DE102020006604A1 - Device for producing coatings by magnetron sputtering - Google Patents

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Abstract

Die Vorrichtung dient der Herstellung von Beschichtungen im Vakuum durch die Technik des Magnetron-Sputterns auf ein Substrat, dass linear oder auf einem Kreisbogen an einem auf einer Kathode befindlichen Target vorbeibewegt wird. Aus dem Target werden durch lonenbeschuss, von in einem Plasma erzeugten Ionen, Atome herausgeschlagen, die sich dann auf dem Substrat niederschlagen.Mit Hilfe der neuen Vorrichtung wird die vollständige Beschichtung des Substrats (1) in Richtung (Y) erreicht, indem die Kathode (2), mittels einer in die Vakuumkammer (4) eingeführten Linearachse (5), in Richtung (Y) bewegt wird und das Substrat entsprechend weit überstreicht. Durch wechselweises Bewegen der Kathode in Richtung (Y) und des Substrats in Richtung (X) nach einem vorbestimmten Bewegungsmuster, wird eine ganzflächige Beschichtung der Substratoberfläche, die der Kathode (2) bzw. dem Target (3) zugewandt ist, bewirkt.The device is used to produce coatings in a vacuum using the technique of magnetron sputtering on a substrate that is moved linearly or in an arc past a target located on a cathode. Atoms are ejected from the target by ion bombardment, from ions generated in a plasma, which are then deposited on the substrate. With the help of the new device, the complete coating of the substrate (1) in direction (Y) is achieved by the cathode ( 2) is moved in direction (Y) by means of a linear axis (5) introduced into the vacuum chamber (4) and sweeps over the substrate accordingly. By alternately moving the cathode in direction (Y) and the substrate in direction (X) according to a predetermined movement pattern, a full-surface coating of the substrate surface facing the cathode (2) or the target (3) is effected.

Description

Zur Beschichtung von Substraten im Vakuum werden u.a. Magnetron-Sputterkathoden - im Folgenden mit Kathode bezeichnet - eingesetzt. Die Kathode ist Träger des Targets aus dem zu beschichtenden Material, dessen Oberseite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrates zugewandt ist. Beim Einsatz von flachen rechteckigen, oder kreisförmigen Targets, spricht man von Planarkathoden. Im Bereich des Targets wird durch in der Kathode befindliche Magneten ein Magnetfeld erzeugt. Am Target wird ein negatives Spannungspotential in angepasster Stärke und Zeitabhängigkeit (z.B. konstant oder gepulst) erzeugt, so dass durch die Ionisierung eines Prozessgases-z.B. Argon - ein Plasma entsteht. Die positiven Ionen aus dem Plasma werden zum negativen Target hin beschleunigt und schlagen dort Atome heraus, die sich dann auf dem Substrat niederschlagen. Substrat kann ein einzelnes Werkstück, eine Gruppe von gemeinsam zu beschichtenden Werkstücken, oder das zu beschichtende Segment einer Folie, die von einer Rolle abgerollt wird, sein. Als Beschichtungsebene wird im Rahmen dieser Beschreibung bei ebenen Substraten die dem Beschichtungsbereich einer Kathode zugewandte ebene Substratoberfläche bezeichnet, bei unebenen Substraten die dem Beschichtungsbereich einer Kathode zugewandte projizierte Substratoberfläche. Kathoden können der Beschichtungsebene auch angewinkelt gegenüberstehen.Magnetron sputter cathodes - hereinafter referred to as cathode - are used to coat substrates in a vacuum. The cathode is the carrier of the target made of the material to be coated, the upper side of which faces the surface of the substrate to be coated. When using flat, rectangular or circular targets, one speaks of planar cathodes. A magnetic field is generated in the area of the target by magnets located in the cathode. A negative voltage potential is generated at the target with an adjusted strength and time dependence (e.g. constant or pulsed), so that the ionization of a process gas-e.g. Argon - a plasma is formed. The positive ions from the plasma are accelerated towards the negative target, where they eject atoms that are then deposited on the substrate. The substrate can be a single workpiece, a group of workpieces to be coated together, or the segment of a film to be coated that is unrolled from a roll. In the context of this description, the coating plane is the flat substrate surface facing the coating area of a cathode in the case of flat substrates, and the projected substrate surface facing the coating area of a cathode in the case of uneven substrates. Cathodes can also be at an angle to the coating plane.

