DE4311396A1 - Vacuum-coating installation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Beschichtungsanlage zum Beschichten eines Bereiches auf einem Substrat mit tels einer Beschichtungsquelle innerhalb eines Rezipien ten.The invention relates to a vacuum coating system for coating an area on a substrate with means of a coating source within a recipient ten.
Solche Vakuum-Beschichtungsanlagen können beispielsweise als Sputteranlagen oder plasmaunterstützte, chemische Be schichtungsanlagen arbeiten und sind in der Beschich tungstechnik allgemein bekannt und gebräuchlich. Um das zu beschichtende Substrat aufnehmen zu können, muß der Rezipient der Größe des Substrates entsprechend groß sein, was zu relativ teuren Anlagen führt, wenn das Sub strat großflächig ist. Das ist beispielsweise der Fall, wenn man auf eine Kraftfahrzeugscheibe auf einem kleinen Bereich eine Sensorschicht aufbringen will. Weiterhin hat ein großes Rezipientenvolumen den Nachteil, daß die Er zeugung eines Hochvakuums zeitaufwendig und teuer ist.Such vacuum coating systems can, for example as sputtering systems or plasma-assisted, chemical loading Layering systems work and are in the coating tion technology generally known and in use. To do that To be able to record the substrate, the The recipient is large in accordance with the size of the substrate be, which leads to relatively expensive investments if the sub strat is large. For example, if you look at a car window on a small one Area wants to apply a sensor layer. Still has a large recipient volume has the disadvantage that the Er generating a high vacuum is time consuming and expensive.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine möglichst kompakt bauende Vakuum-Beschichtungsanlage der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß mit ihr auf groß flächigen Substraten ein kleiner Bereich beschichtet wer den kann.The invention is based on the problem, if possible compact vacuum coating system of the beginning mentioned type in such a way that with her on big flat substrates a small area coated who that can.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rezipient aus einer von der zu beschichtenden Seite des Substrates her dichtend über den zu beschichtenden Bereich des Substrates greifenden ersten Vakuumkammer mit der Beschichtungsquelle und einer fluchtend hierzu auf der anderen Seite des Substrates angeordneten, ebenfalls dichtend über das Substrat greifenden zweiten Vakuumkam mer besteht.This problem is solved according to the invention in that the recipient from one side to be coated of the substrate sealing against the one to be coated Area of the substrate with the first vacuum chamber the coating source and one aligned with this arranged on the other side of the substrate, likewise sealing second vacuum came across the substrate always exists.
Durch einen solchen aus zwei Vakuumkammern gebildeten Re zipienten, bei dem die beiden Vakuumkammern von verschie denen Seiten her dichtend und fluchtend zueinander gegen das Substrat anliegen, wird erreicht, daß in dem zu be schichtenden Bereich das für die Beschichtung erforderli che Hochvakuum herrschen kann, ohne daß hierdurch das Substrat durch unterschiedliche Drücke an unterschiedli chen Seiten auf Biegung beansprucht wird. Deshalb eignet sich die erfindungsgemäße Vakuum-Beschichtungsanlage auch zum Aufbringen einer örtlichen Beschichtung auf eine re lativ dünnwandige Scheibe eines Kraftfahrzeugs. Denkbar ist es sogar, mit der Vakuum-Beschichtungsanlage auf Fo lien eine örtliche Beschichtung aufzubringen.By such a Re formed from two vacuum chambers in which the two vacuum chambers from different the sides sealing and in alignment with each other the substrate is applied, is achieved in that to be layering area that is required for the coating che high vacuum can prevail without this Substrate by different pressures at different Chen sides is stressed on bending. Therefore suitable the vacuum coating system according to the invention to apply a local coating on a right relatively thin-walled pane of a motor vehicle. Conceivable it is even possible with the vacuum coating system on Fo Apply a local coating.
Konstruktiv besonders einfach ist die Vakuum-Beschich tungsanlage gestaltet, wenn die beiden Vakuumkammern durch zwei separate, topfförmige, an eine gemeinsame Va kuumquelle angeschlossene Behälter gebildet sind. Solche Behälter können wie das Maul einer Zange schwenkbar ange ordnet sein, so daß sie sich zwangsläufig von zwei Seiten gegen das Substrat bewegen lassen.Vacuum coating is structurally particularly simple tion system designed when the two vacuum chambers through two separate, pot-shaped, to a common Va vacuum source connected containers are formed. Such Containers can be pivoted like the jaws of a pair of pliers be arranged so that they are inevitably from two sides let move against the substrate.
