EP4370726A1 - Vorrichtung und verfahren zur beschichtung eines substrates - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur beschichtung eines substrates

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EP4370726A1
EP4370726A1 EP22751316.5A EP22751316A EP4370726A1 EP 4370726 A1 EP4370726 A1 EP 4370726A1 EP 22751316 A EP22751316 A EP 22751316A EP 4370726 A1 EP4370726 A1 EP 4370726A1
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EP
European Patent Office
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substrate
coating
vacuum chamber
adhesion roller
particles
Prior art date
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Pending
Application number
EP22751316.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Bandorf
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering

Definitions

  • the invention relates to a device for coating a substrate with a vacuum chamber and at least one vacuum pump, which is set up to evacuate the vacuum chamber, and at least one substrate holder, which is arranged inside the vacuum chamber and is set up to hold the substrate to be coated, wherein at least one device for producing a coating is also arranged in the vacuum chamber. Furthermore, the invention relates to a corresponding coating method.
  • PVD, CVD and PECVD coating methods are known from practice, with which thin layers can be produced on surfaces.
  • electrically insulating layers can be produced on electrically conductive components.
  • Other applications are, for example, coatings on architectural glass or anti-wear layers or anti-friction layers on machine components.
  • the invention is therefore based on the object of increasing the layer quality of a coating applied in a vacuum coating process.
  • a device for coating a substrate contains at least one vacuum chamber with at least one vacuum pump which is set up to evacuate the vacuum chamber.
  • Other elements known per se can be arranged on or in the vacuum chamber, such as partial pressure measuring devices, total pressure measuring devices or devices for diagnostics or monitoring of the layer quality, the layer thickness or the surface of the substrate to be coated.
  • the at least one vacuum pump can be any vacuum pump suitable for the planned final pressure, for example a cryopump, a turbomolecular pump, a diffusion pump, a scroll pump, a rotary vane pump or any other vacuum pump.
  • At least one substrate holder is located within the vacuum chamber and is set up to hold the substrate to be coated.
  • the substrate holder can be set up and intended to move the substrate within the vacuum chamber, for example from the effective area of a diagnostic device to a device for producing a coating or, after coating has taken place, back to a diagnostic device or to a lock, which allows remove the substrate from the vacuum chamber without breaking the vacuum.
  • the substrate holder can contain a heating and/or cooling device in order to bring the substrate to a predeterminable temperature.
  • the substrate holder can contain at least one measuring device which can, for example, record temperature, electrical resistance, optical properties, layer thickness, defect density or other measured values of the substrate or the applied coating in situ.
  • At least one device for producing a coating is also located in the vacuum chamber.
  • the device for producing a coating can be set up to apply a coating to at least one surface of the substrate or at least a partial area of the surface of the substrate by means of a PVD or a CVD or a PECVD method.
  • the device for producing a coating can be selected from at least one plasma coating source and/or at least one magnetron and/or at least one evaporation source.
  • the coating produced in this way can be electrically conductive or insulating. It can be optically transparent or opaque. As an optical filter, it can transmit part of the electromagnetic spectrum or reflect another part.
  • the vacuum chamber also contains at least one cleaning device which contains at least one adhesion roller which can be guided over a surface of the substrate and which is set up to bind particles adhering to the substrate.
  • an uncleaned or pre-cleaned substrate can be introduced into the vacuum chamber and cleaned immediately before the coating is applied.
  • Recontamination with particles is ruled out on the one hand by the fact that the coating can take place immediately after cleaning, so that recontamination is already ruled out purely in terms of time.
  • the interior of the evacuated vacuum chamber can have a lower particle density, so that there are no sources of dirt in the vicinity of the substrate or the surface to be coated, the particles of which could get onto the surface to be coated. If the cleaning device and the device for producing a coating are arranged in one and the same vacuum chamber, the loading density of the surface to be coated with particles can be reduced compared to known devices.
  • the cleaning device can be arranged within the vacuum chamber in which the coating is also produced on the surface of the substrate.
  • the device for producing a coating for example at least one plasma coating source and/or at least one magnetron and/or at least one evaporation source, is therefore located in the same vacuum chamber as the cleaning device.
  • the cleaning methods known from the prior art cannot be used in a vacuum.
  • the adhesive roller can be provided with a drive which, on the one hand, enables a linear or circular movement of the adhesive roller on the substrate and, on the other hand, generates a contact pressure so that adhering particles are transferred to the adhesive roller with sufficient probability and, on the other hand, damage to the substrate surface is avoided.
  • the drive device of the adhesion roller can be arranged inside or outside the vacuum chamber. The movement can be transmitted via connecting rods from a drive arranged outside the vacuum chamber to the adhesion roller arranged inside the vacuum chamber.
  • the push rods can be accommodated in a sealing manner via sliding seals or fault bellows in the wall of the vacuum chamber.
  • the adhesive roller may contain or consist of an elastomer.
  • An elastomer can bind particles mechanically or electrostatically and thus ensure a good cleaning result or particle-free surface to be coated.
