DE4443740A1

DE4443740A1 - Plasma deposition appts., e.g. for hard coating of tools

Info

Publication number: DE4443740A1
Application number: DE19944443740
Authority: DE
Inventors: Hermann Curtins
Original assignee: Bloesch W AG
Current assignee: Bloesch W AG
Priority date: 1994-12-08
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 1996-06-13
Anticipated expiration: 2014-12-09
Also published as: DE4443740B4

Abstract

A substrate coating appts. has a vacuum chamber (1) which has cooled outer walls (2, 3) and which contains at least one rotating and esp. exchangeable substrate holder (9) and at least one evapn. source (6) facing the substrate holder. The novelty is that a closed inner chamber (5) is provided within the vacuum chamber (1) and spaced from the cooled outer walls (2, 3) to form an isolated plasma-free interspace (4), the inner chamber (5) being defined by heating and wall sectors (7, 8) and at least one integrated evapn. source (6) and forming an isothermal coating space (12) which receives the substrate holder (9).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten von Substraten mit einer evakuierbaren Vakuumkammer mit kühlba ren Außenwandungen, wenigstens einem innerhalb der Vakuum kammer angeordneten, rotier- und insbesondere auswechselbar gelagerten Substratträger und zumindest einer zum Substrat träger gerichteten Verdampferquelle.The invention relates to a device for coating Substrates with an evacuable vacuum chamber with coolable ren outer walls, at least one within the vacuum chamber arranged, rotatable and especially interchangeable stored substrate carrier and at least one to the substrate slower directed evaporator source.

Beschichtungsvorrichtungen dieser Art sind bekannt und wer den beispielsweise dazu verwendet, Schichten auf Werkzeuge auf zubringen, die deren Eigenschaften und Lebensdauer wesent lich verbessern.Coating devices of this type are known and who used for example, layers on tools to bring the essentials of their properties and life Lich improve.

Mit diesen bekannten Vorrichtungen bereitet es jedoch Schwie rigkeiten, eine eindeutig reproduzierbare Abscheidung von Schichten hoher und höchster Qualität zu gewährleisten. Die Ursachen für diese unbefriedigenden Ergebnisse sind viel schichtig und konnten bisher nicht beseitigt werden. Nach teilig bei den bekannten, insbesondere bei den nach der Arc- Technologie arbeitenden Vorrichtungen ist ferner, daß auf grund unvermeidbarer Anlagen-Reinigungsvorgänge nicht nur störend hohe Reinigungskosten, sondern auch teure Maschinen stillstandzeiten und damit Produktivitätsverluste in Kauf genommen werden müssen.With these known devices, however, it is difficult a clearly reproducible separation of To guarantee layers of high and highest quality. The There are many reasons for these unsatisfactory results layered and could not be removed so far. After partly in the known, especially in the arc Technology working devices is further on that not only due to unavoidable plant cleaning processes disturbingly high cleaning costs, but also expensive machines downtimes and thus loss of productivity in purchase must be taken.

Aus der DE 38 29 260 A1 ist eine Beschichtungskammer mit min destens einer durch einen Lichtbogen verzehrbaren Kathode und Einrichtungen zur Aufnahme von Gegenständen bekannt, die durch Niederschlag des mit einer Gasatmosphäre in der Kammer reagierten, in den Plasmazustand überführten Kathodenmate rials beschichtet werden. Dabei ist in einem Zwischenraum zwischen der Kathode und den Gegenständen ein Schirm angeord net, der aus dem Zwischenraum entfernbar ist. Dadurch wird es möglich, sich während der Aufheizphase der indirekten Be heizung der Substrate zu bedienen und diese gleichzeitig vor dem Niederschlag von Tröpfchen des Kathodenmaterials zu schützen, während der Reaktionsphase jedoch den direkten Weg von den Kathoden zu den Substraten freizugeben.DE 38 29 260 A1 describes a coating chamber with min at least one cathode that can be consumed by an arc and facilities for receiving objects known by precipitating it with a gas atmosphere in the chamber reacted, converted to the plasma state cathode mat rials are coated. It is in a space a screen is arranged between the cathode and the objects net, which is removable from the space. This will it is possible during the heating phase of the indirect loading heating of the substrates to operate and at the same time the precipitation of droplets of the cathode material protect, but the direct route during the reaction phase release from the cathodes to the substrates.

Aus der WO 92/14859 ist eine Vorrichtung zur Reduzierung von Droplets bei der Beschichtung von Oberflächen mit Hartstof fen nach dem PVD-Verfahren bekannt, die eine doppelwandige, wassergekühlte Kammer aufweist, in der eine durch Heizschlan gen realisierte Strahlungsheizung im Bereich der Innenwand der Kammer vorgesehen ist. Um eine Aufheizung der Innenwand der Reaktionskammer zu vermeiden, sind zwischen den Heizele menten und der Innenwand Reflektoren vorgesehen. Die Strah lungsheizung dient dabei ausschließlich zur Erwärmung der zu beschichtenden Gegenstände bzw. der Oberfläche der zu be schichtenden Gegenstände vor Beginn der Beschichtung.WO 92/14859 describes a device for reducing Droplets when coating surfaces with hard material known by the PVD process, which is a double-walled has water-cooled chamber in which one by heating coil radiant heating in the area of the inner wall the chamber is provided. To heat the inner wall to avoid the reaction chamber are between the heating elements elements and the inner wall reflectors are provided. The beam Heating is used exclusively to heat the coating objects or the surface of the be layering objects before the start of coating.

