EP1181725A1 - Verfahren und vorrichtung zum doppelseitigen beschichten eines substrates - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum doppelseitigen beschichten eines substrates

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EP1181725A1
EP1181725A1 EP00909271A EP00909271A EP1181725A1 EP 1181725 A1 EP1181725 A1 EP 1181725A1 EP 00909271 A EP00909271 A EP 00909271A EP 00909271 A EP00909271 A EP 00909271A EP 1181725 A1 EP1181725 A1 EP 1181725A1
Authority
EP
European Patent Office
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substrate
coating
holder
coating elements
sides
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00909271A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roger WÖRDENWEBER
Wilfried Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP1181725A1 publication Critical patent/EP1181725A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
    • C23C14/541—Heating or cooling of the substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00—Superconducting devices
    • H10N60/01—Manufacture or treatment
    • H10N60/0268—Manufacture or treatment of devices comprising copper oxide
    • H10N60/0296—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers
    • H10N60/0408—Processes for depositing or forming copper oxide superconductor layers by sputtering

Definitions

  • the present invention relates to a method for double-sided coating of a substrate with, in particular, an HTS material by material deposition, in which the coating material is deposited on the substrate by means of a heating device while the substrate is heated at the same time. Furthermore, the invention relates to a device for performing the method.
  • HTS high-temperature superconductors
  • Another area of application is the production of multilayer systems and superlattice structures, where fast, reproducible deposition of layers with a defined thickness and property in the nanometer range is required.
  • the combination of buffer layers between epitaxially grown HTS layers and chemically incompatible substrates is particularly worth mentioning.
  • Other applications in the field of such layer systems are, for example, planar thin-film transformers and complex circuits.
  • the object of the invention to provide a method by means of which substrates can be coated reliably and with high quality on both sides, in particular using an HTS material.
  • This object is achieved according to the invention in that the substrate is arranged on a movable holder and is periodically passed through and coated on the holder between at least one pair of coating elements which are located opposite and facing each other on both sides of the holder.
  • the method according to the invention thus also meets the main requirement in the area of HTS deposition in the case of a double-sided coating of a substrate that a temperature homogeneity of up to ⁇ 2 ° K must be achieved during the deposition process. Therefore, substrates can be coated on both sides with high quality using the method according to the invention.
  • the holder is driven in rotation and the substrate is attached to the holder at a distance from the axis of rotation so that it executes a circular movement, wherein it is carried out on part of the circular movement between the coating elements.
  • the use of a rotating holder has the advantage that the holder and its drive can be made correspondingly simple and also the heating device which rich of the holder, on which substrates are provided, should enclose, can be correspondingly simple, for example, in the form of a sleeve. It goes without saying that windows are provided in the heating device through which the material jets generated by the coating elements provided outside the heating device can reach the holder or the substrates.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a device according to the present invention for double-sided coating of a substrate with in particular an HTS material
  • FIG. 2 in vertical section a device according to the present invention in the operating state
  • FIG. 3 shows in vertical section the device from FIG. 2 in the loaded state
  • Figure 4 shows the device of Figure 1 in section along the line A-A.
  • FIG. 1 schematically shows a device for double-sided coating of a substrate with an HTS material.
  • the device includes a holder 1 which can be rotated about a horizontal axis X and to which a substrate 2 can be attached at a distance from the axis of rotation X, and a heating device 3 which completely surrounds the holder 1.
  • Two cathodes 4, 5 are arranged opposite one another on both sides of the holder 1. net that the substrate 2 periodically passed between them during a rotation of the holder 1 and can be coated on both sides.
  • Windows 6, 7 are provided in the wall of the heating device, through which the particle streams which are generated by the cathodes 4, 5 reach the substrate 2 when the latter is passed between them.
  • the substrate 2 Since the substrate 2 is only exposed to the particle stream of the cathodes 4, 5 through the windows 6, 7 for only a short moment when it passes the cathodes 4, 5, coating on both sides can be carried out essentially without a change in temperature respectively.
  • the temperature of the substrate is thus determined practically solely by the temperature of the heating device 3, so that the temperature homogeneity of ⁇ 2 ° K required for HTS applications can easily be maintained during coating.