  • the device can also contain an electrical voltage source with which a charge can be applied to the adhesion roller. This can support the electrostatic binding of the particles to the adhesion roller. The charge can be applied contact-free by exposing the adhesive roller to an electric field. In other embodiments of the invention, the adhesion roller or its surface can be exposed to a plasma. In yet other embodiments of the invention, the adhesion roller can be in mechanical contact with a conductive electrode, which applies an electrical charge to the adhesion roller. In some embodiments of the invention, the device can further contain at least one collecting device, which can be guided over the surface of the adhesion roller and which is set up to bind particles adhering to the adhesion roller. This makes it possible to clean the surface of the adhesion roller in a vacuum, so that the operating time between necessary maintenance intervals can be extended.
  • an electrical voltage source with which a charge can be applied to the adhesion roller. This can support the electrostatic binding of the particles to the adhesion roller. The charge can be applied contact-free by
  • the collecting device can contain or consist of an adhesive film over which the adhesive roller is rolled, with particles adhering to the adhesive roller being transferred to the adhesive film.
  • the adhesive film can be unrolled over a supply roller and rolled up on a collection roller after use to save installation space and extend the operating time between maintenance intervals.
  • the coating although used in the present description in the singular, can be composed of several thin layers deposited one on top of the other, for example in order to realize interference filters or to improve adhesion. In some embodiments of the invention, the coating can therefore be applied in a number of sequential process steps. In some embodiments of the invention, cleaning with the cleaning device according to the invention can take place between at least two of the sequential method steps in order to remove particles adhering to the substrate or to reduce their number.
  • the device may include a plurality of adhesion rollers. This means that if one adhesive roller is dirty, another adhesive roller can be used without the vacuum chamber having to be opened. This allows the operating time of the device between necessary maintenance intervals .
  • the device can be set up to smuggle a first adhesion roller out of the vacuum chamber via a sluice and to smuggle a second adhesion roller into the vacuum chamber via the sluice. This means that if one adhesive roller is dirty, another adhesive roller can be used without the vacuum chamber having to be opened. As a result, the operating time of the device between necessary maintenance intervals can be extended.
  • the vacuum chamber can be evacuated to less than about 1-10 -5 mbar with the at least one vacuum pump. In other embodiments of the invention, the vacuum chamber can be evacuated to less than about 1-10 -6 mbar with the at least one vacuum pump. In still other embodiments of the invention, the vacuum chamber can be evacuated to less than 1-10 -7 bar with the at least one vacuum pump. This avoids contamination from the residual gas, which can negatively affect the quality of the coating.
  • the coating applied according to the invention can have a layer thickness of approximately 1 nm to approximately 20 mpi or approximately 2 nm to approximately 8 mpi. In other embodiments of the invention, the layer thickness can be between about 10 nm and about 80 nm. In yet other embodiments of the invention, the layer thickness can be between approximately 5 nm and approximately 100 nm. Thin coatings in particular require the surface to be coated to be particle-free, since even small particles lead to defects or pinholes in the coating.
  • particles can be removed from the surface of the substrate that have a diameter from about 10 mpibi to about 50 nm, or from about 1 mpibi to about 90 nm, or from about 500 nm to about 100 nm.
  • such small particles are difficult to remove from the surface, but they have a lasting effect on the quality of the applied coating, particularly in the case of thin layers.
  • the cleaning device proposed according to the invention using an adhesion roller also enables the removal of very small particles down to a few nanometers, so that high-quality coatings can be produced.
  • the substrate may be or include a rigid material.
  • a rigid material is one that cannot be wound up like a web of film. Slight deformability is not important here; this can also be the case with a rigid material within the meaning of the invention.
  • FIG. 1 shows a cross section through a coated substrate.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention according to a first embodiment.
  • FIG. 3 shows a device according to the invention according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a coated substrate 2 according to the prior art.
  • the substrate 2 has a to be coated surface 201 on.
  • the substrate 2 can be a semiconductor component, for example, which is to be provided with semiconducting and/or conducting and/or insulating layers.
  • the substrate 2 can be a tool or a machine element.
  • the substrate 2 may be architectural glass or automotive glazing.
  • the coating can be, for example, an insulating layer, a conductor track, a sliding layer, an anti-corrosion layer or an optical coating or filter layer, for example an infrared-reflecting coating.
  • the coating 29 can have a thickness of from about 5 nm to about 500 nm, or from about 100 nm to about 500 nm, or from about 10 nm to about 100 nm.
  • FIG. 1 shows an example of a particle 25.
  • the particles 25 represent contamination, for example organic or inorganic fine dust, which is transported with the atmospheric air onto the substrate 2 and adheres there.
  • the particles 25 can, for example, have a diameter of about 50 nm to about 10 mpi or of about 90 nm to 1 mpi or of about 100 nm to about 500 nm.
  • FIG. 1 shows that the diameter of the particles 25 is the same as or slightly larger than the thickness of the coating 29. The particles 25 thus lead to a defect or damage in the coating 29. This can result in the substrate 2 being unusable and must be discarded during quality control of the manufactured products.
  • adhering particles 25 are removed from the substrate 2 outside the vacuum chamber of the coating system, for example by means of compressed air or ultrasonic cleaning.
  • the substrate 2 is then introduced into the vacuum chamber of the coating system and is provided with the coating 29 there.
