DE3317349C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dampfbeschichtung von Substraten im Vakuum gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Dampfbeschichtung von mehr als einem Substrat im Vakuum gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 18 mit einer solchen Vorrichtung.

Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer dünnen Schicht auf einem Substrat ist das Plasma-CVD-Verfahren (CVD = chemische Dampfbeschichtung). Bei diesem Verfahren wird eine Reaktionskammer auf einen sehr niedrigen Druck evakuiert, und in die Reaktionskammer wird ein als Ausgangsmaterial dienendes Gas eingeführt. Das Gas wird dann durch Glimmentladung dissoziiert, wodurch ein Plasma gebildet wird und ein in der Reaktionskammer angeordnetes Substrat mit einer dünnen Schicht beschichtet wird.

Im Fall der Verwendung eines Silans, wie z. B. SiH₄ oder Si₂H₆ als Ausgangsmaterial kann nach dem Plasma-CVD-Verfahren eine dünne Schicht gebildet werden, die aus amorphem Silicium besteht, das im verbotenen Valenzband relativ wenige lokalisierte Niveaus besitzt. Durch Dotieren mit einem Siliciumatome substituierenden Fremdstoff ist eine Steuerung der Valenzelektronen möglich. Die dünne Schicht kann so hergestellt werden, daß sie ausgezeichnete Eigenschaften als fotoleitfähige Schicht eines elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterials hat. Ein solches elektrofotografisches Aufzeichnungsmaterial besteht im allgemeinen aus einem zylindrischen Substrat und einer fotoleitfähigen Schicht. Es ist bekannt, zur Herstellung von derartigen zylindrischen elektrofotografischen Aufzeichnungsmaterialien eine diskontinuierlich betriebene Plasma-CVD-Vorrichtung anzuwenden, die eine einzige Reaktionskammer aufweist.

Eine derartige diskontinuierlich betriebene Plasma-CVD-Vorrichtung hat einen Aufbau, wie er beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist. Die Vorrichtung besteht aus einer Vakuumkammer 10, die mit einer Abdeckung 1 versehen ist und eine zylindrische Elektrode 2, an die eine Spannung mit hoher Frequenz angelegt werden kann, und ein zylindrisches Substrat 3 als geerdete Gegenelektrode enthält. Das zylindrische Substrat 3, auf dem eine fotoleitfähige Schicht ausgebildet werden soll, kann mit einer inneren Heizeinrichtung 4 erhitzt werden. Mit 5 ist eine Rotationsachse für das Substrat 3 bezeichnet. Ein zylindrisches Schutzschild 6 zur Begrenzung eines Plasmas in einem vorgegebenen Raum ist innerhalb der Vakuumkammer angeordnet. Mit 9 ist eine Einrichtung zur Evakuierung der Vakuumkammer 10 bezeichnet, während mit 8 eine Einrichtung zur Einführung eines Gases in die Vakuumkammer gekennzeichnet ist.

Eine dünne Schicht aus amorphem Silicium wird unter Anwendung einer derartigen Vorrichtung durch das Plasma-CVD-Verfahren in der nachfolgend beschriebenen Weise auf dem zylindrischen Substrat 3 ausgebildet:

Die Abdeckung 1 wird geöffnet, und ein zylindrisches Substrat 3 wird um die Rotationsachse 5 herum befestigt. Die Abdeckung 1 wird verschlossen, und die Vakuumkammer 10 wird durch die Einrichtung 9 bis auf ein gewünschtes Vakuum evakuiert. Zur gleichen Zeit wird das zylindrische Substrat 3 auf eine Temperatur erhitzt, die beispielsweise zwischen etwa 200 und etwa 300°C liegt. Nachdem sich die Temperatur eingestellt hat, wird ein als Ausgangsmaterial dienendes Gas durch die Einrichtung 8 in die Vakuumkammer 10 eingeführt. Das Innere der Vakuumkammer wird auf einem geeigneten Druck gehalten, indem der Gaszufluß und die Gasabsaugung gesteuert werden, und eine Spannung hoher Frequenz wird an die zylindrische Elektrode angelegt, um in dem von dem zylindrischen Schutzschild 6 umgebenen Raum ein Plasma zu erzeugen. Das zugeführte Gas, d. h. ein Silan, wird dissoziiert, und eine Schicht aus amorphem Silicium scheidet sich auf der Oberfläche des zylindrischen Substrates 3 ab. Nachdem die Abscheidung eine erwünschte Dicke erreicht hat, werden die elektrische Entladung und die Einführung des Gases beendet, und die Heizeinrichtung 4 wird zum Abkühlen des mit amorphem Silicium beschichteten Substrates abgeschaltet.