Das Substrat wird in dem Maße auf Biegung beansprucht, wie in den beiden Vakuumkammern unterschiedliche Drücke herrschen. Zwangsläufig völlig gleiche Drücke in beiden Vakuumkammern kann man mit geringem Aufwand erreichen, wenn eine der beiden Vakuumkammern an die Vakuumquelle angeschlossen ist und die beiden Vakuumkammern zum Druck ausgleich durch eine Leitung miteinander verbunden sind. Die Leitung muß natürlich genügend großen Querschnitt ha ben, um auch zu Beginn des Absaugevorganges einen Druck ausgleich sicherzustellen.The substrate is subjected to bending to the extent as in the two vacuum chambers different pressures to rule. Inevitably completely the same pressures in both Vacuum chambers can be reached with little effort, if one of the two vacuum chambers connected to the vacuum source is connected and the two vacuum chambers for pressure compensation are connected by a line. The line must of course have a sufficiently large cross-section ha ben to a pressure even at the beginning of the suction process ensure compensation.
Wenn bei Substraten eine örtliche Beschichtung in einem Randbereich vorgenommen werden soll, dann ist eine Va kuum-Beschichtungsanlage vorteilhaft, bei der die beiden Vakuumkammern in einem gemeinsamen Gehäuse zu beiden Sei ten eines Schlitzes in dem Gehäuse vorgesehen sind, bei der der Schlitz zum Einführen eines Randbereiches des Substrates bemessen ist und auf beiden Seiten dichten auf das Substrat aufsetzbare Dichtungen aufweist. Mit einer solchen Vakuum-Beschichtungsanlage kann man eine Be schichtung auf ein Substrat anbringen, welche bis an den Rand des Substrates reicht, ohne daß die Gefahr eines Lufteintritts in die Vakuumkammern besteht.If there is a local coating in a substrate Edge area to be made, then is a Va vacuum coating system advantageous, in which the two Vacuum chambers in a common housing for both sides th a slot in the housing are provided at the slot for inserting an edge area of the Substrate is dimensioned and seal on both sides the substrate has attachable seals. With a such a vacuum coating system can be a Be Apply layering to a substrate, which Edge of the substrate is sufficient without the risk of There is air entry into the vacuum chambers.
Bei Vakuum-Beschichtungsanlagen, bei denen die Beschich tungsquelle eine Sputterkathode mit einem Target ist, kommt es häufig vor, daß das Target leicht mit Bestand teilen der Atmosphäre reagiert, so daß es nicht der Atmo sphäre ausgesetzt werden darf. Das kann man gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch erreichen, daß die erste Vakuumkammer durch eine dichtend vor die Beschichtungsquelle bewegbare Absperrwand in eine Quel lenkammer und eine Substratkammer aufgeteilt ist. Bei ei ner solchen Vakuum-Beschichtungsanlage kann man den Teil der ersten Vakuumkammer, in dem sich das Target befindet, von dem Teil mit dem Substrat abtrennen, bevor man zum Wechsel des Substrats den das Substrat aufweisenden Kam merteil belüftet.In vacuum coating systems where the coating source is a sputter cathode with a target, it often happens that the target easily passes sharing the atmosphere responds so it's not the atmosphere sphere may be exposed. You can do that according to one achieve another development of the invention that the first vacuum chamber through a seal in front of the Coating source movable barrier wall in a source steering chamber and a substrate chamber is divided. With egg ner such vacuum coating system, you can do the part the first vacuum chamber in which the target is located, separate from the part with the substrate before going to the Change of the substrate to the cam having the substrate Partly ventilated.
Konstruktiv besonders einfach ist das Abtrennen der Quel lenkammer zu verwirklichen, wenn die Absperrwand von ei ner an einer Seite der ersten Vakuumkammer schwenkbar an geordneten Welle gehalten und dichtend in die erste Vaku umkammer hinein bewegbar ausgebildet ist.The Quel is particularly easy to construct Steering chamber to realize when the barrier wall from egg on one side of the first vacuum chamber orderly shaft held and sealing in the first vacuum umkammer is designed to be movable.