  • This procedure has the disadvantage that impurities in the form of particles 25 can get onto the surface 201 of the substrate 2 again between the end of the cleaning step and introduction into the vacuum chamber of the coating system.
  • FIG. 2 shows a cross section through a first embodiment of a device according to the present invention.
  • FIG. 2 shows the interior of a box coater with a vacuum chamber, not shown, which can be evacuated by means of a vacuum pump, also not shown.
  • a plurality of substrates 2 can then be coated using a device, not shown, for producing a coating in a PVD or a CVD method or a PECVD method.
  • FIG. 2 shows a cleaning device 4 according to the present invention.
  • This includes an adhesion roller 40 which contains or consists of an elastomer.
  • the surface 401 of the adhesion roller 40 is rolled over the surfaces 201 of the substrates 2 so that particles 25 adhering to the substrates 2 adhere to the adhesion roller 40 and are thus removed from the substrate 2 .
  • a collecting device 41 is available for cleaning the surface 401 of the adhesion roller 40 .
  • the collecting device 41 has a surface 411 which is rolled over the surface 401 of the adhesion roller 40 and binds particles adhering to the adhesion roller 40 .
  • the adhesion roller 40 cleaned in this way can then either be guided over the identical substrate 2 again for fine cleaning or be guided over another substrate 2 so that all substrates are gradually cleaned inside the vacuum chamber and thus prepared for coating.
  • the collection device 41 can contain, for example, an adhesive tape which, after being used once, is disposed of together with the particles adhering to the adhesion roller 40 .
  • Both the adhesion roller and the collection device can be made of materials which have a comparatively high vapor pressure.
  • the cleaning device 4 according to the invention can also be used in high vacuum at a base pressure of 1-10 -5 mbar or 1-10 -6 mbar or 1-10 -7 mbar or less.
  • FIG. 1 A second embodiment of the present invention is illustrated with reference to FIG. Identical components of the invention are provided with the same reference symbols, so that the following description is limited to the essential differences.
  • FIG. 3 shows a vacuum chamber 10 which is connected to a vacuum pump 11 .
  • the vacuum pump 11 can be, for example, a turbomolecular pump, a cryopump or another known gas-conveying or gas-binding pump. This is set up and intended to generate a pressure of 1-10 -5 mbar or 1-10 -6 mbar or 1-10 -7 mbar or less within the vacuum chamber 10 .
  • the substrate holder 20 is designed and intended to move and position the substrate 2 within the vacuum chamber 10 .
  • the coating system contains a cleaning device 4 in the form of an adhesion roller 40 with a surface 401.
  • the adhesion roller 40 is set up to be rolled over the surface 201 of the substrate 20 in order to remove adhering particles in this way.
  • an optional electric voltage source 45 can be present, which applies a charge to the surface 401 of the adhesion roller 40, for example by means of an electric field, a plasma or direct contact.
  • the adhesion roller 40 electrostatically charged in this way can bind particles 25 from the surface 201 of the substrate 2 with greater efficiency.
  • the substrate 2 or at least part of its upper surface 201 has been cleaned in this way and freed from particles, it can be moved within the same vacuum chamber 10 without breaking the vacuum into the effective range of a device 3 for producing a coating.
  • the coating 29 is then applied by means of the device 3 in a PVD or a CVD or a PECVD method.
  • the coating 29 can have a higher quality than is obtainable with known methods and devices.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Beschichtung eines Substrates (2) mit einer Vakuumkammer (10) und zumindest einer Vakuumpumpe (11), welche dazu eingerichtet ist, die Vakuumkammer (10) zu evakuieren, und mit zumindest einer Substrathalterung (20), welche innerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet und dazu eingerichtet ist, das zu beschichtende Substrat (2) aufzunehmen, und mit zumindest einer Einrichtung (3) zur Erzeugung einer Beschichtung, welche innerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet ist, wobei die Vakuumkammer (10) weiterhin zumindest eine Reinigungsvorrichtung (4) enthält, welche zumindest eine Adhäsionswalze (40) enthält, welche über eine Oberfläche (201) des Substrates (2) führbar ist und welche dazu eingerichtet ist, auf dem Substrat (2) anhaftende Partikel (25) zu binden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrates (2).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung eines Substrates
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates mit einer Vakuumkammer und zumindest einer Vakuumpumpe, welche dazu eingerichtet ist, die Vakuumkammer zu evakuieren, sowie zumindest einer Substrathalterung, welche innerhalb der Vakuumkammer angeordnet und dazu einge richtet ist, das zu beschichtende Substrat aufzunehmen, wobei in der Vakuumkammer weiterhin zumindest eine Einrich tung zur Erzeugung einer Beschichtung angeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Be schichtungsverfahren .
Aus der Praxis sind PVD-, CVD- und PECVD-Beschichtungsver- fahren bekannt, mit welchen dünne Schichten auf Oberflächen erzeugt werden können. Beispielsweise können elektrisch isolierende Schichten auf elektrisch leitfähigen Bauteilen erzeugt werden. Andere Anwendungsfälle sind beispielsweise Beschichtungen auf Architekturglas oder Verschleißschutz schichten oder Gleitschichten auf Maschinenkomponenten.
