-
-
" Verfahren zum Beschichten von wärmeempfind-
-
lichen Folien als Substrate und Substrathalter für die Durchführung
des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von wärmeempfindlichen
Folien als Substrate mittels eines die Substrate aufheizenden Beschichtungsvorganges,
insbesondere von durchbrochenen Folien, wobei die Folien auf einem Substrathelter
befestint werden.
-
Eine ganze Reihe von Beschichtungsverfahren einschließlich Vakuumverfahren
haben eine beträchtliche Aufheizung der Substrate zur Folge, der durch eine entsprechende
Substratkühlung entgegengewirkt werden muß. Zu den wärmeaktiven Verfahren gehören
beispielsweise das Katodenzerstäubungsverfahren und das Ionen :'la+.fierungsverfahren
( Ion Plating); bei denen unmittelbar eine Substraterwärmung durch Ionenbombardement
stattfindet.
-
Aber auch beim Aufdampfen mittels thermischer Verdampfer oder Elektronenstrahlverdampfer
erfolgt eine Wärmebelastung des Substrats mindestens durch Wärmestrahlung.
-
Beim Elektronenstrahlverdampfen wird das Substrat häufig zusätzlich
noch durch sogenannte Streuelektronen thermisch belastet.
-
Eine unzulässig hohe Erwärmung hat in den meisten Fällen ein Verziehen
bzw. ein Welligwerden der Substrate zur Folge, die in der Regel während der Beschichtunc
auf einem gekühlten Substrathalter befestigt sind. Weicht jedoch die Substratgeometrie
erst einmal von der Geometrie der Oberfläche des Substrathalters ab, so verändern
bzw. verschlechtern sich die trmeUbergangsverhältnisse örtlich in einem Maße, der
die Verh-ltnisse noch weiter verschlechtert. Die Endprodukte sind dann nicht mehr
brauchbar. Besonders kritisch sind die Verhältnisse bei Folien, insbesondere Metallfolien
als Substrate, da in diesen kein
nennenswerter seitlicher Wärmentransport
möglich ist. Es ist insbesondere keine ausreichende Wärmeabfuhr an Stellen mönlich,
an denen das wellig gewordene Substrat noch an dem Substrathalter anliegt.
-
Nun genügt es er in zahlreichen Fällen nicht das Substrat irgendwie,
insbesondere möglichst stark zu kühlen. Vielmehr muß das Substrat auf einem vorgegebenen
Temperaturpedel cehalten werden, um die gewünschten Schichteigenschaften einschließlich
einer ausreichenden Haftfestigkeit auf dem Substrat zu erzielen. Typische beispiele
hierfür sind verschleißfeste Karbid-, Nitrid- oder auch Oxidschichten von Titan,
Tantal, Wolfram oder anderen Metallen. Die Schichtelgenschaften, insbesondere die
Schichthärte, hängen in hohem Maße von der Substrattemperatur während des oeschichtungsvorganges
ab, und es ist schon allein aus diese Grunde wichtig,. reproduzierbar Jeweils die
gleichen Beschichtungsbedigungen bei gleichen Temperaturverhältnissen zu haben.
Dies setzt einen innigen und reproduzierbaren Wärmekontakt von Substrat und Substrathalter
voraus.
-
Bereits bei undurchbrochenen Folien sind reproduzierbare Verhältnisse
im Hinblick auf einen konstanten Wärmeüberang aufgrund von näturlichen Folienunebenheiten
nicht immer e@@-zuhalten. Bei durchbrochenen Folien sind die Verhältnisse aus den
nachtehenden Gründen sogar noch ungünstiger: Beim Beschichten durchbrocher Substrate
kondensiert
ein Teil des Beschichtungsmaterials auf dem Substrathalter
und verändert bzw. profiliert somit dessen Oberfläche. Es entsteht eine Art Abdruck
des Substrats in Form eines Reliefs. Als Folge davon ändert sich bei nachfolgenden
Beschichtungsprozessen der Kontakt zwischen Substrathalter und Substrat. Eine mechanische
oder chemische Reini<'ung der Oberfläche des Substrathalters ist aber nicht immer
möglich, entweder, weil dies außerordentlich umstëndlich ist, oder weil die Wiederherstellung
einer einwandfreien Oberfläche technisch nicht möglich ist. Dies ist insbesondere
bei den weiter oben beschriebenen verschleißfesten Schichten der Fall. Da diese
relativ hart sind, lassen sie sich vom Substrathalter nur mit kaum vertretbaren
Aufwand entfernen. Die Oberfläche eines gereinigten Substrathalters ist aber nach
einer Bearbeitung nicht mehr so beschaffen, daß der Wärmeübergang jeweils der gleiche
ist.