Das Target ist ausreichend vor Reaktionen mit Bestandtei len der Atmosphäre geschützt, ohne daß bei einem Sub stratwechsel unerwünscht lange Zeiten bis zu einem für den Beschichtungsvorgang ausreichend hohen Vakuum auftre ten, wenn die Quellenkammer fest mit einer Hochvakuum pumpe verbunden ist und die Substratkammer einen Vakuum anschluß für eine separate Vorvakuumpumpe hat.The target is sufficient before reactions with constituents len protected the atmosphere without a sub stratwechsel undesirable long times up to one for the coating process has a sufficiently high vacuum ten when the source chamber firmly with a high vacuum pump is connected and the substrate chamber a vacuum connection for a separate backing pump.
Die Quellenkammer kann besonders kompakt ausgebildet sein, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfin dung die Beschichtungsquelle in der ersten Vakuumkammer in Richtung des Substrates verfahrbar gehalten ist.The source chamber can be made particularly compact be if according to another embodiment of the Erfin the coating source in the first vacuum chamber is kept movable in the direction of the substrate.
Ein Sputterätzen des Substrates ist auf einfache Weise möglich, wenn in der zweiten Vakuumkammer eine mit Hoch frequenz verbindbare Elektrode hinter dem für die Be schichtung bestimmten Bereich des Substrates angeordnet ist. Eine solche Elektrode ermöglicht auch die Anwendung des PECVD-Verfahrens.Sputter etching of the substrate is simple possible if one with high in the second vacuum chamber frequency connectable electrode behind that for the Be Layering certain area of the substrate arranged is. Such an electrode also enables use of the PECVD process.
Unterschiedliche Schichten können rasch hintereinander aufgebracht werden, wenn gemäß einer anderen Weiterbil dung der Erfindung in der ersten Vakuumkammer eine Wech selvorrichtung mit zumindest zwei unterschiedlichen Tar gets vorgesehen ist.Different shifts can be made quickly be applied if according to another ref extension of the invention in the first vacuum chamber a change sel device with at least two different tar gets is provided.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention permits numerous embodiments. For further clarifying their basic principle are several of which are shown in the drawing and are shown below described. This shows in
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vakuum-Beschichtungs anlage nach der Erfindung, Fig. 1 is a vertical section through a first embodiment of a vacuum-coating installation according to the invention,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer zwei ten Ausführungsform einer Vakuum-Beschich tungsanlage nach der Erfindung, Fig. 2 is a perspective view of a two-th embodiment of a vacuum-Beschich treatment plant according to the invention,
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 is a vertical section through a third embodiment of the invention,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of the invention,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Einzel heit einer Vakuum-Beschichtungsanlage nach der Erfindung. Fig. 5 is a schematic representation of a single unit of a vacuum coating system according to the invention.
Die Fig. 1 zeigt zu beiden Seiten eines Substrates 1, bei dem es sich um eine Fensterscheibe eines Kraftfahr zeugs handelt, einen Rezipienten 2, der aus einer in Fig. 1 von oben her dichtend auf das Substrat 1 aufstehen den ersten Vakuumkammer 3 und einer hierzu fluchtend von unten her gegen das Substrat 1 anliegenden zweiten Vaku umkammer 4 besteht. In der ersten Vakuumkammer 3 ist eine Beschichtungsquelle 5 angeordnet, die als Sputterkathode mit einem Target 6 ausgebildet sein kann. Fig. 1 shows on both sides of a substrate 1 , which is a window of a motor vehicle, a recipient 2 , which from a sealing in Fig. 1 from above stand on the substrate 1, the first vacuum chamber 3 and one for this purpose, aligned from below against the substrate 1, there is a second vacuum chamber 4 . A coating source 5 is arranged in the first vacuum chamber 3 and can be designed as a sputter cathode with a target 6 .
An der ersten Vakuumkammer 3 ist eine Vakuumquelle 7 an geschlossen, bei der es sich um eine Turbomolekularpumpe handelt. Wie die Fig. 1 erkennen läßt, sind die beiden Vakuumkammern 3, 4 durch eine Leitung 8 miteinander ver bunden. Dadurch herrscht in beiden Vakuumkammern 3, 4 stets gleicher Druck, so daß das Substrat 1 durch den Un terdruck nicht auf Biegung beansprucht wird.At the first vacuum chamber 3 , a vacuum source 7 is closed, which is a turbomolecular pump. As can be seen in FIG. 1, the two vacuum chambers 3 , 4 are connected to one another by a line 8 . As a result, the pressure in both vacuum chambers 3 , 4 is always the same, so that the substrate 1 is not subjected to bending by the underpressure.