In Anlagen nach dem Stand der Technik gemäß 1, in denen die Kathoden (2) fest eingebaut sind und in der Ausdehnung entlang der Achse (Y) so lang gebaut sind, dass ihr Target (3) das Substrat (1) in der Vakuumkammer (4) überlappt, wird das Substrat in der Achse (X) senkrecht zur Achse (Y) bewegt, damit eine ganzflächige Beschichtung des Substrats erreicht werden kann. Richtung (X) kann auch durch einen Vektor (X) derselben Richtung repräsentiert werden, sofern sich das Substrat nicht linear, sondern auf einem Kreisbogen vor der Kathode bewegt. Die Beschichtungsebene ist entsprechend eine parallele Ebene zu der Ebene, die von der Bewegungsachse bzw. dem Bewegungsvektor (X) des Substrats und der Achse (Y) aufgespannt wird.In systems according to the state of the art 1 , in which the cathodes (2) are permanently installed and are built so long in extension along the axis (Y) that their target (3) overlaps the substrate (1) in the vacuum chamber (4), the substrate in the Axis (X) perpendicular to the axis (Y) moved so that a full-surface coating of the substrate can be achieved. Direction (X) can also be represented by a vector (X) of the same direction, provided that the substrate does not move linearly but rather on an arc of a circle in front of the cathode. Accordingly, the coating plane is a plane parallel to the plane spanned by the axis of motion or the motion vector (X) of the substrate and the axis (Y).

Um die Schichtdicke zu steigern, kann die relative Linearbewegung zwischen Kathode und Substrat in Richtung (X) auch wiederholt oder oszillierend erfolgen.In order to increase the layer thickness, the relative linear movement between the cathode and the substrate in direction (X) can also be repeated or oscillating.

Um mehrere Materialien nacheinander als Schicht abzuscheiden, oder die Schichtdicke zu steigern, können auch mehrere Kathoden in der Bewegungsrichtung (X) des Substrates angeordnet sein. Mehrere fest eingebaute Kathoden übereinander oder versetzt in der Achse (Y) können im Sinne dieser Beschreibung auch als Einheit verstanden werden, wenn von „Kathode“ die Rede ist.In order to deposit several materials one after the other as a layer or to increase the layer thickness, several cathodes can also be arranged in the direction of movement (X) of the substrate. Several permanently installed cathodes one above the other or offset in the axis (Y) can also be understood as a unit within the meaning of this description when the term "cathode" is mentioned.

Um mehrere Materialien in einer atomaren oder molekularen Mischung abzuscheiden, können Kathoden mit unterschiedlichen Targetmaterialien sehr dicht nebeneinander mit parallelen oder in einem bestimmten Winkel einander zugewandten Targetflächen platziert werden. Im letzten Fall ergibt sich der resultierende Beschichtungsbereich aus der Addition der jeweiligen Beschichtungsbereiche der beiden Einzelkathoden in der Beschichtungsebene. Hier spricht man vom Co-Sputtern. Jede der beiden Kathoden hat dann denselben Anstellwinkel mit jeweils unterschiedlichem Vorzeichen im Bezug zur Beschichtungsebene.To deposit multiple materials in an atomic or molecular mixture, cathodes with different target materials can be placed very close to each other with target faces parallel or facing each other at a certain angle. In the latter case, the resulting coating area results from the addition of the respective coating areas of the two individual cathodes in the coating plane. This is called co-sputtering. Each of the two cathodes then has the same angle of incidence with a different sign in relation to the coating plane.