Aus der EP 0 489 659 A1 ist eine Beschichtungsvorrichtung bekannt, bei der innerhalb einer geschlossenen Außenkammer eine Innenkammer mit vergleichsweise großer Wandungsstärke vorgesehen ist, die aus einem thermisch isolierenden Mate rial besteht. Mit Abstand zu den Wandungen dieser Innenkam mer sind Heizwiderstände angeordnet, die es gestatten, die zu beschichtenden Teile auf Temperaturen zwischen 400°C und 1300°C aufzuheizen.A coating device is known from EP 0 489 659 A1 known, in the case of a closed outer chamber an inner chamber with a comparatively large wall thickness is provided, which is made of a thermally insulating mate rial exists. At a distance from the walls of this interior are arranged heating resistors that allow the parts to be coated at temperatures between 400 ° C and Heat up to 1300 ° C.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die es bei vergleichsweise ein fachem Aufbau ermöglicht, qualitativ hochwertige, möglichst kompakte und spannungsarme Beschichtungen bei hoher Produkti vität zu erreichen. Ferner sollen aufwendige Reinigungsar beiten im Anlagen inneren vermieden und die geforderte Repro duzierbarkeit der Beschichtungen gewährleistet werden kön nen.The object of the invention is a device of the beginning specified type to create it at comparatively one professional structure enables high quality, if possible compact and low-stress coatings with high production to achieve vity. Furthermore, elaborate cleaning agents avoided inside the system and the required repro ducibility of the coatings can be guaranteed nen.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß in der Vakuumkammer mit Abstand von deren kühl baren Außenwandungen und unter Ausbildung eines isolieren den, plasmafreien Zwischenraums eine zumindest im wesentli chen in sich geschlossene Innenkammer vorgesehen ist, die von Heiz- und Wandungssektoren und zumindest einer integrier ten Verdampferquelle begrenzt ist und einen den Substratträ ger aufnehmenden isothermen Beschichtungsraum bildet.This object is essentially achieved according to the invention in that in the vacuum chamber at a distance from its cool isolate the outer walls and form one the, plasma-free space, at least essentially Chen self-contained inner chamber is provided, the of heating and wall sectors and at least one integrating th evaporator source is limited and the substrate carrier eng receiving isothermal coating room.

Durch die Schaffung einer von den gekühlten Außenwandungen der Vakuumkammer durch einen isolierenden, plasmafreien Zwi schenraum getrennten Innenkammer wird es möglich, die Be schichtungsvorgänge in einem isothermen Beschichtungs- bzw. Plasmaraum durchzuführen, das heißt in einem Raum, in dem sämtliche Teile, das heißt auch größere und kleinere zu be schichtende Gegenstände ebenso wie die diesen Raum begren zenden Wandungen praktisch auf gleicher Temperatur sind und somit in diesem die gleichmäßige Plasmaverteilung fördernden isothermen Raum kein störender Temperaturgradient vorliegt. Ein ausgeprägter Temperaturgradient tritt erst in dem plasma freien Zwischenraum zwischen Innenkammer und den Außenwandun gen der Vakuumkammer auf.By creating one of the cooled outer walls the vacuum chamber by an insulating, plasma-free intermediate interior space separate it becomes possible to load the Be layering processes in an isothermal coating or Perform plasma space, that is, in a room in which all parts, i.e. larger and smaller parts too layering objects as well as delimiting this space zenden walls are practically at the same temperature and thus promoting uniform plasma distribution in this isothermal room there is no disturbing temperature gradient. A pronounced temperature gradient only occurs in the plasma free space between the inner chamber and the outer walls towards the vacuum chamber.

Das Vorhandensein eines isothermen Plasmaraums wirkt sich auf die Beschichtungsqualität sowie auf die Stabilität des darin durchgeführten Beschichtungsprozesses sehr positiv aus.The presence of an isothermal plasma room affects on the coating quality and on the stability of the coating process carried out in it very positive out.