Unterhalb des Substrates 1 ist in der Kammer 4 eine Elek trode 9 dargestellt. Diese ist nicht zwingend vorgesehen. Below the substrate 1 , an electrode 9 is shown in the chamber 4 . This is not mandatory.
Sie ist jedoch notwendig, wenn man mit der Vakuum-Be schichtungsanlage Sputterätzen oder wenn man statt mit einem Target 6 aus einem Gas das Beschichtungsmaterial abscheiden will (PECVD-Verfahren).However, it is necessary if you want to sputter etch with the vacuum coating system or if you want to separate the coating material from a gas instead of a target 6 (PECVD process).
Anzumerken ist, daß der Rezipient 2 statt vertikal auch in jeder anderen Lage ausgerichtet sein kann, da genau wie bei den folgenden Ausführungsbeispielen seine Funk tion hiervon unabhängig ist.It should be noted that the recipient 2 can also be oriented in any other position instead of vertically, since, just like in the following exemplary embodiments, its function is independent of this.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 besteht der Rezipi ent 2 aus einem einzigen Topf, welcher zum Einführen ei nes Randbereiches des Substrates 1 einen Schlitz 10 hat. Auf dem Substrat 1 ist innerhalb des Rezipienten 2 ein Sensor 11 dargestellt, welcher im Rezipienten 2 auf das Substrat 1 mittels der Beschichtungsquelle 5 aufgebracht wurde. Zum Evakuieren des Inneren des Rezipienten 2 dient wiederum eine Vakuumquelle 7. Um ein Eindringen von Luft oberhalb und unterhalb des Substrates 1 zu verhindern, müssen im Schlitz 10 Dichtungen 12, 13 vorgesehen sein.In the embodiment according to FIG. 2, the recipient 2 consists of a single pot which has a slot 10 for inserting an edge region of the substrate 1 . A sensor 11 is shown on the substrate 1 within the recipient 2 , which was applied in the recipient 2 to the substrate 1 by means of the coating source 5 . A vacuum source 7 again serves to evacuate the interior of the recipient 2 . In order to prevent air from penetrating above and below the substrate 1 , seals 12 , 13 must be provided in the slot 10 .
In Fig. 3 ist durch einen Doppelpfeil 14 angedeutet, daß die Beschichtungsquelle 5 mit ihrem Target 6 mehr oder weniger weit vom Substrat 1 weg verfahren werden kann. Befindet sich die Beschichtungsquelle 5 in ihrer obersten Stellung, dann kann eine abgebrochen dargestellte Ab sperrwand 15, welche auf einer drehbaren Welle 16 ange ordnet ist, in die erste Vakuumkammer 3 dichtend unter die Beschichtungsquelle 5 geschwenkt werden. Diese Ab sperrwand 15 teilt dann die erste Vakuumkammer 3 in eine Quellenkammer 17 oberhalb der Absperrwand 15 und eine Substratkammer 18 unterhalb der Absperrwand 15 auf.A double arrow 14 in FIG. 3 indicates that the coating source 5 with its target 6 can be moved more or less far from the substrate 1 . If the coating source 5 is in its uppermost position, then a broken-off barrier wall 15 , which is arranged on a rotatable shaft 16 , can be pivoted into the first vacuum chamber 3 in a sealing manner under the coating source 5 . From this barrier wall 15 then divides the first vacuum chamber 3 into a source chamber 17 above the barrier wall 15 and a substrate chamber 18 below the barrier wall 15 .
An das Gehäuse der Quellenkammer 17 ist als Vakuumquelle 7 wiederum eine Turbomolekularpumpe unmittelbar ange flanscht. Zum Evakuieren der zweiten Vakuumkammer 4 hat diese einen Vakuumanschluß 25, über den sie mit einer Vorvakuumpumpe 26 verbunden ist, die zugleich die Vorva kuumpumpe für die Vakuumquelle 7 sein kann.A turbomolecular pump is in turn flanged directly to the housing of the source chamber 17 as a vacuum source 7 . For evacuating the second vacuum chamber 4 , this has a vacuum connection 25 , via which it is connected to a backing pump 26 , which can also be the backing pump for the vacuum source 7 .