Das Bewegen von Substraten auf linearen zur Beschichtungsebene parallelen Bahnen in Richtung (X), oder auf kreisbogenförmigen Bahnen tangential zur Beschichtungsebene mit dem Vektor (X), in Kombination mit starr eingebauten Kathoden, ist bekannt. So beispielsweise in der Anlagenfamilie VISTARIS® der Firma SINGULUS, wo das Substrat mit der Beschichtungsfläche in vertikaler Ausrichtung an mehreren fest eingebauten Kathoden mit gleichen oder unterschiedlichen Beschichtungsmaterialien vorbeigefahren wird. Auch hier kann das Substrat im oszillierenden Betrieb bewegt werden.It is known to move substrates on linear paths parallel to the coating plane in the direction (X), or on arc-shaped paths tangential to the coating plane with the vector (X), in combination with rigidly installed cathodes. This is the case, for example, in the VISTARIS ® system family from SINGULUS, where the substrate with the coating surface in a vertical orientation is moved past several permanently installed cathodes with the same or different coating materials. Here, too, the substrate can be moved in oscillating operation.

Dasselbe Prinzip, in horizontaler Bauweise, findet sich - ebenfalls bei der Firma SINGULUS - in der Anlagenfamilie GENERIS®.The same principle, in a horizontal design, can be found - also at SINGULUS - in the GENERIS ® system family.

Eine Anlage mit einem Substrat, das sich auf einer kreisbogenförmigen Bahn vor fest eingebauten Kathoden bewegt, bietet ebenfalls die Firma SINGULUS mit dem Anlagenkonzept ROTARIS® an.
URL: https://www.singulus.de/de/downloads/thin-film-deposition.html [Stand: 02.10.2020]With the ROTARIS ® system concept, the SINGULUS company also offers a system with a substrate that moves on a circular path in front of permanently installed cathodes.
URL: https://www.singulus.de/de/downloads/thin-film-deposition.html [Status: 02.10.2020]

Nicht vorzufinden ist in diesen Konzepten eine Relativbewegung der Kathode(n) zum Substrat, mittels einer in das Vakuum eingeführten Linearachse, in einer zum Substratbewegungsvektor senkrecht stehenden Achse.In these concepts, there is no relative movement of the cathode(s) to the substrate, by means of a linear axis introduced into the vacuum, in an axis perpendicular to the substrate movement vector.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegen folgende Probleme zu Grunde:

  1. (1) Insbesondere bei edlen Werkstoffen als Targetmaterial, wie z.B. bei Iridium oder Platin zur Herstellung von Elektroden für die Elektrolyse oder Brennstoffzellentechnik, ist es oft kostengünstiger mit kleinen Targets zu arbeiten, die auch kürzere Lieferzeiten haben. Oft sind die Targets in größeren Abmaßen, die man bei starrem Kathodeneinbau benötigen würde, um das Substrat in einer Achse zu überlappen, gar nicht lieferbar, oder sehr teuer. Verwendet man deshalb kleine Kathoden bzw. Targets, wie beispielhaft in 2 anhand einer runden Planarkathode (2) mit Target (3) dargestellt, die in jeder zweidimensionalen Ausdehnung kleiner sind, als der Beschichtungsbereich des Substrats (1), kann das Substrat durch eine Bewegung allein in Richtung (X) nicht vollständig beschichtet werden.
  2. (2) Bei Änderung der Substratgröße in der Achse (Y), müssen gemäß dem Stand der Technik in 1, Kathode (2) und Target (3) oft angepasst, oder sogar ersetzt werden, weil ihr Beschichtungsbereich nicht mehr das ganze Substrat erfassen kann. In diesem Fall müssen außerdem die Parameter für den Betrieb der Kathode und entsprechende Blenden zur Definition des Beschichtungsbereichs, angepasst werden.
  3. (3) Zum Co-Sputtern im Falle fest eingebauter Kathoden (2) nach dem Stand der Technik gemäß 1, müssen im Falle eines erforderlichen angewinkelten Betriebs der Kathoden Flansche bzw. Halterungen für die Kathoden, oder sogar die Vakuumkammer, angepasst werden.
The invention specified in claim 1 is based on the following problems:
  1. (1) It is often cheaper to work with small targets, which also have shorter delivery times, especially when using noble materials as target material, such as iridium or platinum for the production of electrodes for electrolysis or fuel cell technology. The targets are often not available in larger dimensions, which would be required for rigid cathode installation in order to overlap the substrate in one axis, or are very expensive. Do you use this semi-small cathodes or targets, as exemplified in 2 represented by a round planar cathode (2) with a target (3) which is smaller in every two-dimensional extension than the coating area of the substrate (1), the substrate cannot be completely coated by a movement in direction (X) alone.
  2. (2) When changing the substrate size in the (Y) axis, according to the state of the art in 1 , cathode (2) and target (3) are often adjusted or even replaced because their coating area can no longer cover the entire substrate. In this case, the parameters for the operation of the cathode and corresponding apertures to define the coating area must also be adjusted.
  3. (3) For co-sputtering in the case of fixed cathodes (2) according to the prior art 1 , flanges or supports for the cathodes, or even the vacuum chamber, must be adapted in the case of a required angled operation of the cathodes.