Danach wird Luft in die Vakuumkammer 10 eingeführt, die Abdeckung 1 geöffnet und das zylindrische Substrat 3, auf dem sich die Schicht abgeschieden hat, herausgenommen.

Bei diesem Verfahren werden für die anfängliche Evakuierung und die Heizschritte normalerweise 30 min/1 h benötigt. Für die Herstellung der Schicht sind etwa 3 h erforderlich, wenn man die Schichtwachstumsgeschwindigkeit mit etwa 1,0 nm/s und die Dicke der fertigen Schicht mit 10 µm ansetzt. Das Abkühlen dauert etwa 1-2 h. Die erforderliche Gesamtzeit beträgt daher maximal etwa 6 h, was eine schlechte Produktivität bedeutet.

Bei der Herstellung einer Schicht aus amorphem Silicium durch das vorstehend beschriebene Plasma-CVD-Verfahren werden ferner als Nebenprodukte sogenannte Polysilane erzeugt, die in der Form eines feinen Pulvers vorliegen. Wenn beispielsweise eine Schicht mit einer Dicke von etwa 10 µm oder mehr ausgebildet wird, bilden sich auch auf dem zylindrischen Schutzschild und der zylindrischen Elektrode 2 Schichten. Wenn dieser Schichtherstellungsvorgang mehrere Male wiederholt wird, blättern diese Schichten ab, und ihre feinen Bruchstücke zerstreuen sich in der Vakuumkammer 10. Das Polysilan-Pulver und die feinen Bruchstücke werden durch die Luftströmung bei der Einführung von Luft in die Vakuumkammer 10 oder bei der Evakuierung der Kammer 10 nach der Einbringung des zylindrischen Substrates 3 verwirbelt und verschmutzen somit die Oberfläche des Substrates 3, so daß sich die Qualität des Endproduktes verschlechtert.

Folglich sind beim Stand der Technik nach jedem Schichtherstellungsvorgang ein Auseinanderbauen und eine Reinigung der Vakuumkammer erforderlich, um die durch diese pulverartigen Substanzen hervorgerufenen Auswirkungen auf einem Minimum zu halten.

Die DE-OS 33 03 435, eine ältere Anmeldung, betrifft eine Vorrichtung zur Dampfbeschichtung von Substraten durch das CVD- Verfahren, die eine evakuierbare Substrataufnahmeeinrichtung, eine evakuierbare Verbindungseinrichtung und eine Beschichtungskammer aufweist, wobei die Beschichtungskammer mit der Verbindungseinrichtung verbunden und unabhängig von dieser evakuierbar ist. Zwar können in dieser Vorrichtung mehrere Substrate gleichzeitig beschichtet werden, jedoch ist an der Verbindungseinrichtung lediglich eine Beschichtungskammer vorgesehen.

Aus der CH-PS 6 10 013 ist eine Vorrichtung zur industriellen Fertigung von erhitzbaren Glasscheiben für Fahrzeuge bekannt, die eine evakuierbare Fördereinrichtung mit einer Schleuse für die Substrate sowie eine einzige Beschichtungskammer aufweist. Bei der bekannten Vorrichtung ist die Fördereinrichtung mit der Beschichtungskammer integriert, ohne daß eine separat evakuierbare, mit der Beschichtungskammer lösbar verbundene Verbindungseinrichtung vorgesehen ist.