  • the coating sources here the cathodes 4, 5
  • the coating sources 4, 5 can work in any position, since, depending on the assembly, at least one of the coating sources 4, 5 cannot work vertically upwards. Evaporation processes are therefore difficult to use, for example the additional arrangement of baffle plates. Other problems arise when using CVD methods, in which the heater principle cannot be inserted into conventional CVD concepts. Therefore, in the present embodiment, sputtering cathodes 4, 5 and in particular magnetron cathodes are used, which, as in FIG Drawing indicated for reasons of symmetry should be mounted vertically in face-to-face arrangement. Alternatively, the coating processes by pulsed laser ablation or ion beam sputtering would be conceivable.
  • FIGS. 2 to 4 A constructive solution for a device according to the schematic diagram of FIG. 1 is shown by way of example in FIGS. 2 to 4.
  • the device includes a holder 1 in the form of a turntable, which can be driven in rotation by a motor 8.
  • substrate adapters 9 are attached on a pitch circle, which results from the number and size of the substrates 2 to be coated in one pass, by means of which a plurality of substrates 2 are attached to the turntable 1 at a distance from the axis of rotation X. can.
  • an annular heating device 3 is provided which completely surrounds the turntable 1 on the outside.
  • the heating device 3, which essentially consists of heating plates 10, radiation plates 11 and cooling plates 12, is designed to be divided in the vertical direction so that it can be opened with the substrates 2 for inserting or removing the turntable 1.
  • two pairs of cathodes 4, 5 are provided, the two cathodes 4, 5 of a pair being arranged on both sides of the turntable 1 opposite and facing each other.
  • the cathodes 4, 5 are each on the same pitch circle as the substrates 2 about the axis of rotation X arranged around so that the substrates 2 are carried out between the cathode pairs 4, 5 during a rotation of the turntable 1 and thereby coated on both sides by windows 6, 7 provided in the heating device 3 by means of the particle streams generated by the cathodes 4, 5 can be.
  • the heating device 3 is arranged rotatably about the axis X, so that the windows 6, 7 can each be positioned in front of an active pair of cathodes 4, 5.
  • the device according to the invention has a vertically divided housing 13, one housing half 13a of which is permanently installed on a substructure 14 and the other housing half 13b of which can be moved in the horizontal direction by means of a suitable drive for opening.
  • the housing 13 carries the motor 8 for the turntable and the media feedthroughs 15 for the cathodes 4, 5.
  • a vacuum device 16 is also provided on the fixed housing half 13a, through which a vacuum can be drawn in the housing.
  • the sections of the divided heating device 3 are also provided on the housing halves 13a, 13b, so that they can be moved apart or moved together with the housing 13.
  • the housing 13 is first moved apart, as shown in FIG. 3, in order to insert a turntable 1 provided with the substrates 2 to be coated into the heating device 3, which has also moved apart. Then that will Housing 13 moved together in the operating state shown in Figure 3, in which the heating device 3 forms a closed ring which completely surrounds that area of the turntable 1 on which the substrates 2 are held. The annulus formed by the heating device 3 is then heated by the heating device 3 to an operating temperature of 600 to 800 ° C. required for an HTS coating. Now the turntable 1 is set in rotation by the motor, so that the substrates 2 are carried out periodically between the cathodes 4, 5 and are coated on both sides through the windows 6, 7. The speed of rotation can be regulated to control the temperature homogeneity during the coating and is adjusted in particular so that the cooling phase in the coating area does not lead to an inadmissible temperature drop on the substrate 2.
  • the housing 13 is opened again together with the heating device 3, so that the turntable 1 with the substrates 2 provided thereon can be removed from the device.
  • the cathodes 4, 5 can have a corresponding control can be switched on or off individually.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum doppelseitigen Beschichten eines Substrats mit insbesondere einem HTS-Material durch Materialabscheidung, bei dem das Beschichtungsmaterial bei gleichzeitiger Erwärmung des Substrats (2) durch eine Heizvorrichtung (3) auf dem Substrat (2) abgeschieden wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat (2) an einem beweglichen Halter (1) zwischen wenigstens einem Paar von Beschichtungselementen (4, 5), die einander gegenüberliegend und zueinander weisend beidseitig des Halters (1) vorgesehen sind, periodisch hindurchgeführt und dabei beschichtet wird, sowie Vorrichtung zum doppelseitigen Beschichten eines Substrats (2) mit insbesondere einem HTS-Material durch Materialabscheidung mit einem Halter (1), an dem wenigstens ein Substrat (2) befestigbar ist, einer Heizvorrichtung (3) zur Erwärmung des Substrats (2) während der Beschichtung und wenigstens einem Beschichtungselement (4, 5), um das Beschichtungsmaterial auf dem Substrat abzuscheiden.