Probleme (1) und (2) werden durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale derart gelöst, dass die Kathode (2) mit Target (3) in Richtung (Y) kleiner sein kann, als die Beschichtungsfläche des Substrats in dieser Richtung, weil sie mittels einer in die Vakuumkammer (4) eingeführten Linearachse (5) derart beweglich ausgeführt wird, dass sie mit ihrem Beschichtungsbereich in der Achse (Y) das Substrat (1) vollständig überstreicht. Die Anpassung an Änderungen der Substratgröße in der Achse (Y) erfolgt durch die Anpassung des Hubes.Problems (1) and (2) are solved by the features listed in claim 1 such that the cathode (2) with target (3) in direction (Y) can be smaller than the coating surface of the substrate in this direction because it by means of a linear axis (5) introduced into the vacuum chamber (4) so that it can be moved in such a way that it completely sweeps over the substrate (1) with its coating area in the axis (Y). Adaptation to changes in substrate size in the (Y) axis is done by adjusting the stroke.

Problem (3) wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale derart gelöst, dass die Kathode (2) in ihrer Linearachse (5) ohne bauliche Anpassung in unterschiedlichen Winkeln zur beschichtenden Substratoberfläche manuell oder motorisch angestellt und fixiert werden kann.Problem (3) is solved by the features listed in claim 1 such that the cathode (2) can be adjusted and fixed manually or by motor in its linear axis (5) at different angles to the substrate surface to be coated without structural adjustment.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass man unabhängig von der Größe der zu beschichtenden Substratoberfläche kleine Kathoden und Targets verwenden kann, sodass die o.a. Probleme der Targetbeschaffung entfallen. Außerdem kann allein durch Anpassung des Kathodenhubes an die Substratgröße in Richtung (Y) der Beschichtungsbereich erweitert oder verkleinert werden, ohne dass die Kathode gewechselt werden, oder mit ihren anhängigen Bauteilen in der Größe an das Substrat angepasst werden muss. Die Kathode bleibt immer gleich, sodass auch die Sputterparameter nicht geändert werden müssen.The advantages achieved with the invention consist in particular in the fact that small cathodes and targets can be used regardless of the size of the substrate surface to be coated, so that the above-mentioned problems of target procurement do not apply. In addition, simply by adjusting the cathode stroke to the substrate size in direction (Y), the coating area can be expanded or reduced without having to change the cathode or have to adapt its size to the substrate with its associated components. The cathode always remains the same, so that the sputtering parameters do not have to be changed either.

Diese Vorteile machen sich insbesondere bemerkbar, wenn die Substratgröße vom kleinen Labormaßstab auf den größeren Produktionsmaßstab übertragen werden soll.These advantages are particularly noticeable when the substrate size is to be scaled up from the small laboratory scale to the larger production scale.

Für das Co-Sputtern bietet die Kombination von Kathode und Vakuumdurchführung mittels einer Linearachse den Vorteil, dass die Kathode durch manuelles oder angetriebenes Verdrehen der Linearachse, oder durch verdrehte Montage der Kathode auf der Linearachse, relativ zur Beschichtungsebene angewinkelt werden kann, ohne das bauliche Veränderungen vorgenommen werden müssen.For co-sputtering, the combination of cathode and vacuum feedthrough by means of a linear axis offers the advantage that the cathode can be angled relative to the coating plane by manual or powered turning of the linear axis, or by twisted mounting of the cathode on the linear axis, without structural changes have to be made.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