Von wesentlicher Bedeutung ist ferner, daß an den gekühlten Außenwandungen der Vakuumkammer keinerlei Abscheideeffekte auftreten und damit auch die bei herkömmlichen Anlagen auf wendigen Reinigungsvorgänge im Anlageninnenraum entfallen. Die sich in der Innenkammer in Form von Hartstoff-Festparti keln bildenden beschichteten Stellen platzen von Zeit zu Zeit ab und können dann problemlos zum Beispiel mittels eines Staubsaugers abgesaugt werden. Dieser erfindungsgemäß erreichte Selbstreinigungseffekt führt zu einer wesentlichen Produktivitätssteigerung, da teure Maschinenstillstandszei ten vermieden werdend können.It is also essential that the cooled No separation effects on the outer walls of the vacuum chamber occur and thus also in conventional systems agile cleaning processes in the interior of the system are eliminated. Which are in the inner chamber in the form of hard material solid parts Coating areas forming ceilings burst from time to time Time off and can then easily use, for example a vacuum cleaner. This according to the invention achieved self-cleaning effect leads to an essential one Productivity increase because of expensive machine downtime can be avoided.

Die der optisch praktisch dicht ausgebildeten Innenkammer zugeordneten bzw. Wandungen dieser Innenkammer bildenden Heizsektoren sind so dimensioniert, daß die Aufheizung der Substrate auf die Solltemperatur nahezu ausschließlich durch die erzeugte Strahlungswärme erreicht wird, wobei der Innen raum der Kammer sehr schnell auf hohe Temperatur gebracht werden kann, da die Wandungen nur geringe Wärmekapazität besitzen und vor allem nicht in Kontakt mit den gekühlten Außenwandungen stehen, sondern von diesen Außenwandungen durch den aufgrund der Evakuierung sehr ausgeprägt isolieren den Zwischenraum getrennt sind.That of the optically practically dense inner chamber assigned or forming walls of this inner chamber Heating sectors are dimensioned so that the heating of the Substrates to the target temperature almost exclusively through the radiant heat generated is reached, the inside chamber very quickly brought to high temperature can be, since the walls have only low heat capacity own and especially not in contact with the chilled Outer walls stand, but from these outer walls due to the very pronounced isolation due to the evacuation the space is separated.

Die Wandungen der Innenkammer können gemäß einer Ausgestal tung der Erfindung an einer Bias-Spannung liegen, um gezielt einen Ionen-Platiereffekt zu erreichen und auf diese Weise sicherzustellen, daß unter Vermeidung jeglicher Staubbildung auf den Innenkammerwänden eine feste Abscheidung erhalten wird, die nach einer gewissen maximalen Schichtdicke automa tisch abplatzt und damit problemfrei entfernt werden kann.The walls of the inner chamber can be designed tion of the invention are due to a bias voltage to targeted to achieve an ion plating effect and this way ensure that avoiding any dust get a solid deposit on the inner chamber walls is, which after a certain maximum layer thickness automa chipped table and can be removed without any problems.

Als Substratträger wird vorzugsweise ein schnell auswechsel barer, in der Innenkammer gelagerter Drehteller mit einer Mehrzahl von darauf ebenfalls drehbar gelagerten und ange triebenen Satellitentellern für Werkstückhalterungen verwen det, so daß sich eine Dreifachdrehung der Werkstücke erzie len läßt.A rapid change is preferably used as the substrate carrier bar, turntable with a A plurality of rotatably mounted and attached to it driven satellite dishes for workpiece holders det, so that a triple rotation of the workpieces occurs len leaves.

Der Innenkammer sind bevorzugt mehrere, sich über die Kammer höhe erstreckende, vertikal angeordnete Verdampferquellen zugeordnet, die über den Umfang des Drehtellers verteilt sind. Durch das Zusammenspiel der Strahlungsbereiche dieser Verdampferquellen und die Ausgestaltung der Substratträger anordnung kann die Forderung erfüllt werden, daß jedes sich in der Innenkammer befindende, mehrfach rotierende Substrat an jedem Punkt seiner zu beschichtenden Oberfläche zumindest im wesentlichen zu jedem Zeitpunkt Sichtkontakt zu minde stens einer der Verdampferquellen besitzt.The inner chamber is preferably several, over the chamber vertically extending evaporator sources assigned, which is distributed over the circumference of the turntable are. Through the interaction of the radiation areas Evaporator sources and the design of the substrate carrier arrangement, the requirement that each be Multi-rotating substrate located in the inner chamber at least at every point of its surface to be coated to keep visual contact at all times has at least one of the evaporator sources.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß sich insbesondere im Zentralbereich des Substratträgers keine unerwünschten Plas ma-CVD-Reaktionen oder Plasma-CVD-ähnliche Reaktionen oder andere Plasma-Inhomogenitäten oder Plasma-Störungen einstel len können und auch kein störender Hohlkathodeneffekt auftre ten kann. Es wird vielmehr eine ausgezeichnete Plasmahomo genität im gesamten Innenkammerraum gewährleistet.This measure ensures that, in particular Central region of the substrate carrier no undesired plasma ma CVD reactions or plasma CVD-like reactions or set other plasma inhomogeneities or plasma disturbances len can and no disturbing hollow cathode effect occur can. Rather, it will be an excellent plasma homo guaranteed in the entire interior chamber space.