Befinden sich auf der zu beschichtenden Oberfläche Partikel, können diese bei der Herstellung der Beschichtung zu Defekten oder Abschattungen führen. Hierdurch kann die Qualität der Beschichtung negativ beeinträchtigt werden.
Zur Lösung dieses Problems ist bekannt, die zu beschichten den Oberflächen vor dem Einbringen in die Vakuumkammer zu reinigen, beispielsweise durch Abblasen mit Druckluft, durch Reinigung im Ultraschallbad oder durch Abbürsten. Diese bekannten Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass die zu beschichtenden Bauteile nach der Reinigung zur Beschich tungsvorrichtung transportiert werden müssen und dabei er neut mit Partikeln kontaminiert werden können. Darüber hinaus ist bekannt, die zu beschichtenden Substrate im Vakuum auf erhöhte Temperatur zu bringen, um auf diese Weise organische Partikel durch Oxidation, Reduktion oder thermische Dekomposition zu entfernen. Anorganische Verun reinigungen lassen sich dadurch jedoch schwer bis gar nicht entfernen. Darüber hinaus ist ein solcher Reinigungsschritt im Vakuum zeit- und energieaufwendig.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, die Schichtqualität einer in einem Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebrachten Beschichtung zu erhöhen .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates vorgeschlagen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält zumindest eine Vakuumkammer mit zumindest einer Vakuumpumpe, welche dazu eingerichtet ist, die Vakuumkammer zu evakuieren. An bzw. in der Vakuumkammer können weitere, an sich bekannte Elemente angeordnet sein, wie beispielsweise Partialdruckmessgeräte, Totaldruckmess geräte oder Einrichtungen zur Diagnostik oder Überwachung der Schichtqualität, der Schichtdicke oder der zu beschich tenden Oberfläche des Substrates. Die zumindest eine Vakuum pumpe kann jede für den geplanten Enddruck geeignete Vakuum pumpe sein, beispielsweise eine Kryopumpe, eine Turbo- molekularpumpe, eine Diffusionspumpe, eine Scrollpumpe, eine Drehschieberpumpe oder jede andere Vakuumpumpe. Innerhalb der Vakuumkammer befindet sich zumindest eine Substrathalterung, welche dazu eingerichtet ist, das zu beschichtende Substrat aufzunehmen. Die Substrathalterung kann dazu eingerichtet und bestimmt sein, das Substrat innerhalb der Vakuumkammer zu bewegen, beispielsweise vom Wirkbereich einer diagnostischen Einrichtung hin zu einer Einrichtung zur Erzeugung einer Beschichtung oder nach erfolgter Beschichtung zurück zu einer diagnostischen Ein richtung oder zu einer Schleuse, welche es erlaubt, das Substrat aus der Vakuumkammer zu entfernen, ohne das Vakuum zu brechen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Substrathalterung eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung enthalten, um das Substrat auf eine vorgebbare Temperatur zu bringen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Substrathalterung zumindest eine Messeinrichtung enthalten, welche beispielsweise Temperatur, elektrischen Widerstand, optische Eigenschaften, Schichtdicke, Defektdichte oder andere Messwerte des Substrates oder der aufgebrachten Be schichtung in-situ erfassen kann.
In der Vakuumkammer befindet sich weiterhin zumindest eine Einrichtung zur Erzeugung einer Beschichtung. Die Einrich tung zur Erzeugung einer Beschichtung kann dazu eingerichtet sein, auf zumindest eine Oberfläche des Substrates oder zu mindest eine Teilfläche der Oberfläche des Substrates mittels eines PVD- oder eines CVD- oder eines PECVD-Ver- fahrens eine Beschichtung aufzubringen. Beispielsweise kann die Einrichtung zur Erzeugung einer Beschichtung ausgewählt sein aus zumindest einer Plasmabeschichtungsquelle und/oder zumindest einem Magnetron und/oder zumindest einer Ver dampfungsquelle. Die solchermaßen erzeugte Beschichtung kann elektrisch leitfähig oder isolierend sein. Sie kann optisch transparent oder opak sein. Sie kann als optischer Filter einen Teil des elektromagnetischen Spektrums transmittieren oder einen anderen Teil reflektieren. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass die Vakuum kammer weiterhin zumindest eine Reinigungsvorrichtung ent hält, welche zumindest eine Adhäsionswalze enthält, welche über eine Oberfläche des Substrates führbar ist und welche dazu eingerichtet ist, auf dem Substrat anhaftende Partikel zu binden. Somit kann ein ungereinigtes oder vorgereinigtes Substrat in die Vakuumkammer eingebracht und unmittelbar vor dem Aufbringen der Beschichtung gereinigt werden. Eine Re- kontamination mit Partikeln ist einerseits dadurch ausge schlossen, dass die Beschichtung unmittelbar nach der Reinigung erfolgen kann, sodass bereits rein zeitlich eine Rekontamination ausgeschlossen ist. Darüber hinaus kann das Innere der evakuierten Vakuumkammer eine geringere Partikel- dichte aufweisen, sodass auch in der Umgebung des Substrates bzw. der zu beschichtenden Oberfläche keine Schmutzquellen vorhanden sind, deren Partikel auf die zu beschichtende Oberfläche gelangen können. Wenn die Reinigungsvorrichtung und die Einrichtung zur Erzeugung einer Beschichtung in ein und derselben Vakuumkammer angeordnet sind, kann die Beladungsdichte der zu beschichtenden Oberfläche mit Partikeln gegenüber bekannten Vorrichtungen reduziert sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Reinigungsvorrichtung innerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein, in welcher auch die Beschichtung auf der Oberfläche des Substrates erzeugt wird. Die Einrichtung zur Erzeugung einer Beschichtung, beispielsweise zumindest eine Plasmabe schichtungsquelle und/oder zumindest ein Magnetron und/oder zumindest eine Verdampfungsquelle, befindet sich somit in der selben Vakuumkammer wie die Reinigungsvorrichtung.