  • 1: den Stand der Technik mit fest eingebauter Kathode (2) und Target (3) in einer Vakuumkammer (4), wobei die Länge von Kathode und Target das Substrat (1) in Richtung (Y) überlappt. Das Substrat bewegt sich auf der Achse (X).
  • 2: die isometrische Ansicht (1a) und die Seitenansicht (1b) einer Vakuumkammer (4) mit einem flächenförmigen Substrat (1), dass sich auf der Achse (X) bewegt, und Anordnung einer runden Kathode (2) mit Target (3), radial montiert auf einer angetriebenen und in die Vakuumkammer eingeführten Linearachse (5) mit der Bewegungsrichtung (Y).
  • 3: unterschiedliche Mehrfachanordnungen der Kathode (2) in einer Vakuumkammer (4).
  • 4: ein flächenförmiges Substrat (1) mit einem Bewegungsvektor (X) auf einer kreisbogenförmigen Bewegungsbahn in einer Vakuumkammer (4) und Anordnung einer runden Kathode (2) mit Target (3), radial montiert auf einer angetriebenen und in die Vakuumkammer eingeführten Linearachse (5) mit der Bewegungsrichtung (Y).
Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. Show it:
  • 1 : the prior art with a permanently installed cathode (2) and target (3) in a vacuum chamber (4), the length of the cathode and target overlapping the substrate (1) in direction (Y). The substrate moves on the (X) axis.
  • 2 : the isometric view ( 1a) and the side view ( 1b) a vacuum chamber (4) with a flat substrate (1) that moves on the axis (X), and arrangement of a round cathode (2) with a target (3), mounted radially on a driven linear axis (5 ) with the direction of movement (Y).
  • 3 : different multiple arrangements of the cathode (2) in a vacuum chamber (4).
  • 4 : a flat substrate (1) with a movement vector (X) on a circular arc-shaped movement path in a vacuum chamber (4) and arrangement of a round cathode (2) with target (3), radially mounted on a driven linear axis (5 ) with the direction of movement (Y).

In der 2a ist die Bewegung eines flächenförmigen Substrates (1) mit seiner Bewegungsrichtung (X), und die dazu relativ bewegliche Kathode (2) dargestellt, die Träger des Targets (3) ist, und sich auf der Achse (Y) bewegen kann. Die Kathode (2) ist auf einer in die Vakuumkammer (4) eingeführten Linearachse (5) montiert, welche die Bewegung der Kathode in Richtung (Y) ermöglicht. Die Einführung der Bewegung in das Vakuum erfolgt nach dem Stand der Technik magnetisch, elastomergedichtet, oder durch einen Membranbalg. Insbesondere in der Seitenansicht in 2b ist zu erkennen, dass der Bewegungsbereich bzw. Hub der Kathode (2) dabei so groß ausgelegt ist, dass Kathode (2) und Target (3) das Substrat (1) in der Achse (Y) mit ihren geometrischen Konturen noch über die Substratkante hinaus überstreichen, um einen Randabfall bei der Beschichtung zu vermeiden. Die Achse (X) und die Achse (Y) spannen eine Ebene parallel zur Beschichtungsebene auf. In 2b ist auch zu erkennen, dass eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Substrates (1) in Richtung (Y) durch eine Anpassung des Kathodenhubs mittels der Linearachse (5) ausgeglichen werden kann, sofern die Größe der Vakuumkammer (4) und das Substrattransportsystem das zulassen.In the 2a shows the movement of a flat substrate (1) with its direction of movement (X) and the cathode (2), which is movable relative thereto and which is the carrier of the target (3) and can move on the axis (Y). The cathode (2) is mounted on a linear axis (5) introduced into the vacuum chamber (4), which allows the movement of the cathode in direction (Y). According to the state of the art, the movement is introduced into the vacuum magnetically, elastomerically sealed, or by a diaphragm bellows. Especially when viewed from the side 2 B it can be seen that the range of motion or stroke of the cathode (2) is designed so large that cathode (2) and target (3) the substrate (1) in the axis (Y) with their geometric contours over the edge of the substrate to avoid edge waste during coating. The axis (X) and the axis (Y) span a plane parallel to the coating plane. In 2 B it can also be seen that an enlargement or reduction of the substrate (1) in direction (Y) can be compensated for by adjusting the cathode stroke using the linear axis (5), provided the size of the vacuum chamber (4) and the substrate transport system allow this.