Aus der US-PS 42 26 208 ist eine Vorrichtung zur Bildung dünner Schichten auf Substraten durch Vakuumbeschichtung bekannt, bei der in einem Behälter verschiedene evakuierbare Beschichtungskammern vorgesehen sind, wobei auf das Substrat in den einzelnen Beschichtungskammern verschiedene Schichten aufgebracht werden können. Mit der bekannten Vorrichtung können zwar mehrere Substrate gleichzeitig in verschiedenen Beschichtungskammern beschichtet werden, jedoch ist keine evakuierbare Verbindungseinrichtung vorgesehen, die sowohl mit den Substrataufnahme- bzw. -entnahmeeinrichtungen als auch mit den Beschichtungskammern verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Dampfbeschichtung von Substraten im Vakuum gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruchf 1 bereitzustellen, die insbesondere für das CVD-Verfahren geeignet ist und bei der die Schichtbildung auf einem Substrat, die Abkühlung des vorangehenden Substrats und die Vakuumerhitzung des nächsten Substrats parallel zueinander durchgeführt werden können und eine Verschmutzung der Substrate durch in der Beschichtungseinrichtung erzeugten Staub vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Dampfbeschichtung von mehr als einem Substrat im Vakuum mit den im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 18 angegebenen Merkmalen.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 17 bzw. 19 bis 21 hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung zur Herstellung dünner Schichten durch Dampfbeschichtung von Substraten im Vakuum.

Fig. 2 bis 5 sind schematische Darstellungen von bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 6a und 6b zeigen Einzelheiten einer zylindrischen Haltevorrichtung, die in Beispiel 4 zusammen mit der Vorrichtung von Fig. 2 verwendet wird.

Beispiel 1

Fig. 2 zeigt die Grundkonstruktion der Hauptteile einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Massenproduktion dünner Schichten durch Dampfbeschichtung von Substraten im Vakuum. Nachfolgend wird zuerst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Schicht auf einem zylindrischen Substrat in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Substrataufnahmeeinrichtung 11 zur Anordnung von einem oder mehr als einem zylindrischen Substrat 41 in festgelegten Lagen. Bei Beginn des Verfahrens wird eine Tür 15 geöffnet, und ein oder mehr als ein zylindrisches Substrat wird an einer Befestigungseinrichtung 16 befestigt.

Danach wird die Tür 15 geschlossen, und die Substrataufnahmeeinrichtung 11 wird auf einen gewünschten Unterdruck evakuiert. Die zylindrischen Substrate 41 werden gleichzeitig bis auf 50-450°C, vorzugsweise auf 50-400°C und am besten auf 200-300°C, mittels einer Heizeinrichtung 24 erhitzt. Nach ausreichender Stabilisierung der Substrattemperatur wird ein Zwischenabsperrschieber 19 geöffnet, und die zylindrischen Substrate 41 werden mittels einer Fördereinrichtung 17 in eine Verbindungseinrichtung 12 eingeführt, die über eine Evakuierungseinrichtung 42 auf einem gewünschten Unterdruck gehalten wird. Danach wird der Absperrschieber 19 geschlossen, und es wird eine der Anzahl der Substrate 41 entsprechende Anzahl von Absperrschiebern 29 geöffnet. Mit Hilfe einer senkrecht bewegbaren Fördereinrichtung 18 werden die Substrate 41 nach unten in eine Vielzahl von Reaktionskammern 14-1 und 14-2 (Schichtbildungskammern) befördert, die an der Verbindungseinrichtung 12 befestigt sind und den Absperrschiebern 29 gegenüberliegen. Die zylindrischen Substrate 41 werden getrennt auf Substratbefestigungseinrichtungen fixiert, die durch Einrichtungen 37 zum Drehen der Substrate drehbar sind, und die senkrecht bewegbare Fördereinrichtung 18 wird in ihre Ausgangslage zurückgeführt.