Besonders günstig ist es, eine Substratträgeranordnung aus einem Drehteller und drei darauf drehbar gelagerten Satelli tentellern zu verwenden, da mit einer derartigen Konfigura tion ein Optimum hinsichtlich der Beladungsmöglichkeiten einerseits und der Beschichtungsgleichmäßigkeit andererseits erreichbar ist, da bei dieser Konfiguration im Innenbereich des Substratträgers kein feldfreier Raum vorliegt, in dem sich undefinierte Plasmabedingungen einstellen könnten.It is particularly favorable to have a substrate carrier arrangement a turntable and three Satelli rotatably mounted on it to use tent plates, as with such a configuration tion an optimum in terms of loading options on the one hand and the coating uniformity on the other can be reached because with this configuration indoors of the substrate carrier there is no field-free space in which undefined plasma conditions could arise.

Für die praktische Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist es günstig, wenn die Verdampferquellen in den stabilen Außenwandungen der Vakuumkammern gehaltert sind und sich durch den eine Isolierhülle bildenden Zwischenraum in die Innenkammer erstrecken bzw. mit ihren Targetflächen Be grenzungsflächen der Innenkammer bilden. Auf diese Weise läßt sich auch ein einfaches Öffnen der Vorrichtung zu Be schickungszwecken erzielen, da ein großflächiges Aufschwen ken eines Außenwandungsbereichs zusammen mit einem zugeordne ten Bereich der Wandung der Innenkammer erfolgen kann.For the practical design of the device according to the Invention, it is advantageous if the evaporator sources in the stable outer walls of the vacuum chambers are supported and through the space forming an insulating sleeve in extend the inner chamber or Be with its target surfaces form boundary surfaces of the inner chamber. In this way can also be a simple opening of the device achieve mailing purposes because of a large-scale opening of an outer wall area together with an associated one th area of the wall of the inner chamber can take place.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfin dung sind in Unteransprüchen angegeben und werden im Zusam menhang mit der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.Further advantageous refinements and features of the Erfin tion are specified in subclaims and are together Menhang with the following description of execution examples explained with reference to the drawing.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

Fig. 1 eine schematische Querschnittdarstellung zur Erläuterung des Grundkonzepts des Aufbaus einer Vorrichtung nach der Erfindung, Fig. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the basic concept of the structure of a device according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mögli chen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einem drei Satellitentel ler aufweisenden Drehwagen, und Fig. 2 is a schematic representation of a possi ble embodiment of an apparatus according to the invention with a three satellite ler rotating car, and

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung mit einem Drehwagen mit sechs Satelliten tellern. Fig. 3 is a representation corresponding to FIG. 2 with a rotary carriage with six satellite dishes.

Fig. 1 zeigt in schematischer Weise den grundsätzlichen Auf bau einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung, die aus einer Vakuumkammer 1 und einer bezüglich der gekühlten Außenwandungen 2, 3 der Vakuumkammer 1 beabstandeten Innen kammer 5 zur Aufnahme eines oder mehrerer Substratträger be steht, wobei in Fig. 1 als Substratträger ein Drehteller 9 schematisch dargestellt ist. Fig. 1 shows in a schematic manner the basic construction of a coating device according to the invention, which consists of a vacuum chamber 1 and a spaced with respect to the cooled outer walls 2 , 3 of the vacuum chamber 1 inner chamber 5 for receiving one or more substrate carriers, wherein in Fig. 1st a turntable 9 is shown schematically as a substrate carrier.

Die Wände 2 der Vakuumkammer 1 sind zum Teil von Front- und Seitentüren 3 gebildet, und die Vakuumkammer 1 ist über ei nen Anschluß 13 mit einer entsprechenden Vakuumquelle ver bindbar, so daß im Innenraum der Vakuumkammer 1 und damit auch im eigentlichen Beschichtungsraum 12 in der Innenkam mer 5 das jeweils erforderliche Vakuum erzeugt werden kann.The walls 2 of the vacuum chamber 1 are partly formed by front and side doors 3 , and the vacuum chamber 1 is ver bindable via egg nen connection 13 with a corresponding vacuum source, so that in the interior of the vacuum chamber 1 and thus also in the actual coating space 12 in the Innenkam mer 5 the required vacuum can be generated.

Die Innenkammer 5, die bezüglich der Vakuumkammer 1 zumin dest im wesentlichen optisch dicht ausgeführt ist, wird be grenzt von Verdampferquellen 6, Heizsektoren 7 und Wandungs sektoren 8, wobei die Anordnung so getroffen sein kann, daß ein mehreckiger oder im wesentlichen zylindrischer Beschich tungsraum 12 entsteht.The inner chamber 5 , which is at least substantially optically sealed with respect to the vacuum chamber 1, is limited by evaporator sources 6 , heating sectors 7 and wall sectors 8 , the arrangement being such that a polygonal or substantially cylindrical coating space 12 arises.