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Reinigungsverfahren, beispielsweise Abblasen mit Druckluft oder Ultraschall reinigung in Flüssigkeiten, sind im Vakuum nicht einsetzbar. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird daher vorgeschlagen, eine Adhäsionswalze auf der Oberfläche des Substrates abzurollen, sodass anhaftende Partikel vom Substrat abgelöst werden und an der Adhäsionswalze anhaften. Die Adhäsionswalze kann hierzu mit einem Antrieb versehen sein, welcher einerseits eine lineare oder kreisende Bewegung der Adhäsionswalze auf dem Substrat ermöglicht und andererseits eine Anpresskraft erzeugt, sodass anhaftende Partikel mit hinreichender Wahrscheinlichkeit auf die Adhäsionswalze übertragen werden und andererseits eine Beschädigung der Substratoberfläche vermieden wird. Die Antriebseinrichtung der Adhäsionswalze kann innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Die Bewegung kann über Schubstangen von einem außerhalb der Vakuumkammer angeordneten Antrieb auf die innerhalb der Vakuumkammer angeordnete Adhäsionswalze übertragen werden. In die Schubstangen können über gleitende Dichtungen oder Fehlerbälge in der Wandung der Vakuumkammer dichtend aufgenommen sein.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Ad häsionswalze ein Elastomer enthalten oder daraus bestehen. Ein Elastomer kann Partikel mechanisch oder elektrostatisch binden und so für ein gutes Reinigungsergebnis bzw. Partikelfreiheit der zu beschichtenden Oberfläche sorgen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vorrich tung weiterhin eine elektrische Spannungsquelle enthalten, mit welcher Ladung auf die Adhäsionswalze aufbringbar ist. Hierdurch kann die elektrostatische Bindung der Partikel an der Adhäsionswalze unterstützt werden. Die Ladung kann berührungsfrei aufgebracht werden, indem die Adhäsionswalze einem elektrischen Feld ausgesetzt wird. In anderen Aus führungsformen der Erfindung kann die Adhäsionswalze bzw. deren Oberfläche einem Plasma ausgesetzt sein. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Adhäsions walze in mechanischem Kontakt zu einer leitfähigen Elektrode stehen, welche elektrische Ladung auf die Adhäsionswalze aufbringt . In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vorrich tung weiterhin zumindest eine Sammelvorrichtung enthalten, welche über die Oberfläche der Adhäsionswalze führbar ist und welche dazu eingerichtet, auf der Adhäsionswalze an haftende Partikel zu binden. Dies ermöglicht es, die Ober fläche der Adhäsionswalze im Vakuum zu reinigen, sodass die Betriebszeit zwischen notwendigen Wartungsintervallen ver längert sein kann.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Sammel- vorrichtung einen Klebefilm enthalten oder daraus bestehen, über welchen die Adhäsionswalze abgerollt wird, wobei an der Adhäsionswalze anhaftende Partikel auf dem Klebefilm übertragen werden. Der Klebefilm kann über eine Vorratswalze abgerollt und nach Benutzung auf einer Sammelwalze aufgerollt werden, um Bauraum einzusparen und die Betriebszeit zwischen den Wartungsintervallen zu verlängern.
Die Beschichtung, obgleich in der vorliegenden Beschreibung im Singular verwendet, kann aus mehreren aufeinander abge schiedenen dünnen Schichten zusammengesetzt sein, beispiels weise um Interferenzfilter zu realisieren oder zur Ver besserung der Haftfestigkeit. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Beschichtung daher in mehreren sequentiellen Verfahrensschritten aufgebracht werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen zumindest zwei der sequentiellen Verfahrensschritte eine Reinigung mit der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung erfolgt, um auf dem Substrat anhaftende Partikel zu Entfernen oder deren Anzahl zu reduzieren.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vor richtung eine Mehrzahl von Adhäsionswalzen enthalten. Somit kann bei Verschmutzung einer Adhäsionswalze eine weitere Ad häsionswalze zum Einsatz kommen, ohne dass die Vakuumkammer geöffnet werden muss. Hierdurch lässt sich die Betriebszeit der Vorrichtung zwischen notwendigen Wartungsintervallen verlängern .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vor richtung dazu eingerichtet sein, eine erste Adhäsionswalze über eine Schleuse aus der Vakuumkammer auszuschleusen und eine zweite Adhäsionswalze über die Schleuse in die Vakuumkammer einzuschleusen. Somit kann bei Verschmutzung einer Adhäsionswalze eine weitere Adhäsionswalze zum Einsatz kommen, ohne dass die Vakuumkammer geöffnet werden muss. Hierdurch lässt sich die Betriebszeit der Vorrichtung zwischen notwendigen Wartungsintervallen verlängern.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vakuum kammer mit der zumindest einen Vakuumpumpe auf weniger als etwa 1-10-5 mbar evakuiert werden. In anderen Ausführungs formen der Erfindung kann die Vakuumkammer mit der zumindest einen Vakuumpumpe auf weniger als etwa 1-10-6 mbar evakuiert werden. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Vakuumkammer mit der zumindest einen Vakuumpumpe auf weniger als l-10_7bar evakuiert werden. Hierdurch werden Kontaminationen aus dem Restgas vermieden, welche die Qualität der Beschichtung negativ beeinflussen können.