Nach dem Schließen der Absperrschieber 29 wird ein als Ausgangsmaterial für die herzustellende Schicht dienendes Gas, beispielsweise ein Silan, über eine Gaszuführungseinrichtung 34 eingeführt, und die Innenräume der Reaktionskammern 14-1 und 14-2 werden durch Regulierung einer Evakuierungseinrichtung 32 und der Gaszuführungseinrichtung 34 auf einen geeigneten Unterdruck eingestellt. Danach wird eine Spannung hoher Frequenz, die von einer Hochfrequenzspannungsquelle 33 zugeführt wird, an Elektroden 26 angelegt, um eine elektrische Entladung in jeder Reaktionskammer 14-1 oder 14-2 zu erzeugen. Das eingeführte Gas wird durch die elektrische Entladung dissoziiert und amorphes Silicium wird auf den zylindrischen Substraten 41 abgeschieden, so daß sich dort entsprechende Schichten bilden. Während dieses Vorganges werden die Substrate 41 erhitzt, indem von der Innenseite der Substrate her durch Heizeinrichtungen 28 Wärmeenergie zugeführt wird. Um eine gleichmäßige Schichtdicke zu erhalten, werden die Substrate mit Hilfe der Einrichtungen 37 zum Drehen der Substrate gedreht. Das durch die elektrische Entladung erzeugte Plasma wird durch die Wirkung der elektrischen Abschirmungen 25 in den begrenzten Räumen der Reaktionskammern 14-1 und 14-2 zurückgehalten.

Nach Beendigung des Schichtbildungsvorganges wird die Gaseinführung beendet, und zur gleichen Zeit wird die Hochfrequenzspannungsquelle 33 abgeschaltet. Danach werden die Absperrschieber 29 geöffnet, und die beschichteten zylindrischen Substrate 41 werden mit Hilfe der senkrecht bewegbaren Fördereinrichtung 18 nach oben in die Verbindungseinrichtung 12 gezogen. Die Absperrschieber 29 werden danach geschlossen, worauf ein Absperrschieber 20 geöffnet wird und die beschichteten Substrate 41 mittels einer Fördereinrichtung 21 in eine Substratentnahmeeinrichtung 13, die vorher auf einen festgelegten Druck evakuiert worden ist, überführt werden. Dann wird der Absperrschieber 20 wieder geschlossen. Die in die Substratentnahmeeinrichtung 13 eingeführten Substrate 41 werden unter einem festgelegten verminderten Druck mit Hilfe eines Kühlers 36 über plattenförmige Kühleinrichtungen 23 auf eine festgelegte Temperatur abgekühlt. Danach wird ein Belüftungsventil 39 allmählich geöffnet, und zwar so, daß die gebildeten Schichten nicht beeinträchtigt werden. Die Substratentnahmeeinrichtung 13 wird mit der Umgebungsluft in Verbindung gebracht; eine Substratentnahmetür 22 wird geöffnet, und die beschichteten Substrate 41 werden herausgenommen.

Damit das kontinuierliche Dampfbeschichtungsverfahren glatt ablaufen kann, wird die Substratentnahmeeinrichtung 13 schnell auf einen gewünschten Unterdruck gebracht, nachdem die Substrate herausgenommen worden sind. Bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung sind die Reaktionskammern 14-1 und 14-2 so ausgebildet, daß sie zu Reinigungszwecken getrennt vom Gehäuse an den Unterseiten der Absperrschieber 29 gelöst werden können, nachdem die Schichtbildung beendet ist. Durch Öffnen der entsprechenden Belüftungsventile 40 wird Luft in die Kammern eingeführt.

Durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen Vorgänge ist es möglich, eine kontinuierliche Bildung von Schichten zu erreichen, die auf einer Reihe von zylindrischen Substraten abgeschieden werden.

Durch die Anwendung von mehr als einer Reaktionskammer können gleichzeitig auf vielen zylindrischen Substraten Schichten gebildet werden. Indem man den Reaktionskammern verschiedene Gaszuführungseinrichtungen, Hochfrequenzspannungsquellen und Evakuierungseinrichtungen zugeordnet, können ferner verschiedene Arten von Schichten oder mehrschichtige Schichten, die jeweils aus unterschiedlichen Materialien bestehen, parallel zueinander auf den einzelnen Substraten gebildet werden.

Dadurch, daß eine Vielzahl von Reaktionskammern verwendet wird, können hohe Produktionsgeschwindigkeiten erreicht werden, und zwar selbst dann, wenn einige der Reaktionskammern ausfallen, da die verbleibenden, normalen Reaktionskammern zur Fortsetzung der Produktion betrieben werden können.