Die Heizsektoren 7 sind als leistungsstarke Strahlungswärme quellen ausgebildet, und die Zahl der jeweils verwendeten Heizsektoren 7 sowie der zum Einsatz kommenden Strahlungs quellen 6 kann je nach dem vorgesehenen Einsatzzweck der Vorrichtung gewählt werden.The heating sectors 7 are designed as powerful radiant heat sources, and the number of heating sectors 7 used in each case and the radiation sources 6 used can be selected depending on the intended use of the device.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind zwei Paare von sich in einer Rechteckanordnung gegenüberliegenden Heizsektoren 7 vorgesehen, und in den Eckbereichen sind Verdampferquellen 6 angeordnet, die sich ebenfalls paarweise gegenüberliegen und sich über die Höhe der Innenkammer 5 erstrecken.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, two pairs of heating sectors 7 located opposite one another in a rectangular arrangement are provided, and in the corner regions, evaporator sources 6 are arranged, which are also located opposite one another in pairs and extend over the height of the inner chamber 5 .

Der zentrisch in der Innenkammer 5 angeordnete Substratträ ger 9 besteht aus einem im einzelnen noch zu erläuternden Drehwagen, der schnell auswechselbar gelagert ist, wozu die Vorrichtung vorzugsweise entsprechend aufschwenkbar ausgebil det ist.The centrally arranged in the inner chamber 5 Substrträ ger 9 consists of a rotary car to be explained in detail, which is quickly replaceable, for which purpose the device is preferably pivoted out ausgebil det.

Die Beladung des Substratträgers 9 erfolgt jeweils außerhalb der Vorrichtung, das heißt es kann jeweils ein Substratträ ger mit beschichteten Werkzeugen gegen einen Substratträger mit unbeschichteten Werkzeugen in Minutenschnelle ausge tauscht werden, so daß bei dadurch gewährleisteter Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Anlage dennoch zur Beladung der Werkzeuge außerhalb der Vorrichtung genügend Zeit zur Verfü gung steht.The loading of the substrate carrier 9 takes place outside of the device, that is, one substrate carrier with coated tools can be exchanged for a substrate carrier with uncoated tools in a matter of minutes, so that, while ensuring the increase in cost-effectiveness of the system, it is nevertheless possible to load the tools outside enough time is available to the device.

Durch die Schaffung einer von den gekühlten Außenwandun gen 2, 3 der Vakuumkammer 1 beabstandeten und durch einen isolierenden, plasmafreien Zwischenraum von dieser Außenkam mer 1 getrennten Innenkammer 5 gelingt es in Verbindung mit den der Innenkammer 5 zugeordneten Heizsegmenten 7, einen Raum 12 zu schaffen, auf den das Plasma beschränkt ist und der einen isothermen Beschichtungsraum bildet, der sehr schnell aufgeheizt und dabei desorbiert werden kann, wobei außerdem der Vorteil vorhanden ist, daß die Temperaturkontrolle in diesem isothermen Raum 12 vergleichsweise einfach und sicher gewährleistet werden kann. Eine starke Strahlungsheizung und deren sichere Kontrolle ist für den Betrieb der erfin dungsgemäßen Vorrichtung von wesentlicher Bedeutung.By creating a space from the cooled outer walls 2 , 3 of the vacuum chamber 1 and separated by an insulating, plasma-free space from this outer chamber 1 , the inner chamber 5 , in conjunction with the heating segments 7 assigned to the inner chamber 5 , creates a space 12 , to which the plasma is limited and which forms an isothermal coating space which can be heated and desorbed very quickly, and there is also the advantage that the temperature control in this isothermal space 12 can be ensured comparatively easily and safely. A strong radiant heater and its safe control is essential for the operation of the device according to the invention.

Die Innenkammerwandungen können an eine Bias-Spannung ange legt sein, die sicherstellt, daß sich an den Kammerwandungen kompakte Hartstoffschichten abscheiden, deren problemfreie Entfernung beispielsweise gezielt dadurch erfolgen kann, daß die Vorrichtung über einige Stunden der Atmosphäre ausge setzt wird, wobei Wasserdampf und andere Luftgase in die Schichten eindringen und sie zum Abplatzen bringen und damit eine Art von Selbstreinigungseffekt erzielt wird.The inner chamber walls can be connected to a bias voltage be placed, which ensures that the chamber walls deposit compact hard material layers, their problem-free Removal can be done, for example, in that the device was exposed to the atmosphere for a few hours is set, with water vapor and other air gases in the Penetrate layers and cause them to flake off and with it some kind of self-cleaning effect is achieved.

Praktisch führt dieser Sachverhalt dazu, daß eine große An zahl von Chargen ohne jegliche Zwischenreinigung beschichtet werden kann und damit bei herkömmlichen Anlagen unvermeidba re Reinigungskosten und teure Maschinenstillstandszeiten ent fallen.In practice, this leads to the fact that a large number number of batches coated without any intermediate cleaning can be and thus inevitable in conventional systems cleaning costs and expensive machine downtimes fall.