Die erfindungsgemäß aufgebracht Beschichtung kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Schichtdicke von etwa 1 nm bis etwa 20 mpi oder etwa 2 nm bis etwa 8 mpi aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schicht dicke zwischen etwa 10 nm und etwa 80 nm betragen. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Schichtdicke zwischen etwa 5 nm bis etwa 100 nm betragen. Insbesondere dünne Beschichtungen erfordern eine Partikel- freiheit der zu beschichtenden Oberfläche, da auch kleine Partikel zu Fehlstellen oder Pinholes in der Beschichtung führen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können Partikel von der Oberfläche des Substrates entfernt werden, welche einen Durchmesser von etwa 10 mpibis etwa 50 nm oder von etwa 1 mpibis etwa 90 nm oder von etwa 500 nm bis etwa 100 nm aufweisen. Solche kleine Partikel sind nach dem Stand der Technik schwer von der Oberfläche zu entfernen, be einträchtigen jedoch insbesondere bei dünnen Schichtdicken die Qualität der aufgebrachten Beschichtung nachhaltig. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Reinigungsvorrichtung unter Einsatz einer Adhäsionswalze ermöglicht auch die Entfernung sehr kleiner Partikel bis hinab zu wenigen Nanometern, sodass qualitativ hochwertige Beschichtungen erzeugt werden können.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat ein starres Material sein oder ein solches enthalten. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein starres Material ein solches, welches sich nicht aufwickeln lässt wie eine Folienbahn. Auf eine geringfügige Verformbarkeit kommt es dabei nicht an, diese kann auch bei einem starren Material im Sinne der erfindung gegeben sein.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
Figur 1 einen Querschnitt durch ein beschichtetes Substrat.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt ein beschichtetes Substrat 2 gemäß dem Stand der Technik. Das Substrat 2 weist eine zu beschichtende Oberfläche 201 auf. Das Substrat 2 kann beispielsweise ein Halbleiterbauelement sein, welches mit halbleitenden und/oder leitenden und/oder isolierenden Schichten versehen werden soll. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat 2 ein Werkzeug oder ein Maschinenelement sein. In wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat 2 ein Architekturglas oder eine Fahrzeugverglasung sein.
Auf der Oberfläche 201 befindet sich eine Beschichtung 29. Die Beschichtung kann beispielsweise eine Isolationsschicht, eine Leiterbahn, eine Gleitschicht, eine Korrosionsschutz schicht oder eine optische Vergütungs- oder Filterschicht sein, beispielsweise eine infrarotreflektierende Beschich tung. Die Beschichtung 29 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine Dicke von etwa 5 nm bis etwa 500 nm oder von etwa 100 nm bis etwa 500 nm oder von etwa 10 nm bis etwa 100 nm aufweisen.
Weiterhin zeigt Figur 1 beispielhaft ein Partikel 25. Die Partikel 25 stellen eine Verunreinigung dar, beispielsweise aus organischen oder anorganischen Feinstäuben, welche mit der atmosphärischen Luft auf das Substrat 2 transportiert werden und dort haften. Die Partikel 25 können beispiels weise einen Durchmesser von etwa 50 nm bis etwa 10 mpi oder von etwa 90 nm bis 1 mpi oder von etwa 100 nm bis etwa 500 nm aufweisen. In Figur 1 ist dargestellt, dass der Durchmesser der Partikel 25 gleich oder geringfügig größer ist als die Dicke der Beschichtung 29. Somit führen die Partikel 25 zu einer Fehl- oder Schadstelle in der Beschichtung 29. Dies kann dazu führen, dass das Substrat 2 unbrauchbar wird und bei der Qualitätskontrolle der hergestellten Produkte verworfen werden muss.