Wenn eine als Reserve dienende Reaktionskammer eingesetzt wird, kann die zu reinigende Reaktionskammer mit der vorher gereinigten Reservekammer ausgetauscht werden, da die Reaktionskammern lösbar an der Verbindungseinrichtung befestigt sind, so daß auf diese Weise die Produktionsgeschwindigkeit der Vorrichtung weiter verbessert werden kann.

Beispiel 2

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt.

Bei dieser Ausführungsform sind die Substrataufnahmeeinrichtung 11, die Verbindungseinrichtung 12 und die Substratentnahmeeinrichtung 13 der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung zu einer einzigen Vakuumkammer 51 vereinigt worden, wie Fig. 3 zeigt (eine schematische Draufsicht der Vakuumkammer 51 ist in Fig. 4 dargestellt). Ein zylindrisches Substrat 50 wird an einer drehbaren Befestigungseinrichtung 53 befestigt, nachdem die Abdeckung 62 der Vakuumkammer 51 durch eine senkrecht bewegbare Fördereinrichtung 63 angehoben worden ist. Danach wird die Abdeckung 62 durch die senkrecht bewegbare Fördereinrichtung 63 abgesenkt, so daß sie die Vakuumkammer 51 fest abdichtet, ein Belüftungsventil 64 wird geschlossen, und die Vakuumkammer 51 wird mit Hilfe einer Evakuierungseinrichtung 61 auf ein hohes Vakuum gebracht. Zur gleichen Zeit wird das zylindrische Substrat 50 durch eine Heizeinrichtung 55 erhitzt, indem eine Stromquelle 55-1 eingeschaltet wird. Nachdem eine geeignete Temperatur erreicht worden ist, wird das erhitzte Substrat 50 in eine Lage gebracht, in der es sich unmittelbar über einer Reaktionskammer 57 befindet, indem eine Rotationsvorrichtung 52 betätigt wird, die mit einem Motor und anderen Teilen versehen ist. Ein Absperrschieber 56 wird geöffnet, und das erhitzte Substrat 50 wird durch eine senkrecht bewegbare Fördereinrichtung 50 in die Reaktionskammer 57 abgesenkt und dort in eine festgelegte Lage gebracht. Danach bewegt sich die senkrecht bewegbare Fördereinrichtung 65 nach oben aus der Reaktionskammer 57 heraus in die Vakuumkammer 51. Der Absperrschieber wird dann geschlossen. Die Schichtbildung wird in der gleichen Weise durchgeführt wie bei den Reaktionskammern der Fig. 2. Nach Beendigung der Schichtbildung wird der Absperrschieber 56 geöffnet, und das beschichtete Substrat wird mit Hilfe der senkrecht bewegbaren Fördereinrichtung 65 in die Vakuumkammer 51 hochgezogen. Das Substrat wird dann in eine Kühlstellung gebracht, indem die Rotationseinrichtung 52 betätigt wird. Nach Beendigung des Kühlvorganges wird das Belüftungsventil 64 geöffnet, und die Abdeckung 62 der Vakuumkammer 51 wird durch die senkrecht bewegbare Fördereinrichtung 63 geöffnet. Dann wird das abgekühlte, beschichtete Substrat 50 von der Befestigungseinrichtung 53 gelöst, und ein anderes, neues zylindrisches Substrat 50 wird daran befestigt. Die vorstehend beschriebenen Vorgänge werden schließlich wiederholt, so daß die gleichen Wirkungen erzielt werden können wie mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung.

Auch bei der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung kann eine Vielzahl von Reaktionskammern zur Schichtbildung installiert werden. Die dadurch erzielten Effekte entsprechen denen der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung.

Beispiel 3

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besitzt eine Anzahl von reihenförmig angeordneten Baueinheiten zwischen einer Substrataufnahmeeinrichtung 71 und einer Substratentnahmeeinrichtung 74, wobei die Baueinheiten jeweils eine Verbindungseinrichtung 72 und mehr als eine Reaktionskammer 73 aufweisen (siehe Fig. 5). Bei Verwendung einer derartigen Vorrichtung kann eine mehrschichtige Schicht auf einem Substrat gebildet werden, indem verschiedene gasförmige Ausgangsmaterialien in die Reaktionskammern der jeweiligen Baueinheiten eingeführt und das Substrat nacheinander mit den Plasmen dieser Gase behandelt wird.