Als Verdampferquellen 6 werden bevorzugt solche Quellen ver wendet, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 43 29 155.4 beschrieben sind.As evaporator sources 6 , such sources are preferably used as are described in German patent application P 43 29 155.4.

Solche Magnetfeld-Kathoden besitzen ein flächig ausgebilde tes Target mit einer dem Targetzentrum zugeordneten, innen liegenden Ringspule und zumindest einer dem Targetumfangs bereich zugeordneten außenliegenden Ringspule, wobei die innenliegende Ringspule einen im Targetzentrum angeordneten Permanentmagneten umschließt und zusammen mit diesem Perma nentmagneten einen Feldlinienkonzentrator bildet. Eine der artige Magnetfeld-Kathode läßt sich problemfrei in Form eines Rechtecks ausbilden, das sich über die Höhe der Be schichtungskammer 12 erstreckt und eine zur Höhe vergleichs weise geringe Breite besitzt.Such magnetic field cathodes have a flat target with an inner ring coil assigned to the target center and at least one outer ring coil assigned to the target circumference area, the inner ring coil enclosing a permanent magnet arranged in the target center and forming a field line concentrator together with this permanent magnet. One of the magnetic field cathode can be easily formed in the form of a rectangle, which extends over the height of the loading coating chamber 12 and has a comparatively small height to the height.

Es ist auch möglich, derartige Verdampferquellen 6 im Be schichtungsraum 12 horizontal und insbesondere auch decken seitig anzuordnen, wenn dies für bestimmte Beschichtungs aufgaben zu Vorteilen führt.It is also possible to arrange such evaporator sources 6 in the coating space 12 horizontally and in particular also on the ceiling if this leads to advantages for certain coating tasks.

Der Abstand der Verdampferquellen 6 zu den auf dem Substrat träger 9 gehalterten Substraten sollte vorzugsweise minde stens etwa 150 mm betragen, um sicherzustellen, daß lokale elektrische Felder nahe an den Werkzeugen die Bahn der Ionen praktisch nicht mehr verändern. Dadurch kann erreicht wer den, daß die Ionenflußdichte auf allen Flächen des Substrats gleichmäßig ist und lokale thermische Überbelastungen, wie sie vor allem an Spitzen auftreten könnten, und andere Ober flächenmodifikationen verhindert werden. The distance between the evaporator sources 6 and the substrates supported on the substrate 9 should preferably be at least about 150 mm, to ensure that local electric fields close to the tools practically no longer change the path of the ions. This makes it possible to achieve that the ion flux density is uniform on all surfaces of the substrate and local thermal overloads, which could occur especially at peaks, and other surface modifications are prevented.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen konkreten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfin dung, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Vakuumkammer 1 einen oktoederförmigen Querschnitt besitzt und die den iso thermen Beschichtungsraum 12 umschließende Innenkammer 5 formmäßig entsprechend angepaßt ist. Fig. 2 shows a schematic representation of a possible specific embodiment of the device according to the inven tion, wherein in this embodiment, the vacuum chamber 1 has an octohedral cross-section and the inner chamber 5 enclosing the isothermal coating space 12 is correspondingly adapted in shape.

Die Verdampferquellen 6 sind dabei in den Außenwandungen 2 gehaltert und damit in vorteilhafter Weise von außen her zu gänglich. Sie erstrecken sich über den isolierenden Zwi schenraum 4 bis in die Innenkammer 5 und bilden mit ihren Targetflächen gleichzeitig Begrenzungsflächen dieser Innen kammer 5. Es sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Paare von Verdampferquellen 6 vorgesehen, wobei sich die einzelnen Verdampferquellen 6 eines Paares diametral gegenüberliegen. Zwischen jeweils zwei Verdampferquellen 6 erstreckt sich je weils ein Heizsektor 7, dessen Größe in Abhängigkeit von den in der Praxis gegebenen Forderungen gewählt werden kann und der entweder im wesentlichen die gesamte Fläche der jeweili gen Verbindungswand zwischen zwei Verdampferquellen 6 einneh men oder einen Teil dieser Verbindungsfläche bilden kann.The evaporator sources 6 are held in the outer walls 2 and are therefore advantageously accessible from the outside. They extend over the insulating Zvi's space 4 to the inner chamber 5 and form, with their target surfaces simultaneously boundary surfaces of this inner chamber. 5 In this exemplary embodiment, two pairs of evaporator sources 6 are provided, the individual evaporator sources 6 of a pair being diametrically opposite one another. Between two evaporator sources 6 each extends a heating sector 7 , the size of which can be selected depending on the requirements in practice and which either occupies essentially the entire area of the respective connecting wall between two evaporator sources 6 or a part of this connecting surface can form.