Description

Beschreibung;
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM DOPPELSEITIGEN BESCHICHTEN EINES SUBSTRATES
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum doppelseitigen Beschichten eines Substrates mit insbesondere einem HTS-Material durch Materialabscheidung, bei dem das Beschichtungsmaterial bei gleichzeitiger Erwärmung des Substrats durch eine Heizvorrichtung auf dem Substrat abgeschieden wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es existieren eine Reihe unterschiedlicher Anwendungen insbesondere im Bereich der Photovoltai und der Hochtemperatursupraleiter (HTS), in denen eine doppelseitige Beschichtung eines Substrats mit einem entsprechenden Material notwendig ist. Ein Anwendungsbeispiel aus dem HTS- Bereich stellen u.a. Mikrowellenbauelemente dar, bei denen die hochfrequente elektromagnetische Welle von der Rückseite her in das Bauelement eingespeist wird. Im Falle von Hochfrequenz-Filtern und Hochfrequenz-Resonatoren werden daher u.a. doppelseitig mit z.B. YBCO beschichtete Substrate verlangt, bei denen beide Seiten mit einem HTS- Material von hoher Qualität beschichtet sind.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Mehrlagensystemen und ÜbergitterStrukturen, wo eine schnelle, reproduzierbare Abscheidung von Schichten mit definierter Dicke und Eigenschaft im Nanometerbereich erforderlich ist. Im Bereich der Mehrlagensysteme ist insbesondere die Kombination von Pufferschichten zwischen beispielsweise epitaktisch aufgewachsenen HTS-Schichten und chemisch nicht kompatiblen Substraten zu erwähnen. Andere Anwendungen im Bereich solcher Schichtsysteme sind zum Beispiel planare Dünnschichttransformatoren und komplexe Schaltungen.
Hinsichtlich der Abscheidungen bei hohen Substrattemperaturen sind unterschiedliche Technologien wie beispielsweise thermisches Verdampfen oder Koverdampfen bekannt. Des weiteren erfolgt die Abscheidung mittels Laserabla- tion, diverser Sputtertechnologien oder auch CVD- Verfahren. Zu all diesen Verfahren wurden auch Tests hinsichtlich doppelseitiger Beschichtungen durchgeführt. In allen Fällen wurden die beiden Seiten des Substrats sukzessiv beschichtet. Dabei treten allerdings erhebliche Probleme auf, da bei der Beschichtung der zweiten Seite die erste, schon beschichtete Seite thermisch belastet wird. Dies verlangt eine immense Optimierung und bringt in jedem Fall eine Einbuße in der Schichtqualität zumindest einer der beiden aufgebrachten Lagen mit sich. Je nach Vorgehensweise werden sogar häufig beide Seiten ge- WO 00/59048 ---, PCT/EP00/01697
schädigt, da man üblicherweise die Depositionstemperatur für die zweite Beschichtung niedriger wählen muß.