Die Erfindung ist vorstehend in Verbindung mit der Bildung von Schichten aus amorphem Silicium beschrieben worden, jedoch können damit auch andere Schichtarten gebildet werden, indem verschiedenartige gasförmige Ausgangsmaterialien eingesetzt werden, beispielsweise SiC-Schichten aus SiH₄-C₂H₄-Gemischen, Ge-Schichten aus GeH₄, Si₃N₄-Schichten aus SiH₄-NH₃-Gemischen, SiO₂-Schichten aus SiH₄-O₂-Gemischen und Al₂O₃-Schichten aus AlCl₃-O₂-Gemischen. Ferner können Schichten, die mit einem die Leitfähigkeit steuernden Fremdstoff versehen sind, hergestellt werden, indem ein mit PH₃ oder B₂H₆ vermischtes gasförmiges Ausgangsmaterial verwendet wird.

Beispiel 4

Unter Anwendung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung wurden dünne Tantalschichten aus TaF₅ und H₂ hergestellt. Hierzu wurden zwei zylindrische Haltevorrichtungen (Proben A und B) aus Aluminium, die in Fig. 6a und 6b gezeigt sind, verwendet. Als Substrate wurden Polyimidfolien mit einer Dicke von 250 µm verwendet, die jeweils in der Weise an den Haltevorrichtungen befestigt wurden, daß drei Folienproben in senkrechter Richtung und vier Folienproben in Umfangsrichtung angeordnet waren. Die Haltevorrichtungen wurden an der Befestigungseinrichtung 16 befestigt.

Nachdem die Tür 15 und das Absperrventil 19 geschlossen worden waren, wurde der Innenraum der Substrataufnahmeeinrichtung 11 auf 133 mPa mit Hilfe der Evakuierungseinrichtung 31 evakuiert, worauf die Heizeinrichtung 24 eingeschaltet wurde, um die Oberfläche der Substrate 41 auf 300°C zu erhitzen. Nach Öffnung des Ventils 19 werden die Substrate zur Verbindungseinrichtung überführt, deren Innenraum vorher auf den gleichen Druck wie die Aufnahmeeinrichtung evakuiert worden war. Nachdem die Übertragung beendet war, wurde die Fördereinrichtung 17 zu der Aufnahmeeinrichtung zurückgeführt. Nachdem das Ventil 19 geschlossen war, wurde das Absperrventil 29 zum Überführen der Substrate zu den Reaktionskammern 14-1 und 14-2 geöffnet, die vorher auf den gleichen Druck wie die Verbindungseinrichtung evakuiert worden waren. Die Substrate wurden aus den Einspannvorrichtungen freigegeben und auf die Drehvorrichtungen 27 montiert. Nachdem die Hebearme auf die Höhe der Verbindungseinrichtung zurückgebracht und die Absperrventile geschlossen waren, wurden die Substrate durch die vorher eingeschaltete Innenheizeinrichtung 28 vorübergehend erhitzt, um die Oberflächentemperatur auf 300°C zu bringen, die dann beibehalten wurde.

Danach wurde TaF₅-Gas, das in einer Gaszuführungskammer gasförmig gemacht worden war, in die entsprechenden Reaktionskammern bei einer Geschwindigkeit von jeweils 100 Standard-cm³/min und gleichzeitig H₂-Gas bei einer Geschwindigkeit von jeweils 250 Standard-cm³/min eingeführt, so daß der Innendruck jeder Reaktionskammer bei 67 Pa eingestellt wurde. Nachdem sich der Innendruck stabilisiert hatte, wurde die Hochfrequenzspannungsquelle 33 mit einer Frequenz von 13,56 MHz eingeschaltet, und es wurde eine effektive Leistung von 200 W an jede Elektrode 26 angelegt und danach die Entladung 30 min lang durchgeführt. Nach 30 min wurde die Hochfrequenzspannungsquelle abgeschaltet und der Gasstrom unterbrochen. Nachdem sich der Druck in der Reaktionskammer auf den Druck der Verbindungseinrichtung eingestellt hatte, wurden die Substrate in die Verbindungseinrichtung in der umgekehrten Verfahrensweise wie bei der Beschickung überführt. Danach wurden die beschichteten Substrate zu der Substratentnahmeeinrichtung 13 in ähnlicher Weise wie bei der Überführung von der Aufnahmeeinrichtung 11 zur Verbindungseinrichtung 12 überführt. Nach Beendigung der Überführung wurden die Substrate etwa 1 h lang in der Entnahmeeinrichtung abkühlen gelassen und es wurde Luft über das Belüftungsventil 29 eingeführt, um den Innendruck der Entnahmeeinrichtung auf Atmosphärendruck zu bringen. Danach wurden die Substrate durch die Tür 22 herausgenommen.