Im Beschichtungsraum 12 ist ein Substratträger in Form eines Drehtellers 9 und drei darauf drehbar angeordneten Satelli tentellern 10 vorgesehen, wobei diese Satellitenteller 10 um 120° gegeneinander versetzt angebracht sind und die eigentli chen Werkstückträger bilden. Diese Substratträgeranordnung ist so ausgebildet, daß sie in allen Richtungen für das Plas ma bestmöglich durchlässig ist, um Abschirmeffekte auszu schalten. Die Verwendung von drei Satellitentellern in der gezeigten Weise ist besonders vorteilhaft, da bei dieser An ordnung im Mittelbereich kein feldfreier Raum entsteht, in dem sich undefinierte Plasmabedingungen und gegebenenfalls störende Hohlkathodeneffekte ausbilden könnten. Die Dreh tellermitte ist demgemäß offen, wodurch sichergestellt ist, daß zum einen bereits während der Aufheizung des Beschich tungsraums 12 durch Heizflächen 7 und zum anderen vor allem während der nachfolgenden Ätz- und Beschichtungsvorgänge jedes auf den Satellitentellern angeordnete Werkzeug an jedem Punkt seiner Oberfläche möglichst zu jeder Zeit Sicht kontakt zu einer der Strahlungs- und insbesondere der Ver dampferquellen besitzt, wobei dieses Kriterium insbesondere bei den Beschichtungsvorgängen realisiert sein muß, bei den Aufheizvorgängen aber ebenfalls von Vorteil ist.In the coating chamber 12, a substrate support in the form of a turntable 9 and three on it rotatably arranged Satelli tentellern 10 provided, these satellite dish 10 are mounted offset by 120 ° and form the eigentli chen workpiece carrier. This substrate carrier arrangement is designed so that it is as permeable as possible in all directions for the plasma to switch off shielding effects. The use of three satellite dishes in the manner shown is particularly advantageous, since in this arrangement there is no field-free space in the central region in which undefined plasma conditions and possibly disruptive hollow cathode effects could develop. The center of the turntable is accordingly open, which ensures that, on the one hand, during the heating of the coating space 12 by heating surfaces 7 and, in particular, during the subsequent etching and coating processes, each tool arranged on the satellite dishes is as close as possible to its surface any time has visual contact with one of the radiation and in particular the Ver evaporator sources, this criterion must be realized in particular in the coating processes, but is also advantageous in the heating processes.

Um dieses Kriterium während der Ätz- und Beschichtungsvorgän ge gewährleisten zu können, wird die Vorrichtung vorzugswei se stets mit einer Mehrzahl von Verdampfern 6 betrieben, die sich im wesentlichen über die Höhe des Beschichtungsraums 12 erstrecken, und es wird auch darauf geachtet, daß eine mög lichst schnelle Rotation von Drehteller 9 und Satellitentel lern 10 realisiert wird.In order to be able to ensure this criterion during the etching and coating operations, the device is preferably operated with a plurality of evaporators 6 , which essentially extend over the height of the coating space 12 , and care is also taken to ensure that one is possible fast rotation of turntable 9 and satellite 10 learners is realized.

Der Antrieb der Substratträgereinheit erfolgt beispielsweise derart, daß sich die Satellitenteller 10 während einer Dre hung des Drehtellers 9 etwa drei- bis fünfmal um ihre Achse drehen, wobei die auf den Satellitentellern 10 vorgesehenen Werkzeugträger wiederum bei jeder Drehung des zugehörigen Satellitentellers über einen bestimmten Winkelbereich ge dreht werden, so daß sich insgesamt eine Dreifachdrehung der zu beschichtenden Substrate ergibt.The drive of the substrate carrier unit takes place, for example, in such a way that the satellite dishes 10 rotate about three to five times around their axis during a rotation of the rotary plate 9 , the tool carriers provided on the satellite dishes 10 in turn each time the associated satellite dish rotates over a certain angular range are rotated, so that there is a total of a triple rotation of the substrates to be coated.

Fig. 3 zeigt eine Modifikation der Vorrichtung nach Fig. 2, wobei der Drehteller 9 mit sechs gleichmäßig über seinen Umfang verteilten Satellitentellern 10 versehen ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann durch geeignete Ausge staltung und Dimensionierung der Satellitenteller 10, für die in Fig. 3 der maximal mögliche Durchmesser zeichnerisch dargestellt ist, das Kriterium erfüllt werden, daß jedes Werkzeug an jedem Punkt seiner Oberfläche praktisch zu jeder Zeit Sichtkontakt zu mindestens einer der Verdampferquel len 6 besitzt. In Abhängigkeit von den jeweiligen Beschich tungsaufgaben wird der Durchmesser der Satellitenteller 10 und auch die Anzahl der jeweils verwendeten Satellitenteller gewählt, wobei stets darauf geachtet wird, daß das Sichtkon takt-Kriterium erfüllt werden kann. FIG. 3 shows a modification of the device according to FIG. 2, the turntable 9 being provided with six satellite dishes 10 distributed uniformly over its circumference. In this embodiment, too, the criterion can be met by suitable configuration and dimensioning of the satellite dish 10 , for which the maximum possible diameter is shown in FIG. 3, that every tool has visual contact with at least one point on its surface practically at all times the Verdampferquel len 6 has. Depending on the respective coating tasks, the diameter of the satellite dish 10 and also the number of satellite dishes used in each case are selected, it being always ensured that the visual contact criterion can be met.