Im Schnitt dargestellt sind in Fig. 3 die beiden Dich tungen 12, 13, welche den Schlitz 10 zum Substrat 1 hin abdichten. Diese Dichtungen 12, 13 können unterschiedlich gestaltet sein. Wichtig ist, daß sie ein leichtes Ein schieben des Substrates 1 ermöglichen, beim Aufbau des Vakuums jedoch sehr gut dichten. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die Dichtungen 12, 13 Hohl kammerdichtungen sind, deren Innenräume zur Atmosphäre Verbindung haben, so daß die Dichtungen 12, 13 mit zuneh mendem Unterdruck zunehmend gegen das Substrat 1 anlie gen.Are shown in section in Fig. 3, the two log obligations 12, 13, which seal the slit 10 toward the substrate 1. These seals 12 , 13 can be designed differently. It is important that they allow an easy slide of the substrate 1 , but seal very well when the vacuum is built up. This can be achieved, for example, in that the seals 12 , 13 are hollow chamber seals, the interior spaces of which have a connection to the atmosphere, so that the seals 12 , 13 with increasing negative pressure increasingly lie against the substrate 1 .
Gemäß Fig. 4 besteht der Rezipient genau wie gemäß Fig. 1 aus zwei separaten Töpfen 19, 20. Ihre jeweilige Stirn fläche ist jedoch abgestuft. Im rückwärtigen Bereich be rühren sich die Stirnflächen der Töpfe 19, 20 gegensei tig, während sie im vorderen Bereich jeweils aufgrund ei ner Stufe 21, 22 geringen Abstand zueinander haben, so daß der Schlitz 10 mit den Dichtungen 12, 13 entsteht.According to Fig. 4 of the receiver 1 is just as shown in FIG. From two separate pots 19, 20. Their respective end faces are graded. In the rear area, the end faces of the pots 19 , 20 touch each other, whereas in the front area they each have a small distance from one another due to egg stage 21 , 22 , so that the slot 10 with the seals 12 , 13 is formed.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist in der ersten Vakuumkammer 3 oberhalb des Substrates 1 eine Wechselvor richtung 23 angeordnet. Bei der gezeigten Ausführungsform handelt es sich hierbei um ein Karussell, welches um eine Welle 24 drehbar ist und mehrere, verschiedene Targets 6, 6a trägt, so daß auf das Substrat 1 in Abhängigkeit da von, welches Target 6, 6a in eine fluchtende Stellung zu ihm geschwenkt wird, verschiedene Schichten aufgebracht werden können.In the embodiment of FIG. 5 in the first vacuum chamber 3 23 is disposed above the substrate 1, a Wechselvor direction. In the embodiment shown, this is a carousel, which is rotatable about a shaft 24 and carries several different targets 6 , 6 a, so that on the substrate 1 depending on which target 6 , 6 a is in alignment Positioned towards him, different layers can be applied.
BezugszeichenlisteReference list
1 Substrat
2 Rezipient
3 erste Vakuumkammer
4 zweite Vakuumkammer
5 Beschichtungsquelle
6 Target
7 Vakuumquelle
8 Leitung
9 Elektrode
10 Schlitz
11 Sensor
12 Dichtung
13 Dichtung
14 Doppelpfeil
15 Absperrwand
16 Welle
17 Quellenkammer
18 Substratkammer
19 Topf
20 Topf
21 Stufe
22 Stufe
23 Wechselvorrichtung
24 Welle
25 Vakuumanschluß
26 Vorvakuumpumpe 1 substrate
2 recipient
3 first vacuum chamber
4 second vacuum chamber
5 coating source
6 target
7 vacuum source
8 line
9 electrode
10 slot
11 sensor
12 seal
13 seal
14 double arrow
15 barrier wall
16 wave
17 source chamber
18 substrate chamber
19 pot
20 pot
21 level
22 level
23 changing device
24 wave
25 vacuum connection
26 backing pump
Claims (10)
Priority Applications (1)
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DE4311396C2 DE4311396C2 (en) | 1997-06-05 |
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- 1993-04-07 DE DE19934311396 patent/DE4311396C2/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BALZERS UND LEYBOLD DEUTSCHLAND HOLDING AG, 63450 |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: UNAXIS DEUTSCHLAND HOLDING GMBH, 63450 HANAU, DE |
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