Aus diesen Gründen gehen die Bestrebungen dahin, beide Seiten eines Substrats gleichzeitig (in-situ) zu beschichten. Ein Ansatz in dieser Richtung vom Forschungszentrum Karlsruhe geht in die Richtung, eine statische Beschichtung mittels zweier Hohlkathoden durchzuführen, wobei das Substrat sowohl durch das Plasma der Kathoden als auch durch eine zusätzliche, das Substrat umschließende resistive Strahlungsheizung geheizt wird. Nachteile dieses Konzepts liegen zum einen in der extrem schwierigen Einstellung und Bestimmung der Substrattemperatur, die im Falle von HTS-Anwendungen je nach Substrat nicht mehr als ± 2°K schwanken darf, und zum anderen in der durch das Heizkonzept beschränkten Größe der Kathode, die zu einer inhomogenen Abscheidung führen kann. Letzteres soll bei dem angewandten Verfahren durch eine komplizierte Taumelbewegung des Substrats kompensiert werden, was jedoch wiederum zu lokalen Schwankungen der Substrattemperatur führen kann. Eine Abscheidung von Multilagen und insbesondere Übergitterstrukturen erscheint daher mit diesem System nicht sinnvoll zu sein.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem Substrate doppelseitig mit insbesondere einem HTS-Material zuverlässig und mit hoher Qualität beschichtet werden können. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Substrat an einem bewegbaren Halter angeordnet und an dem Halter zwischen wenigstens einem Paar von Beschichtungs- elementen, die einander gegenüberliegend und zueinander weisen beidseitig des Halters vorgesehen sind, periodisch hindurchgeführt und dabei beschichtet wird. Dadurch, daß erfindungsgemäß das Substrat periodisch zwischen den Be- schichtungselementen hindurchgeführt wird und somit die Verweilzeit vor den Beschichtungselementen vergleichsweise kurz ist, wird erreicht, daß im Gegensatz zu den bisher bekannten Konzepten die Temperatur des Substrats mit der Temperatur der Heizvorrichtung, welche den Halter mit dem Substrat umgibt, identisch ist. Damit genügt das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer doppelseitigen Beschichtung eines Substrats dem Haupterfordernis im Bereich der HTS-Abscheidung, daß während des Abscheideprozesses eine Temperaturhomogenität bis zu ± 2°K realisiert werden muß. Es können daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Substrate doppelseitig mit hoher Qualität beschichtet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Halter rotierend angetrieben und das Substrat beabstandet von der Drehachse an dem Halter angebracht wird, so daß es eine Kreisbewegung ausführt, wobei es auf einem Teil der Kreisbewegung zwischen den Beschichtungselementen durchgeführt wird. Die Verwendung eines rotierenden Halters hat den Vorteil, daß der Halter und sein Antrieb entsprechend einfach ausgebildet sein können und auch die Heizvorrichtung, welche zumindest diejenigen Be- reiche des Halters, an denen Substrate vorgesehen sind, umschließen sollte, entsprechend einfach beispielsweise in Form einer Manschette ausgebildet sein kann. Es versteht sich, daß in der Heizvorrichtung Fenster vorgesehen sind, durch welche die von den außerhalb der Heizvorrichtung vorgesehenen Beschichtungselementen erzeugte Materialstrahlen zu dem Halter bzw. den Substraten gelangen können.
Erfindungsgemäß besteht weiterhin die Möglichkeit, mehrere Substrate an dem Halter anzubringen, wobei diese im Falle eines rotierenden Halters auf einem gemeinsamen Radius liegen sollten, so daß sie nacheinander periodisch zwischen den Beschichtungselementen durchgeführt werden. Hierdurch können gleichzeitig mehrere Substrate beschichtet werden.
Des weiteren können auch mehrere Paare von Beschichtungselementen vorgesehen sein, wobei die Substrate an dem Halter dann nacheinander zwischen den Paaren von Beschichtungselementen durchgeführt werden. Hierdurch wird die Möglichkeit eröffnet, die Aufwachsrate zu erhöhen, indem mit den Paaren von Beschichtungselementen gleiche Materialien auf dem Substrat abgeschieden werden. Außerdem können auch Mehrlagensysteme oder komplizierte Übergitter ein- oder doppelseitig abgeschieden werden. Bei der Abscheidung von Mehrlagensystemen besteht die Möglichkeit, die Beschichtungselemente über eine entsprechende Steuerung zur Aufbringung einer Schicht aus einem bestimmten Material nur zeitweilig zu aktivieren. Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zum doppelseitigen Beschichten eines Substrats mit insbesondere einem HTS-Material,
Figur 2 im Vertikalschnitt eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Betriebszustand,
Figur 3 im Vertikalschnitt die Vorrichtung aus Figur 2 im Beladezustand und
Figur 4 die Vorrichtung aus Figur 1 im Schnitt entlang der Linie A-A.