Alle Oberflächen der Proben A-a bis A-f und B-a bis B-f waren mit einer glatten Beschichtung mit metallischem Glanz überzogen.

Die Stufenhöhe zwischen dem Bereich, auf dem keine Schicht wegen der Befestigungseinrichtung gebildet worden war, und dem Bereich, auf dem eine Schicht gebildet worden war, wurde durch ein Schichtdickenmeßgerät mit Pinseldetektor bestimmt. Es wurde eine Schicht mit einer Dicke von etwa 1 µm gefunden. Das Ergebnis der Bestimmung der Schichtdicke an allen Proben A-a bis A-f und B-a bis B-f wurde gefunden, daß die Schichtdicke im Bereich von 1 µm ± 0,2 µm lag, so daß eine gleichmäßige Abscheidung über einem weiten Bereich erzielt wurde.

Ferner wurde der spezifische Widerstand der gebildeten Schichten mit einem Testgerät bestimmt und es wurde gefunden, daß die Metallschichten einen sehr niedrigen spezifischen Widerstand hatten.

Wenn daneben die Polyimidsubstrate mehrmals versuchsweise von Hand gebogen wurden, erfolgte weder ein Abschälen noch eine Rißbildung der gebildeten Schicht. Somit können Schichten mit ausgezeichneten Eigenschaften auf biegsamen Folien erhalten werden. Die chemische Analyse der untersuchten Schichten ergab, daß sie hauptsächlich aus Tantal bestanden. Somit können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichmäßig dünne Schichten aus metallischem Tantal mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden lediglich beispielhafte Substratfördereinrichtungen beschrieben. Naturgemäß können auch andere geeignete Fördereinrichtungen für das Substrat Verwendung finden.

