und bei der zweiten Kammer 4 um die rechte Wickelkammer 4 (Aufwickelkammer). Zum Bereitstellen des ersten Druckers ist exemplarisch die Vakuumpumpe Typ-A 17 an der ersten Kammer 3 vorgesehen. Praktischerweise sind mehrere Vakuumpumpen Typ-A 17, die üblicherweise Turbomolekularpumpen 17 sind, an einer Prozesskammer 3 angeflanscht. An der Wickelkammer 4 ist eine hier nicht dargestellt Vakuumpumpe Typ-A 18 vorgesehen, wobei es sich beispielsweise um eine Rootspumpe handeln könnte.
Die Magnetronanordnung 7 zum Markieren des Substrates 1 befindet sich in verschiedenen Ausführungsbeispielen in der zweiten Kammer 4 und damit in der Aufwickelkammer. D.h. das Substrat ist nach dem Behandeln in zumindest einer Prozesskammer 3 in der Wickelkammer 4 markierbar, noch bevor das Substrat 1 wieder aufgewickelt wird. Die Magnetronanordnung 7 mit dem Magnetron 8 ist an einer Rolle 5 vorgesehen. Über die Rolle 5 wird das Substrat 1 geführt. Das Magnetron 8 ist von einem Gehäuse 10 umgeben und das Gehäuse 10 selbst ist mittels der gasdichten Verbindung 11 mit der ersten Kammer 3 verbunden. Die gasdichte Verbindung 11 und das Gehäuse 10 lassen es zu, dass sich rund um das Magnetron 8 in etwa ein solcher Druck wie in der ersten Kammer 3 einstellt. Lediglich an dem Spalt zwischen dem Gehäuse 10 und der Rolle 5 existiert eine Stelle, an der ein Gasaustausch zwischen der ersten Kammer 3 und der zweiten Kammer 4 möglich ist. Die gasdurchlässige Wirkung des Spaltes unter Vakuumbedingungen lässt sich, wie bereits geschildert, reduzieren.
Jede der Wickelkammern 4 soll aber in verschiedenen Ausführungsbeispielen auch für sich belüftbar und evakuierbar sein. Dann sind die Wickelkammern 4 und die Prozesskammer 3 zueinander gasdicht. Dazu ist es vorgesehen, den Durchlass für das Substrat 1 und auch die gasdichte Verbindung 11 (wie in 2; Ventil 15) so zu verschließen, dass über diese kein Gasaustausch erfolgen kann. Denkbar ist auch, das Öffnen und Schließen der gasdichten Verbindung 11 mit dem Öffnen und Schließen des Durchlasses für das Substrat 1 zu koppeln.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Kammerwand
3: erste Kammer (Prozesskammer)
4: zweite Kammer (Wickelkammer)
5: Rolle
6: Rollenachse
7: Magnetronanordnung
8: Magnetron
9: Markierungsfläche
10: Gehäuse
11: gasdichte Verbindung
12: elektrische Versorgungseinrichtung
13: Prozessgasversorgung
14: MFC
15: Ventil
16: Ventilstellglied
17: Vakuumpumpe Typ-A (Turbomolekularpumpe)
18: Vakuumpumpe Typ-B (Rootspumpe)

Claims

Anordnung zum Aufbringen eines Materials auf ein Substrat, die Anordnung aufweisend: • eine erste Kammer (3) zum Bereitstellen eines ersten Druckes; • eine zweite Kammer (4) zum Bereitstellen eines zweiten Druckes, der größer ist als der erste Druck; • eine in der zweiten Kammer (4) angeordnete Magnetronanordnung (7), wobei die Magnetronanordnung (7) ein Gehäuse (10) sowie darin eine Sputteröffnung aufweist, die auf das Substrat (1) zielend ausgerichtet und angeordnet ist, wobei die Sputteröffnung so eingerichtet ist, dass das Aufbringen von Material auf einen anteiligen Bereich des Substrates (1) begrenzt ist; • eine gasdichte Verbindung (11) von der ersten Kammer (3) zu dem Gehäuse (10) zum Bereitstellen des ersten Druckes in der Magnetronanordnung (7).
Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei der anteilige Bereich in einem Substratrandbereich des Substrats (1) liegend vorgesehen ist.
Anordnung gemäß Anspruch 2, wobei der Substratrandbereich bis zu 20cm breit vom Substratrand bemessen ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen der Sputteröffnung und dem Substrat (1) ein Spalt vorgesehen ist.
Anordnung gemäß Anspruch 4, wobei ein Bereich des Gehäuses (10) an dem Spalt als Kragen ausgeführt ist.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: mindestens eine Vakuumpumpe Typ-A (17), die vorgesehen ist, den ersten Druck im Feinvakuumbereich oder bevorzugt im Hochvakuumbereich bereitzustellen.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: mindestens eine Vakuumpumpe Typ-B (18), die vorgesehen ist, den zweiten Druck im Grobvakuumbereich oder im Feinvakuumbereich bereitzustellen.
Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Magnetronanordnung (7) aufweist: • ein Gehäuse (10); • ein Magnetron (8), das in dem Gehäuse (10) angeordnet ist und das von dem Gehäuse (10) zumindest teilweise umschlossen ist; • wobei das Gehäuse (10) einen gasdichten Anschluss aufweist zum Bereitstellen eines vorgegebenen Druckes für das Magnetron (8).
Magnetronanordnung (7) der Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
Magnetronanordnung (7), aufweisend: • ein Gehäuse (10); • ein Magnetron (8), das in dem Gehäuse (10) angeordnet ist und das von dem Gehäuse (10) zumindest teilweise umschlossen ist; • wobei das Gehäuse (10) einen gasdichten Anschluss aufweist zum Bereitstellen eines vorgegebenen Druckes für das Magnetron (8).
Magnetronanordnung gemäß Anspruch 10, wobei das Gehäuse (10) eine Sputteröffnung aufweist, wobei das Magnetron (8) eine Materialabgabefläche (9) aufweist und die Materialabgabefläche innerhalb der Sputteröffnung angeordnet ist.
Magnetronanordnung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei die Materialabgabefläche (9) mit einem Flächeninhalt zwischen 2000qcm und 7qcm ausgeführt ist, bevorzugt zwischen 320qcm und 20qcm, weiter bevorzugt weniger als 180qm und weiter bevorzugt weniger als 80qm.
Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Magnetron (8) zur Ausbildung zumindest eines Ringplasmas eingerichtet ist.
Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, ferner aufweisend: eine Prozessgasversorgung (13) und eine elektrische Versorgungseinrichtung (12), wobei die Prozessgasversorgung (13) mindestens einen Auslass innerhalb des Gehäuses (10) aufweist und die elektrische Versorgungseinrichtung (12) mit dem Magnetron (8) verbunden ist.
Magnetronanordnung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das Magnetron (8) Mittel zur Kühlung aufweist.