In Figur 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum doppelseitigen Beschichten eines Substrats mit einem HTS- Material dargestellt. Zu der Vorrichtung gehören ein rotierend um eine horizontale Achse X antreibbarer Halter 1, an dem beabstandet von der Drehachse X ein Substrat 2 anbringbar ist, und eine Heizvorrichtung 3, die den Halter 1 vollständig umgibt. Beidseitig des Halters 1 sind einander gegenüberliegend zwei Kathoden 4, 5 so angeord- net, daß das Substrat 2 bei einer Drehung des Halters 1 periodisch zwischen ihnen hindurchgeführt und dabei beidseitig beschichtet werden kann. In der Wandung der Heizvorrichtung sind dabei Fenster 6, 7 vorgesehen, durch welche die Teilchenströme, welche von den Kathoden 4, 5 erzeugt werden, zu dem Substrat 2 gelangen, wenn dieses zwischen ihnen hindurchgeführt wird. Da das Substrat 2 jeweils lediglich für einen kurzen Moment, wenn es an den Kathoden 4, 5 vorbeiläuft, dem durch die sich dort befindenden Fenster 6, 7 dem Teilchenstrom der Kathoden 4, 5 ausgesetzt wird, kann das beidseitige Beschichten im wesentlichen ohne eine Temperaturänderung erfolgen. Die Temperatur des Substrats wird somit praktisch allein durch die Temperatur der Heizvorrichtung 3 bestimmt, so daß während des Beschichtens die für HTS-Anwendungen erforderliche Temperaturhomogenität von ± 2°K ohne weiteres eingehalten werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform ist wesentlich, daß die Beschichtungsquellen, hier die Kathoden 4, 5, lageunabhängig arbeiten können, da abhängig von der Montage zumindest eine der Beschichtungsquellen 4, 5 nicht vertikal nach oben gerichtet arbeiten kann. Daher sind Verdampferverfahren nur mit Schwierigkeiten, zum Beispiel der zusätzlichen Anordnung von Umlenkblechen, anwendbar. Andere Probleme treten bei der Verwendung von CVD- Verfahren auf, bei denen das Heizerprinzip nicht in übliche CVD-Konzepte eingefügt werden kann. Daher werden in der vorliegenden Ausführungsform Sputterkathoden 4, 5 und insbesondere Magnetronkathoden eingesetzt, die wie in der Zeichnung angedeutet aus Symmetriegründen vertikal in Face-to-Face-Anordnung montiert werden sollten. Alternativ wären durchaus die Beschichtungsverfahren durch gepulste Laserablation oder über lonenstrahl-Zerstäubung denkbar .
In den Figuren 2 bis 4 ist beispielhaft eine konstruktive Lösung für Vorrichtung gemäß der Prinzipskizze von Figur 1 dargestellt. Zu der Vorrichtung gehört ein Halter 1 in Form einer Drehscheibe, die durch einen Motor 8 rotierend angetrieben werden kann. An der Drehscheibe 1 sind auf einem Teilkreis, der sich aus der Anzahl und der Größe der in einem Durchgang zu beschichtenden Substrate 2 ergibt, Substratadapter 9 angebracht, über welche eine Mehrzahl von Substraten 2 mit Abstand von der Drehachse X an der Drehscheibe 1 angebracht werden kann. Im Bereich der Substrate 2 ist eine ringförmige Heizvorrichtung 3 vorgesehen, die die Drehscheibe 1 außen ganz umschließt. Die Heizvorrichtung 3, die im wesentliche aus Heizplatten 10, Strahlungsblechen 11 und Kühlplatten 12 besteht, ist in vertikaler Richtung geteilt ausgeführt, damit sie zum Einsetzen bzw. Entnehmen der Drehscheibe 1 mit den Substraten 2 geöffnet werden kann.
Außerhalb der Heizvorrichtung 3 sind zwei Kathodenpaare 4, 5 vorgesehen, wobei die beiden Kathoden 4, 5 eines Paares jeweils auf beiden Seiten der Drehscheibe 1 einander gegenüberliegend und zueinander gerichtet angeordnet sind. Die Kathoden 4, 5 sind dabei jeweils auf dem gleichen Teilkreis wie die Substrate 2 um die Drehachse X herum angeordnet, so daß die Substrate 2 bei einer Rotation der Drehscheibe 1 jeweils zwischen den Kathodenpaaren 4 , 5 durchgeführt und dabei durch Fenster 6 , 7 , die in der Heizvorrichtung 3 vorgesehen sind, mittels der von den Kathoden 4 , 5 erzeugten Teilchenströme beidseitig beschichtet werden können. Die Heizvorrichtung 3 ist dabei um die Achse X drehbar angeordnet, so daß die Fenster 6, 7 jeweils vor einem aktiven Kathodenpaar 4, 5 positioniert werden können.