Bei der in Fig. 3 konkret gezeigten Ausführungsvariante mit sechs Satellitentellern 10, die umfangsmäßig nahezu an einandergrenzen, kann ein feldarmer Innenbereich 14 inner halb der Satellitenteller 10 entstehen, und in diesem Innen bereich 14 wird zum Zwecke der Vermeidung unerwünschter Plasma-CVD-Reaktionen oder Plasma-CVD-ähnlicher Reaktionen oder anderer Plasma-Inhomogenitäten oder Plasma-Störungen vorzugsweise zumindest eine weitere Verdampferquelle vorgese hen, die gegebenenfalls allseitig wirksam ist und relativ zu den rotierenden Teilen feststehend gehaltert sein kann.In the embodiment shown in FIG. 3 with six satellite plates 10 , which are almost adjacent to each other in terms of circumference, a field-poor inner region 14 can arise within the satellite plate 10 , and in this inner region 14 is used for the purpose of avoiding undesired plasma CVD reactions or Plasma-CVD-like reactions or other plasma inhomogeneities or plasma disturbances preferably provide at least one further evaporator source, which may be effective on all sides and can be fixed relative to the rotating parts.

BezugszeichenlisteReference list

1 Vakuumkammer
2 Außenwandung
3 Türen
4 isolierender Zwischenraum
5 Innenkammer
6 Verdampferquelle
7 Heizsektor
8 Wandungssektor
9 Drehteiler
10 Satellitenteller
11 Strahlungsbereich
12 Isothermer Beschichtungsraum
13 Vakuumanschluß
14 Innenbereich 1 vacuum chamber
2 outer wall
3 doors
4 insulating space
5 inner chamber
6 evaporator source
7 heating sector
8 wall sector
9 rotary dividers
10 satellite dishes
11 radiation area
12 Isothermal coating room
13 Vacuum connection
14 interior

Claims

1. Device for coating substrates with an evacuable vacuum chamber ( 1 ) with coolable Außenwan applications ( 2 , 3 ), at least one inside the vacuum chamber ( 1 ) arranged, rotating and in particular from exchangeably mounted substrate carrier ( 9 , 10 ) and at least least one to the substrate carrier ( 9 , 10 ) directed Ver evaporator source ( 6 ), characterized in that in the vacuum chamber ( 1 ) at a distance from the coolable outer walls ( 2 , 3 ) and with the formation of an insulating, plasma-free space ( 4 ) at least essentially self-contained interior chamber ( 5 ) is provided, which is limited by heating and wall sectors ( 7 , 8 ) and at least one integrated evaporator source ( 6 ) and a substrate carrier ( 9 , 10 ) receiving isotherms Coating space ( 12 ) forms.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in the inner chamber ( 5 ) a plurality, in particular diametrically opposed and at least substantially over the height of the inner chamber ( 5 ) extending de evaporator ( 6 ) are provided.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the evaporators ( 6 ) consist of magnetic field cathodes, which are in particular rectangular in shape with a small width compared to the height.

4. Apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that the evaporators ( 6 ) are arranged at least partially horizontally in the inner chamber ( 5 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the wall areas between the evaporators ( 6 ) of the inner chamber ( 5 ) are at least partially designed as radiant heating surfaces ( 7 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner chamber ( 5 ) is polygonal.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the no active functional areas forming wall sectors ( 8 ) of the inner chamber ( 5 ) have a low heat capacity.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the wall sectors ( 8 ) and the heating surfaces ( 7 ) to achieve ion plating effects are due to a preselectable bias.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator sources ( 6 ) in the outer walls ( 2 ) of the vacuum chamber ( 1 ) are held and extend over the intermediate space ( 4 ) into the inner chamber ( 5 ).

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least a portion of the outer wall ( 2 ) of the vacuum chamber ( 1 ) is designed in the form of a pivotable door ( 3 ) and that with this door area a corresponding portion of the inner chamber ( 5th ) swivel bar and thus the coating room ( 12 ) is accessible.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate carrier consists of a turntable ( 9 ) with in particular three arranged thereon, also rotatably mounted satellite dishes ( 10 ), and that this substrate carrier arrangement with respect to the evaporator ( 6 ) dimensioned in such a way and is designed such that the turntable ( 9 ) is covered by each radiation region ( 11 ) of the evaporator sources ( 6 ) at least essentially over its entire diameter.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the inner chamber ( 5 ) a central Ver evaporator source is additionally provided, which extends into a free central region of the substrate carrier ( 9 , 10 ).

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that there exist as evaporator sources ( 6 ) according to the principle of arc technology or the principle of arc discharge sources.