Für eine vollflächige Beschichtung wird bevorzugt das Substrat in oszillierender Bewegung auf der Achse (X) bewegt. Dabei steht die Kathode zu Beginn in einer der beiden Endpositionen ihres Linearachsenhubs, der so lang durch den Antrieb der Achse realisiert werden kann, wie es die Substratlänge in Richtung (Y) verlangt. Dann passiert das Substrat die Kathode einmal, oder mehrmals durch Oszillation, entlang der Achse (X), bis das erste streifenförmige Segment der Substratoberfläche ausreichend beschichtet wurde. Danach taktet die Kathode um eine Distanz ΔY auf der Achse (Y) weiter. Die wechselweise Bewegung des Substrats und der Kathode nach diesem Muster wiederholt sich so lange, bis das Substrat vollständig beschichtet ist. Die Bewegungsabläufe können auch umgekehrt erfolgen, so dass die Kathode auf der Achse (Y) oszilliert und das Substrat um eine Distanz ΔX getaktet wird. Die Bewegungen entlang der Achse (X) und (Y) werden so programmiert, dass eine Schicht gemäß den technischen Anforderungen, beispielsweise für Homogenität, Dicke und Isotropie, entsteht.For a full-area coating, the substrate is preferably moved in an oscillating motion on the axis (X). The cathode is initially in one of the two end positions of its linear axis stroke, which can be realized by driving the axis for as long as the substrate length in direction (Y) requires. Then the substrate passes the cathode one or more times by oscillation along the axis (X) until the first strip-shaped segment of the substrate surface has been sufficiently coated. Thereafter, the cathode clocks a distance ΔY on the (Y) axis. The alternating movement of the substrate and the cathode according to this pattern is repeated until the substrate is completely coated. The movements can also be reversed, so that the cathode oscillates on the (Y) axis and the substrate is clocked by a distance ΔX. The movements along the (X) and (Y) axes are programmed in such a way that a layer is produced according to the technical requirements, for example for homogeneity, thickness and isotropy.

In der 3 sind unterschiedliche Mehrfachanordnungsmöglichkeiten der Kathoden (2) und der Linearachsen (5) in der Vakuumkammer (4) dargestellt. Alle Kathoden, Targets und Linearachsen mit Vakuumdurchführung sind bevorzugt geometrisch baugleich und auch in 3 entsprechend dargestellt.In the 3 different multiple arrangement possibilities of the cathodes (2) and the linear axes (5) in the vacuum chamber (4) are shown. All cathodes, targets and linear axes with vacuum feedthrough are preferably geometrically identical and also in 3 shown accordingly.

Die Bewegung des Substrats (1) auf der Achse (X) und die Bewegungsachse (Y) der jeweiligen Kathode (2) - bzw. des betrachteten Kathodenpaares - mit dem Target (3), spannt die Beschichtungsebene auf.The movement of the substrate (1) on the axis (X) and the movement axis (Y) of the respective cathode (2) - or the cathode pair under consideration - with the target (3) spans the coating plane.

Einzelheit (A) stellt ein Kathodenpaar in einer typischen Anordnung zum Co-Sputtern dar. Beide Kathoden tragen in diesem Fall Targets aus unterschiedlichen Materialien. Die Kathoden bzw. Targets sind zur Beschichtungsebene mit einem Winkel von 0 bis 45° angestellt, um in dieser Ebene eine atomare bzw. molekulare Mischung der Beschichtungsmaterialien beider Kathoden zu erzeugen und als Kombination auf dem Substrat (1) abzuscheiden. Der Anstellwinkel der Kathoden wird durch die Drehung der Linearachsen um sich selbst erzeugt, oder indem die Kathoden auf der Linearachse entsprechend ausgerichtet und fixiert werden. Die Möglichkeit der Drehung der Linearachse in der Vakuumdurchführung ergibt sich aus der dem Stand der Technik entsprechenden Konstruktion der Vakuumdurchführung.Detail (A) represents a pair of cathodes in a typical arrangement for co-sputtering. Both cathodes carry targets of different materials in this case. The cathodes or targets are set at an angle of 0 to 45° to the coating plane in order to produce an atomic or molecular mixture of the coating materials of both cathodes in this plane and to deposit them as a combination on the substrate (1). The angle of incidence of the cathodes is generated by rotating the linear axes around themselves, or by aligning and fixing the cathodes on the linear axis accordingly. The possibility of rotating the linear axis in the vacuum feedthrough results from the state-of-the-art construction of the vacuum feedthrough.