Wie in den Figuren 2 und 3 erkennbar ist, besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein vertikal geteiltes Gehäuse 13, dessen eine Gehäusehälfte 13a auf einem Unterbau 14 fest installiert ist und dessen andere Gehäusehälfte 13b in horizontaler Richtung mittels eines geeigneten Antriebs zum Öffnen verfahrbar ist. Das Gehäuse 13 trägt den Motor 8 für die Drehscheibe sowie die Mediendurchführungen 15 für die Kathoden 4, 5. An der feststehenden Gehäusehälfte 13a ist weiterhin eine Vakuumeinrichtung 16 vorgesehen, durch welche in dem Gehäuse ein Vakuum gezogen werden kann. Außerdem sind an den Gehäusehälften 13a, 13b auch die Abschnitte der geteilt ausgeführten Heizvorrichtung 3 vorgesehen, so daß diese zusammen mit dem Gehäuse 13 auseinander- bzw. zusammengefahren werden kann.
Zum Beschichten von Substraten 2 wird das Gehäuse 13 zunächst auseinandergefahren, wie es in Figur 3 dargestellt ist, um eine mit den zu beschichtenden Substraten 2 versehene Drehscheibe 1 in die ebenfalls auseinandergefahrene Heizvorrichtung 3 einzusetzen. Anschließend wird das Gehäuse 13 in den in Figur 3 dargestellten Betriebszustand zusammengefahren, in dem die Heizvorrichtung 3 einen geschlossenen Ring bildet, der denjenigen Bereich der Drehscheibe 1, an welchem die Substrate 2 gehalten sind, vollständig umschließt. Anschließend wird der von der Heizvorrichtung 3 gebildete Ringraum durch die Heizvorrichtung 3 auf eine für eine HTS-Beschichtung erforderliche Betriebstemperatur von 600 bis 800° C, erwärmt. Nun wird die Drehscheibe 1 durch den Motor in Drehung versetzt, so daß die Substrate 2 periodisch zwischen den Kathoden 4, 5 durchgeführt und dabei durch die Fenster 6,7 beidseitig beschichtet werden. Die Rotationsgeschwindigkeit ist dabei zur Steuerung der Temperaturhomogenität während des Beschichtens regelbar und wird insbesondere so eingestellt, daß die Abkühlphase im Beschichtungsbe- reich nicht zu einer unzulässigen Temperaturabsenkung am Substrat 2 führt.
Nach dem Beschichten wird das Gehäuse 13 wieder zusammen mit der Heizvorrichtung 3 geöffnet, so daß die Drehscheibe 1 mit den daran vorgesehenen Substraten 2 aus der Vorrichtung entnommen werden kann.
Bei der dargestellten Ausführungsform, ist es auch möglich, durch eine geeignete Anzahl von aktiven Kathodenpaaren 4, 5 ein- und beidseitig an den Substraten 2 Mehrlagensysteme oder Übergitterstrukturen herzustellen. Bei mehreren aktiven Kathodenpaaren 4, 5 muß auch eine entsprechende Anzahl von Fenstern in der Heizvorrichtung 3 vorgesehen sein. Dabei können die Kathoden 4, 5 über eine entsprechende Steuerung einzeln zu- oder abgeschaltet werden.