-
Es ist zwar bekannt, den Wärmekontakt zwischen Substrathalter und
Substrat durch sogenannte Närmekontaktkleber zu verbessern, die zur Erhöhung der
Närmeleitfähigkeit metallische Einlagerungen enthalten können. Sowohl das Aufbringen
der Substrate als auch insbesondere deren Entfernen vom Substrathalter sind mit
außerordentlichen Ruhen und Schwierigkeiten verbunden, so daß diese Maßnahme auf
wenige Anwendungsfälle beschränkt bleibt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zug runde1 ein Verfahren der eingangs
beschriebenen Gattung sowie einen Substrathalter für die Durchführung dieses Verfahrens
anzugeben, bei denen reproduzierbare ärmeübergangsverhältnisse zwischen Substrathalter
und Foliensubstraten auch innerhalb eines längeren Produktionsabschnitts eingehalten
werden können.
-
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen
Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen dem Substrathalter und dem Substrat
eine Folie aus gut anschmiegsamem Werkstoff angeordnet und das Substrat gegen den
Substrathalter verspannt wird.
-
Als Werkstoff für die gut anschmiegsame Folie wird bevorzugt Kupfer
oder Aluminium verwendet. Diesen haftet in Verbindung mit einer geringen Foliendicke
von etwa 0,01 bis 0,iO mm eine ausreichende Duktilität an. Dies ist besonders dann
der Fall, wenn die Werkstoffe in ausreichender Reinheit vorliegen; Kupfer kann zusätzlich
durch eine Temperaturbehandlung "weichgeglüht" werden.
-
Es wurde überraschend gefunden, da, durch eine derartige Folienzwischenlae
die rmeübergangsverhältnisse in hohem Maße gleich bzw. reproduzierbar sind, und
zwar auch dann, wenn nach jedem Beschichtungsvorgang eines Produkts eine neue Zwischenfolie
verwendet wird. De Zwischenfolie kann leicht von einer Vorratsrolle abgezogen und
abgeschnitten
werden. Bei kontinuierlichen Verfahren ist es möglich,
die anschmiegsame Zwischenfolie zusammen mit dem Substrat umzuwickeln und hierbei
über einen Substratträger zu führen, der beispielsweise als Kühlwalze ausgeführt
sein kann.
-
Bei durchbrochenen Folien hat die anschmiegsame Zwischenfolie den
Vorteil, daß sie zusammen mit dem durch den Beschichtungsvorgang entstandenen reliefartigen
Oberzug im Sinne einer "Wegwerffolie" verworfen werden kann. Die anschmiegsame Zwischenfolie
belastet die Endprodukte kostenme'ßig nur wenig; eine Reinigung der festen Oberfläche
des Substrathalters ist nicht erforderlich, so daß die Wärme-Übergangszahl in hohem
tAaße konstant bleibt Wohl verstanden ist es nicht nur die Aufgabe der anschmiegsamen
Folie3 eine gleichbleibende, insbesondere starke Kühlung durch einen gekühlten Substrathalter
zu bewirken, sondern auch bzw. alternatv, eine definierte Beheizung auf einen vorgegebenen
Temperaturpegel zuzulassen. Die gut anschmiegsame Folie kann infolgedessen auch
aus einem temperaturbeständigen wärmeisolierenden Material bestehen.
-
Es kommt lediglich darauf an, den Wärmeübergang vom Substrat an den
Substrathalter in engen Grenzen konstant zu halten, so daß beispielsweise auch eine
gewollte Aufheizung der Substrate auf Temperaturen von 500 °C möglich ist, wenn
beispielsweise Hartschichten erzeugt werden sollen. Es ist auch nicht notwendig,
einen gekühlten Substrathalter zu verwenden. Für zahlreiche Anwendungsfälle ist
es
auch möglich, einen Substrathalter mit entsprechender tasse
bzw. Wärmeträcheit zu verwenden, dessen Temperaturpegel sich gleichfalls auf einen
bestimmten ert einstellt. In jedem Falle erzeugt die anschmiegsame Zwischenfolie
einen definierten Wärmeübergang, der weitaus weniger durch Substratunregelmäßigkeiten,
insbesondere aber nicht durch reliefartige Veränderungen der Oberfläche des Substrathalters
beeinflußt wird, wenn beispielsweise durchbrochene Substrate beschichtet werden.