Einzelheit (B) stellt ein Kathodenpaar in einer Anordnung mit parallelen Targetoberflächen dar, die entweder zum Co-Sputtern (Anstellwinkel zur Beschichtungsebene 0°) dienen kann, oder bei der Verwendung identischer Targetmaterialien zur Verdopplung der Abscheiderate.Detail (B) shows a pair of cathodes in an arrangement with parallel target surfaces, which can be used either for co-sputtering (angle of incidence to the coating plane 0°) or, when using identical target materials, to double the deposition rate.

Einzelheit (C) stellt die Anordnung zweier Kathoden dar, die mit ihren Bewegungsachsen (Y) kollinear einander gegenüberstehen. Die jeweiligen Achsen (Y) können auch versetzt zueinander angeordnet werden. Dabei ist immer eine Kathode (2) mit ihrer Linearachse (5) von unten in die Vakuumkammer (4) eingeführt montiert und eine Kathode entsprechend von oben. Die Anordnung dient der Verdopplung der Abscheiderate, oder der Vergrößerung des Beschichtungsbereiches in Richtung (Y) bei jeweils geringerem Hub der einzelnen Linearachsen.Detail (C) represents the arrangement of two cathodes which face each other with their axes of movement (Y) collinear. The respective axes (Y) can also be offset from one another. A cathode (2) is always inserted with its linear axis (5) inserted into the vacuum chamber (4) from below and a cathode correspondingly from above. The arrangement serves to double the deposition rate or to enlarge the coating area in direction (Y) with a smaller stroke of the individual linear axes.

Kathoden in Anordnungen gemäß Einzelheit (A), (B) und (C) bewegen sich jeweils gleichzeitig im Sinne der oben geschilderten Bewegungsmuster auf ihrer jeweiligen Linearachse.Cathodes in arrangements according to detail (A), (B) and (C) each move simultaneously in the sense of the movement pattern described above on their respective linear axis.

Bei der Anordnung in 4, wo das Substrat (1) auf einem Kreisbogen, punktuell mit dem Vektor (X), vor der Kathode (2) vorbei bewegt wird, kann das Substrat auch ohne oszillierende Bewegung, indem es auf dem Kreisbogen rotiert, mehrfach an der Kathode vorbeigeführt werden. Der Kreisbogen, als Repräsentant der Substratbewegung, ist derart gegenüber der Beschichtungsebene angeordnet, dass der Vektor (X) in der Beschichtungsebene und tangential auf dem Kreisbogen liegt. Bei entsprechender Gestaltung der Vakuumkammer und Verlagerung der Drehachse kann der Kreisbogen auch die entgegengesetzte Krümmung relativ zum Target aufweisen. Substrate können in der letzteren Art Kinematik auch rohrförmig gestaltet sein und von innen beschichtet werden.When arranging in 4 , where the substrate (1) is moved past the cathode (2) in front of the cathode (2) at points with the vector (X) on a circular arc, the substrate can also be moved past the cathode several times without an oscillating movement by rotating on the circular arc . The circular arc, as a representative of the substrate movement, is arranged in relation to the coating plane in such a way that the vector (X) lies in the coating plane and is tangential to the circular arc. If the vacuum chamber is designed appropriately and the axis of rotation is shifted, the circular arc can also have the opposite curvature relative to the target. In the latter type of kinematics, substrates can also be tubular and coated from the inside.