Claims

Ansprüche :
1. Verfahren zum doppelseitigen Beschichten eines Substrates mit insbesondere einem HTS-Material durch Materialabscheidung, bei dem das Beschichtungsmaterial bei gleichzeitiger Erwärmung des Substrats (2) durch eine Heizvorrichtung (3) auf dem Substrat (2) abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) an einem bewegbaren Halter (1) angeordnet und an dem Halter ( 1 ) zwischen wenigstens einem Paar von Beschichtungselementen (4, 5), die einander gegenüberliegend und zueinander weisend beidseitig des Halters (1) vorgesehen sind, periodisch hindurchgeführt und dabei beschichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (1) rotierend angetrieben und das Substrat (2) beabstandet von der Drehachse (X) an dem Halter (1) angebracht wird, so daß es eine Kreisbewegung ausführt, wobei es auf einem Teil der Kreisbewegung zwischen den Beschichtungselementen (4, 5) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Substrate (2) an dem Halter (1) angebracht und bei dessen Bewegung nacheinander periodisch zwischen den Beschichtungselementen (4, 5) hindurchgeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (2) auf einem gemeinsamen Radius an dem Halter (1) angebracht werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von Beschichtungselementen (4, 5) vorgesehen sind und das wenigstens ein Substrat (2) an dem Halter (1) zwischen den Paaren von Beschichtungselementen (4, 5) nacheinander durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung eines rotierenden Halters ( 1 ) die Paare von Beschichtungselementen (4, 5) jeweils auf einem Radius um die Drehachse (X) des Halters (1) angeordnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, daß mit den Paaren von Beschichtungselementen (4, 5) unterschiedliche Materialien auf dem Substrat (2) abgeschieden werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungselemente (4, 5) zur Erzeugung von Mehrlagenschichten auf einer oder beiden Seiten des Substrats (2) jeweils zeitweise aktiviert werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungselemente (4, 5) zur Erzeugung von Übergittern auf einer oder beiden Seiten des Substrats (2) vorgesehen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung über ein Sput- terverfahren aufgebracht wird und daß als Beschichtungselemente Sputterkathoden (4, 5) und insbesondere Magnetronkathoden eingesetzt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch gepulste Laserablation erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Beschichtungselemente (4, 5) verwendet werden, die lageunabhängig arbeiten können.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest diejenigen Bereiche des Halters (1), an denen Substrate vorgesehen sind, von der Heizvorrichtung (3) eingeschlossen wer- den und die Beschichtung durch Fenster in der Heizvorrichtung (3) erfolgt.
14. Vorrichtung zum doppelseitigen Beschichten eines Substrates (2) mit insbesondere einem HTS-Material durch Materialabscheidung mit einem Halter (1), an dem wenigstens ein Substrat (2) befestigbar ist, einer Heizvorrichtung (3) zur Erwärmung des Substrats (2) während der Beschichtung und wenigstens einem Be- schichtungselement (4, 5), um das Beschichtungsmaterial auf dem Substrat (2) abzuscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (2) an einem rotierend bewegbaren Halter (1) beabstandet von dessen Drehachse (X) angebracht ist und wenigstens ein Paar von Beschichtungselementen (4, 5) einander gegenüberliegend und zueinander weisend beidseitig des Halters (1) vorgesehen und so angeordnet sind, daß das an dem Halter (1) angebrachte Substrat (2) bei einer Drehbewegung des Halters (1) periodisch zwischen den Beschichtungselementen (4, 5) durchgeführt wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Halter (1) mehrere Substrate (2) auf einem gemeinsamen Radius, welcher dem Abstand der Beschichtungselemente (4, 5) von der Drehachse (X) entspricht, anbringbar sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Paare von auf beiden Seiten des Halters (1) einander gegenüberliegend und zueinander weisend angeordneten Beschichtungselementen (4, 5) vorgesehen sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von Beschichtungselementen (4, 5) jeweils zur Abscheidung von unterschiedlichen Materialien auf dem Substrat (2) bestimmt sind.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorgesehen ist, um die Beschichtungselemente (4, 5) zur Erzeugung von Mehrlagenschichten auf einer oder beiden Seiten des Substrats (2) jeweils zeitweise zu aktivieren.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung vorgesehen ist, um die Beschichtungselemente (4, 5) zur Erzeugung von Mehrlagensystemen auf einer oder beiden Seiten des Substrats (2) jeweils zeitweise zu aktivieren.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungselemente (4, 5) als Kathoden ausgebildet sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungselemente als Sputterkathoden (4, 5), insbesondere als Magnetronkathoden, ausgebildet sind.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungselemente (4, 5) zur Beschichtung des Substrats (2) durch gepulste Laserablation geeignet sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (3) zumindest die Bereiche des Halters (1), an denen Substrate (2) angeordnet sind, umschließt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungselemente (4, 5) außerhalb der Heizvorrichtung (3) angeordnet sind und die Heizvorrichtung (3) Fenster (6, 7) aufweist, durch welche von den Beschichtungselementen (4, 5) erzeugte Materialstrahle zu dem Substrat (2) gelangen können.
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