-
Die Wirksamkeit der anschmiegsamen Folie hängt natürlich auch von
dem Anpreßdruck des Substrats gegen die anschmiegsame Folie und gegen den Substrathalter
ab. Ein geringer Anpreßdruck, dessen Wert durch Versuche leicht bestimmbar ist,
ist jedoch bereits ausreichend, insbesondere dann, wenn auch der Anpreßdruck bei
allen Substraten der gleiche ist. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht
werden, daß die das Substrat aufnehmende Oberfläche des Substrathalters gewölbt
ausgeführt ist und daß die Spannvorrichtung elastische Glieder, beispielsweise Federn,
enthält, durch die das Substrat in tangentialer Richtung zur Oberfläche verspannbar
und damit an die Oberfläche anpreR-bar ist. Bei einer kontinuierlich arbeitenden
Vorrichtung kann ein analoger Effekt dadurch erzielt werden, daß das im wesentlichen
endlose Substrat mit einem bestimmten Umschlingungswinkel und einer definierten
Vorspannung über einen beispielsweise als Kühlwalze ausgeführten Substrat-
halter
unter Zwischenlage der erfindungsgemäßen anschmiegsamen Folie geführt wird.
-
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend
anhand einer Figur näher erläutert, die einen Vertikal schnitt durch eine stationäre
Beschichtungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Substrathalter zeigt.
-
In der Figur ist eine Basisplatte 1 dargestellt, auf die unter Zwischenschaltung
einer Dichtung 2 ein Rezipient 3 aufgesetzt ist, der zusammen mit der Basisplatte
eine Vakuumkammer 4 bildet. Auf der Basisplatte 1 befindet sich ein Verdampfer 5
herkömmlicher Bauart, der beispielswese als thermischer Verdampfer oder als Elektronenstrahlverdampfer
ausgeführt sein kann In einer Ausnehmung 6 befindet sich Beschichtungsmaterial 7,
welches durch Beheizung des Verdampfers 5 in dem Dampfzustand versetzt wird und
sich in Form einer sogenannten DampfReule 8 ausbreitet.
-
Oberhalb des Verdampfers 5 und innerhalb der Dampfkeule 8 befindet
sich ein Substrathalter 9, der als massiver Metallkörper ausgeführt und mit KUhlkanälen
10 versehen ist.
-
Eine nach unten weisende Oberfläche 11 des Substrathalters 9 ist konvex
ausgeführt, beispielsweise in Form einer Zylinderfläche. Auf dieser befindet sich
eine gut anschmlegsame Folie 12 (Zwischenfolie) der erfindungseäßen Art und auf
dieser wiederum ein Substrat 13 mit Durchbrechungen 14. Beim
Aufdampfvorgang
dampft das Beschichtungsmaterial 7 durch diese Durchbrechungen 14 hindurch und kondensiert
unter Bildung einer reliefartigen Oberfläche entsprechend dem Muster der Durchbrechungen
14 auf der Folie 12, die nach dem Abnehmen des Substrats 13 entnommen und verworfen
werden kann. Vor dem Aufbringen eines neuen Substrats 13 wird dann einfach auch
eine neue Folie 12 auf den Substrathal ter 9 aufgelegt.
-
Zur Erzeugung einer Verspannung zwischen dem Substrat 13 und dem Substrathalter
9 ist diesem eine Seannvorrichtuno 15 zugeordnet, die elastische Glieder 16 in Form
von Zugfedern enthält. Diese greifen einerseits in Usen 17 am Substrathalter 9 und
andererseits in Haken 18 en, die in Durchbrechungen 14 des Substrats 13 in der dargestellten
Gleise einhängbar sind. Durch die Anordnung der Usen 17 und der Haken 18 bzw. durch
die dadurch bedingte Zugrichtung der elastischen Glieder 16 wird eine im wesentlichen
tangentiale Zugspannung auf das Substrat 13 ausgeübt, die eine entsprechende radiale
Anpressung an die Oberfläche 11 bewirkt.
-
Ein Abschattungseffekt durch die Haken 18 wird dadurch bedeutungslos,
daß die Eingriffsstellen der Haken an für den Verwendungszweck der Substrate unschädliche
Stellen gelegt werden. Außerdem sind ohne weiteres Spannvorrichtungen denkbar, die
bei einem entsprechend dimensionierten Substrat an Stellen angebracht werden können,
die außerhalb des Dampfstromes liegen.
-
L e e r s e i t e