Nach dem Stand der Technik werden anhaftende Partikel 25 außerhalb der Vakuumkammer der Beschichtungsanlage vom Substrat 2 entfernt, beispielsweise durch Druckluft oder Ultraschallreinigung. Sodann wird das Substrat 2 in die Vakuumkammer der Beschichtungsanlage eingebracht und dort mit der Beschichtung 29 versehen. Dieses Vorgehen weist den Nachteil auf, dass zwischen dem Ende des Reinigungsschrittes und dem Einbringen in die Vakuumkammer der Beschichtungs- anlage erneut Verunreinigungen in Form von Partikeln 25 auf die Oberfläche 201 des Substrates 2 gelangen können.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Aus führungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Figur 2 zeigt das Innere eines Box-Coaters mit einer nicht dargestellten Vakuumkammer, welche mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Vakuumpumpe evakuiert werden kann. Danach können eine Mehrzahl von Substraten 2 mittels einer nicht dargestellten Einrichtung zur Erzeugung einer Beschichtung in einem PVD- oder einem CVD-Verfahren oder einem PECVD-Verfahren beschichtet werden.
Figur 2 zeigt eine Reinigungsvorrichtung 4 gemäß der vor liegenden Erfindung. Diese umfasst eine Adhäsionswalze 40, welche ein Elastomer enthält oder daraus besteht. Die Oberfläche 401 der Adhäsionswalze 40 wird über die Oberflächen 201 der Substrate 2 abgerollt, sodass auf den Substraten 2 anhaftende Partikel 25 an der Adhäsionswalze 40 haften und solchermaßen vom Substrat 2 entfernt werden.
Zur Reinigung der Oberfläche 401 der Adhäsionswalze 40 steht eine Sammelvorrichtung 41 zur Verfügung. Die Sammelvorrich tung 41 weist eine Oberfläche 411 auf, welche über der Ober fläche 401 der Adhäsionswalze 40 abgerollt wird und auf der Adhäsionswalze 40 anhaftende Partikel bindet. Die solcher maßen gereinigte Adhäsionswalze 40 kann sodann entweder nochmals zur Feinreinigung über das identische Substrat 2 geführt werden oder über ein weiteres Substrat 2 geführt werden, sodass nach und nach alle Substrate innerhalb der Vakuumkammer gereinigt und dadurch für die Beschichtung vorbereitet sind. Die Sammelvorrichtung 41 kann beispielsweise ein Klebeband enthalten, welches nach einmaliger Verwendung zusammen mit den an der Adhäsionswalze 40 anhaftenden Partikeln entsorgt wird.
Sowohl die Adhäsionswalze als auch die Sammelvorrichtung können aus Materialien gefertigt sein, welche einen ver gleichsweise hohen Dampfdruck aufweisen. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Reinigungsvorrichtung 4 auch im Hochvakuum bei einem Basisdruck von 1-10-5 mbar oder 1-10-6 mbar oder l-10_7mbar oder weniger eingesetzt werden.
Anhand der Figur 3 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Bestandteile der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt.
Figur 3 zeigt eine Vakuumkammer 10, welche mit einer Vakuum pumpe 11 verbunden ist. Die Vakuumpumpe 11 kann beispiels weise eine Turbomolekularpumpe, eine Kryopumpe oder eine andere, an sich bekannte gasfördernde oder gasbindende Pumpe sein. Diese ist dazu eingerichtet und bestimmt, innerhalb der Vakuumkammer 10 einen Druck von 1-10-5 mbar oder 1-10-6 mbar oder l-10_7mbar oder weniger zu erzeugen.
Innerhalb der Vakuumkammer 10 befindet sich ein Substrat halter 20, auf welchem das zu beschichtende Substrat 2 auf- genommen wird. Der Substrathalter 20 ist dazu eingerichtet und bestimmt, das Substrat 2 innerhalb der Vakuumkammer 10 zu bewegen und zu positionieren.
Weiterhin enthält die Beschichtungsanlage eine Reinigungs vorrichtung 4 in Form einer Adhäsionswalze 40 mit einer Oberfläche 401. Die Adhäsionswalze 40 ist dazu eingerichtet, über die Oberfläche 201 des Substrates 20 abgerollt zu werden, um auf diese Weise anhaftende Partikel zu entfernen. Zur Erhöhung der Wirksamkeit kann eine optionale elektrische Spannungsquelle 45 vorhanden sein, welche beispielsweise durch ein elektrisches Feld, ein Plasma oder einen direkten Kontakt eine Ladung auf die Oberfläche 401 der Adhäsions walze 40 aufbringt. Die solchermaßen elektrostatisch gela dene Adhäsionswalze 40 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung Partikel 25 von der Oberfläche 201 des Substrates 2 mit größerer Effizienz binden.
Nachdem das Substrat 2 bzw. zumindest ein Teil seiner Ober fläche 201 solchermaßen gereinigt und von Partikeln befreit wurde, kann dieses innerhalb derselben Vakuumkammer 10 ohne das Vakuum zu brechen in den Wirkbereich einer Einrichtung 3 zur Erzeugung einer Beschichtung bewegt werden. Mittels der Einrichtung 3 wird sodann in einem PVD- oder einem CVD- oder einem PECVD-Verfahren die Beschichtung 29 aufgebracht.