Die durch die Erfindung erzielbaren Hauptvorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• (1) Der Vakuumerhitzungsvorgang, der Schichtbildungsvorgang und der Kühlvorgang können parallel zueinander durchgeführt werden, d. h. während der Schichtbildung auf einem Substrat kann das nächste Substrat vakuumerhitzt und das vorangehende Substrat abgekühlt werden;
• (2) es muß nicht befürchtet werden, daß die Substrate durch den in den Reaktionskammern erzeugten Staub verschmutzen, da die Substrataufnahmeeinrichtung von den Reaktionskammern getrennt ist;
• (3) die Reaktionskammern sind unabhängig voneinander lösbar und können daher nach jedem Schichtbildungsvorgang gereinigt werden, so daß eine konstante Schichtqualität erzielt wird;
• (4) da Reaktionskammern verwendet werden können, die nahezu den gleichen Grundaufbau wie herkömmlich ausgebildete Kammern aufweisen, ist die Vorrichtung äußerst zuverlässig; und
• (5) die Reaktionskammern besitzen einen einfachen Aufbau und können daher leicht gereinigt werden.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Dampfbeschichtung von Substraten im Vakuum mit einer evakuierbaren Substrataufnahmeeinrichtung und einer Beschichtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine evakuierbare Verbindungseinrichtung enthält, die der Substrataufnahmeeinrichtung (11) benachbart ist, und daß die Beschichtungseinrichtung, die aus mehr als einer Reaktionskammer (14-1, 14-2) besteht, mit der Verbindungseinrichtung (12) lösbar verbunden ist und unabhängig von der Verbindungseinrichtung evakuierbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Substratentnahmeeinrichtung (13) enthält, die der Verbindungseinrichtung (12) benachbart ist und zum Herausnehmen eines beschichteten Substrats dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Substrataufnahmeeinrichtung (11) eine Heizeinrichtung (24) angeordnet ist, mit der ein Substrat vorerhitzt werden kann.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungseinrichtung (12) eine senkrecht bewegbare Fördereinrichtung (18) angeordnet ist, mit der ein von der Substrataufnahmeeinrichtung (11) her befördertes Substrat in die Beschichtungseinrichtung und ein beschichtetes Sustrat von der Beschichtungseinrichtung her nach oben bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratentnahmeeinrichtung (13) evakuierbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Substratentnahmeeinrichtung (13) eine Kühleinrichtung (23) zum Abkühlen eines beschichteten Substrats auf eine gewünschte Temperatur angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrataufnahmeeinrichtung (11) und die Verbindungseinrichtung (12) in einer einzigen Vakuumkammer (51) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrataufnahmeeinrichtung (11) und die Verbindungseinrichtung (12) unabhängig voneinander evakuierbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammern (14-1, 14-2) unabhängig voneinander evakuierbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammern (14-1, 14-2) so ausgebildet sind, daß sie jeweils eine von den anderen Reaktionskammern unabhängige Beschichtung ermöglichen.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammern (14-1, 14-2) unabhängig voneinander mit der Verbindungseinrichtung (12) lösbar verbunden sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit mehr als einer Baueinheit versehen ist, wobei die Baueinheiten parallel zueinander angeordnet sind und jeweils eine Verbindungseinrichtung (72) und mehr als eine Reaktionskammer (73) aufweisen.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner zwischen der Substrataufnahmeeinrichtung (11) und der Verbindungseinrichtung (12) ein Absperrschieber (19) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner zwischen der Verbindungseinrichtung (12) und der mehr als einen Reaktionskammer (14-1, 14-2) ein Absperrschieber (29) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehr als eine Reaktionskammer ferner eine Einrichtung (37) zum Drehen des Substrats aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrataufnahmeeinrichtung (11), die Verbindungseinrichtung (12) und die mehr als eine Reaktionskammer (14-1, 14-2) jeweils eine Evakuierungseinrichtung (31; 42; 32) aufweisen, wodurch die Substrataufnahmeeinrichtung und die Verbindungseinrichtung bzw. die Reaktionskammern unabhängig voneinander evakuierbar sind.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da die mehr als eine Reaktionskammer (14-1, 14-2) ferner eine Einrichtung (28) zum Erhitzen des Substrats während der Beschichtung aufweist.

18. Verfahren zur Dampfbeschichtung von mehr als einem Substrat im Vakuum mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche durch
Anordnen der Substrate, die beschichtet werden sollen, in einer evakuierbaren Substrataufnahmeeinrichtung,
Evakuieren der Substrataufnahmeeinrichtung auf einen gewünschten Druck,
Befördern der Substrate von der Substrataufnahmeeinrichtung in eine Beschichtungseinrichtung, die im voraus auf einen gewünschten Druck evakuiert worden ist, und
Beschichten der Substrate unter Aufrechterhalten eines gewünschten Drucks in der Beschichtungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate von der Substrataufnahmeeinrichtung zunächst in eine Verbindungseinrichtung, die im voraus auf einen gewünschten Druck evakuiert worden ist, überführt und anschließend von der Verbindungseinrichtung in die Beschichtungseinrichtung, die aus mehr als einer Reaktionskammer besteht und die in der Nähe und unterhalb der Verbindungseinrichtung angeordnet ist, befördert werden, aus dem als Ausgangsmaterial in die Reaktionskammern eingeführten Gas durch eine elektrische Entladung ein Plasma zum Beschichten der Substrate gebildet wird und die beschichteten Substrate in die Verbindungseinrichtung zurückbefördert, abgekühlt und herausgenommen werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß beim Evakuieren der Substrataufnahmeeinrichtung außerdem das Substrat erhitzt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß während der Gaszuführung außerdem das in der Reaktionskammer angeordnete Substrat erhitzt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beschichteten Substrate vor dem Abkühlen in eine Substratentnahmeeinrichtung überführt werden.