Claims (7)

Vorrichtung zur Herstellung von Beschichtungen durch Magnetron-Sputtern, um Oberflächen von Substraten im Vakuum vollständig zu beschichten, indem diese relativ zur Kathode bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kathode (2) und das Target (3) mittels einer Vakuumlineardurchführung (5) in einer Achse (Y) bewegen kann, die senkrecht auf einem Bewegungsvektor (X) des Substrats (1) steht, und dass der Hub der Linearbewegung von Kathode und Target auf der Achse (Y) so lang bemessen ist, dass sie mit ihrem Beschichtungsbereich die gesamte Substratgeometrie in Richtung (Y) so überstreichen und beschichten, dass die Anforderungen an die Beschichtung erfüllt werden.Device for producing coatings by magnetron sputtering in order to completely coat surfaces of substrates in a vacuum by moving them relative to the cathode, characterized in that the cathode (2) and the target (3) move by means of a vacuum linear feedthrough (5) can move in an axis (Y) that is perpendicular to a motion vector (X) of the substrate (1), and that the stroke of the linear motion The movement of cathode and target on the (Y) axis is dimensioned so long that their coating area covers and coats the entire substrate geometry in direction (Y) in such a way that the coating requirements are met. Bewegungsmuster nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Substrats (1) oszillierend bzw. wiederholt ausgeführt wird und die Bewegung von Kathode (2) und Target (3) getaktet oder ebenfalls oszillierend senkrecht zur Bewegungsrichtung des Substrats. Beide Bewegungen wechseln sich dabei derart ab, dass das Substrat in der Beschichtungsebene vollständig von Kathode und Target überstrichen wird und die Substratbeschichtung die Anforderungen an die Beschichtung erfüllt.movement pattern Claim 1 , characterized in that the movement of the substrate (1) is performed in an oscillating or repeated manner and the movement of the cathode (2) and target (3) is clocked or also oscillating perpendicularly to the direction of movement of the substrate. Both movements alternate in such a way that the substrate in the coating plane is completely covered by the cathode and target and the substrate coating meets the coating requirements. Magnetron-Kathode nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Planarkathode ist und sowohl als Rund-, als auch als Rechteckkathode ausgeführt sein kann.magnetron cathode Claim 1 , characterized in that it is a planar cathode and can be designed both as a round and as a rectangular cathode. Magnetron-Kathode nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf einer Linearachse (5) montiert ist, welche die Bewegung in Richtung (Y) linear von der Atmosphärenseite der Vakuumkammer (4) in das Vakuum überträgt.magnetron cathode Claim 1 , characterized in that it is mounted on a linear axis (5) which linearly transmits the movement in direction (Y) from the atmosphere side of the vacuum chamber (4) to the vacuum. Magnetron-Kathode nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie auch in der Achse (Y) ihrer Linearbewegung zur Beschichtungsfläche angewinkelt betrieben werden kann, indem die Kathode (2) auf der Linearachse (5) angewinkelt fixiert, oder die Linearachse (5) in der Vakuumdurchführung gedreht wird.magnetron cathode Claim 1 , characterized in that it can also be operated at an angle in the axis (Y) of its linear movement to the coating surface by fixing the cathode (2) at an angle on the linear axis (5) or rotating the linear axis (5) in the vacuum feedthrough. Magnetron-Kathode nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie auch mehrfach in der Bewegungsrichtung des Substrats (1) oder in der Kathodenbewegungsachse (Y) und dazu versetzt angeordnet sein kann.magnetron cathode Claim 1 , characterized in that it can also be arranged multiple times in the direction of movement of the substrate (1) or in the axis of movement of the cathode (Y) and offset thereto. Magnetron-Kathode nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) linear senkrecht zur Bewegungsrichtung (Y) der Kathode (2) mit dem Vektor (X) bewegt werden kann, oder auf einer kreisbogenförmigen Bahn, derart, dass der Vektor (X) nur eine zeitlich punktuelle Bewegungsrichtung des Substrats (1) repräsentiert.magnetron cathode Claim 1 , characterized in that the substrate (1) can be moved linearly perpendicular to the direction of movement (Y) of the cathode (2) with the vector (X), or on a circular arc-shaped path, such that the vector (X) is only a temporal punctiform Direction of movement of the substrate (1) represents.
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US20140174918A1 (en) 2012-12-20 2014-06-26 Intermolecular, Inc. Sputter Gun
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Überstreichen. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 15. August 2016, 03:15 Uhr. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php [abgerufen am 19.05.2021]

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