Da die Oberfläche 201 vor Aufbringung der Beschichtung auch von sehr kleinen Partikeln, beispielsweise bis herab zu einem Durchmesser von 100 nm, gereinigt wurde, kann die Be schichtung 29 eine höhere Qualität aufweisen, als diese mit bekannten Verfahren und Vorrichtungen erhältlich ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die darge stellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Be schreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „erste" und „zweite" Ausführungsformen oder „erste" und „zweite"
Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unter scheidung zweier gleichartiger Ausführungsformen bzw. Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Beschichtung eines Substrates (2) mit einer Vakuumkammer (10) und zumindest einer Vakuum pumpe (11), welche dazu eingerichtet ist, die Vakuum kammer (10) zu evakuieren, und mit zumindest einer Substrathalterung (20), welche innerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet und dazu eingerichtet ist, das zu beschichtende Substrat (2) aufzunehmen, und mit zumindest einer Einrichtung (3) zur Erzeugung einer Beschichtung (29), welche innerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer (10) weiterhin zumindest eine Reinigungsvorrichtung (4) enthält, welche zumindest eine Adhäsionswalze (40) enthält, welche über eine Oberfläche (201) des Substrates (2) führbar ist und welche dazu eingerichtet ist, auf dem Substrat (2) anhaftende Partikel (25) zu binden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adhäsionswalze (40) ein Elastomer enthält oder daraus besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin enthaltend eine elektrische Spannungsquelle (45), mit welcher Ladung auf die Adhäsionswalze (40) aufbringbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin enthaltend zumindest eine Sammelvorrichtung (41), welche über die Oberfläche (401) der Adhäsionswalze (40) führbar ist und welche dazu eingerichtet ist, auf der Adhäsions walze (40) anhaftende Partikel zu binden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (41) eine Klebefläche (411) auf- weist, welche dazu eingerichtet ist, auf der Adhäsions walze (40) anhaftende Partikel zu binden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, dass die Einrichtung (3) zur Erzeugung einer Beschichtung (29) ausgewählt ist aus einer PlasmaBeschichtungsquelle und/oder zumindest einem Magnetron und/oder zumindest einer Verdampfungsquelle und/oder dass die Substrathalterung (20) dazu eingerichtet ist, das Substrat zu beheizen oder zu kühlen.
7. Verfahren zur Beschichtung eines Substrates (2) mit folgenden Schritten:
Einbringen des Substrates (2) in eine Vakuumkammer (10) mit zumindest einer Vakuumpumpe (11), welche die Vakuumkammer (10) evakuiert;
Entfernen von anhaftenden Partikeln von einer Ober fläche (201) des Substrates (2) mit einer Reinigungs vorrichtung (4), welche zumindest eine Adhäsionswalze (40) enthält, welche über eine Oberfläche (201) des Substrates (2) geführt wird und dabei auf dem Substrat (2) anhaftende Partikel (25) bindet.
Erzeugen einer Beschichtung (29) auf der Oberfläche (201) des Substrates (2).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer Substrathalterung (20) aufgenommen wird, welche innerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet ist, wobei das Substrat (2) zumindest während dem Entfernen von anhaftenden Partikeln (25) und dem Erzeugen der Beschichtung (29) auf der Substrathalterung (20) verbleibt .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Vakuumkammer (10) mit der zumindest einen Vakuumpumpe (11) auf weniger als etwa 1-10-5 mbar oder etwa 1-10-6 mbar oder etwa 1-10-7 mbar evakuiert wird.
10.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Beschichtung (29) auf der Ober fläche (201) des Substrates (2) mit einem PVD- oder einem CVD-Verfahren hergestellt wird und/oder dass die die Beschichtung (29) auf der Oberfläche (201) des Substrates (2) eine Schichtdicke von etwa 1 nm bis etwa 20 mpioder etwa 2 nm bis etwa 8 mpioder von etwa 5 nm bis etwa 100 nm oder von etwa 10 nm bis etwa 80 nm oder von etwa 100 nm bis etwa 500 nm oder von etwa 5 nm bis etwa 500 nm aufweist.
11.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass die von der Oberfläche (201) des Substrates (2) entfernten Partikel (25) einen Duchmesser von etwa 10 mpibis etwa 50 nm oder von etwa 1 mpibis etwa 90 nm oder von etwa 500 nm bis etwa 100 nm aufweisen.
12.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, dass die Adhäsionswalze (40) ein Elastomer enthält oder daraus besteht.
13.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass die Adhäsionswalze (40) elektrisch geladen wird.
14.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass die Adhäsionswalze (40) mit einer Sammelvorrichtung (41) gereinigt wird, welche über die Oberfläche (401) der Adhäsionswalze (40) geführt wird und auf der Adhäsionswalze (40) anhaftende Partikel bindet.
15.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass die Beschichtung in mehreren sequentiellen Verfahrensschritten aufgebracht wird, wobei zwischen zumindest zwei der sequentiellen Verfahrens schritte eine Reinigung mit der Reinigungsvorrichtung (4) erfolgt, um auf dem Substrat anhaftende Partikel zu Entfernen oder deren Anzahl zu reduzieren.
16.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung (4) innerhalb der Vakuumkammer (10) angeordnet ist, in welcher auch die Beschichtung (29) auf der Oberfläche (201) des Substrates (2) erzeugt wird.
17.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, dass das Substrat (2) ein starres Material ist oder ein solches enthält.
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