WO2008101494A1 - Apparatus for the pulsed laser deposition (pld) of layers on substrates - Google Patents

Apparatus for the pulsed laser deposition (pld) of layers on substrates Download PDF

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WO2008101494A1
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Günter Reisse
Steffen Weissmantel
Dirk Rost
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Laserinstitut Mittelsachsen E.V.
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Definitions

  • the invention relates to devices for laser pulse deposition (PLD) of layers, preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride (c-BN layers), on substrates with means for vacuum generation, with at least a device for ion beam or plasma generation, with lasers with devices for guiding, shaping, focusing and scanning of laser beams and with at least one transport device for at least one carrier.
  • PLD laser pulse deposition
  • DE 44 17 114 A 1 (device and method for particle-selective deposition of thin layers by means of laser pulse deposition - PLD) relates to a device and a method by means of which, for example, high-purity thin layers can be produced.
  • a device which contains at least one target, a substrate, a process gas, a device for generating a high-frequency electric field and a device for generating an electrical substrate bias.
  • a laser plasma is generated on the target surface by a laser pulse, which is directed into the lying above the substrate surface half-space.
  • a process gas is entered.
  • a high-frequency electric field and an electric field generated by the substrate bias are built up in the half-space above the substrate surface.
  • DE 201 20 783 U1 discloses a system for depositing thin layers on a substrate by means of pulsed laser deposition, with cylindrical target material, wherein one or more laser sources are focused on at least two locations on the target material. These solutions are limited to the coating of the substrates. Pre- and post-treatments of the substrates and the deposited layers are not provided.
  • the invention defined in claim 1 is based on the object to provide devices for laser pulse deposition (PLD) of layers so that preferably diamond-like carbon layers with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride (c-BN layers) on variously shaped and can also be generated on temperature-sensitive substrates mainly stress-free.
  • PLD laser pulse deposition
  • the devices for laser pulse deposition (PLD) of layers preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride layers (c-BN layers), on substrates with means for generating vacuum, with at least one device For ion beam or plasma generation, with lasers with devices for guiding, shaping, focusing and scanning of laser beams and with at least one transport device for at least one carrier, are characterized in particular by the fact that the layers can be generated predominantly stress-free. These are each at least one feed / pre-treatment chamber, a
  • Each coating chamber and a removal chamber arranged in succession, each separately via a vacuum generating device to high vacuum evacuated and separately ventilated and separated by vacuum locks, each with at least one carrier with at least one substrate holder for receiving at least one substrate by means of the transport device with open vacuum lock chamber is movable to chamber.
  • each of the chambers in each case at least one carrier with at least one substrate holder for receiving at least one substrate is arranged, which can be transported from chamber to chamber by means of suitable transport devices when the vacuum lock is open.
  • the introduction of the carrier loaded with at least one uncoated substrate into the aerated charging / pretreatment chamber and the removal of the carrier laden with the at least one coated substrate from the ventilated removal chamber is effected by means of a chamber which can be sealed in a vacuum-tight manner. doors.
  • At least one ion source for ion beam pretreatment of the substrate or at least one device for generating a plasma for plasma pretreatment of the substrate is arranged.
  • a homogeneous pretreatment of the entire substrate or a substrate charge on the carrier is ensured.
  • Components of at least one target station and at least one voltage reduction station are respectively arranged in and outside the coating chamber.
  • Target station consists of a mounted in the coating chamber target holder with at least one target, which is arranged in Ablationsposition and at a predetermined distance to the substrate located on the carrier in the coating position.
  • at least one laser and at least one device for guiding, shaping, focusing and scanning a laser beam, the target laser beam are arranged outside the coating chamber via the target located in the ablation position and a device for coupling this target laser beam onto the target Target flanged to the coating chamber.
  • the target laser beam is directed onto the target surface at a predetermined angle of incidence of less than 70 degrees, so that the laser beam energy is deposited in a small target volume and thereby an intensive target particle stream with as high a particle energy as possible is wandered off.
  • the stress reduction station for the laser-induced reduction of the stresses of deposited sublayers of predetermined thickness on the substrate located in the relaxation position on the carrier consists of at least one
  • the target located in the ablation position and the substrate in the coating position on the carrier are furthermore preferably arranged opposite one another and at a small distance from one another to achieve a high layer deposition rate and / or are additionally controlled moved relative to one another, so that the layer-forming particle stream ablauerte from the target perpendicular or largely perpendicular, but not incident at an angle of incidence of greater than 60 degrees to the respective substrate or growing layer surface and deposited sub-layers of homogeneous and predetermined thickness or with a predetermined lateral Dickengradienten , With increasing angle of incidence, a slightly higher target laser beam fluence for increasing the target particle energy is to be selected, so that the required energy and pulse entry into the growing sublayer is still ensured by the target particles despite a larger angle of incidence, but no grazing incidence with incidence angles of greater than 60 degrees.
  • layer-forming particles in the layer surface are too low for the formation of the predetermined layer properties, such as a high sp 3 binding fraction in ta-C layers and the formation of the c-BN layer phase, even at very high fluences.
  • the internal stresses of sub-layers of predetermined thickness over the entire sub-layer area and the entire sub-layer thickness are reduced homogeneously or with predetermined gradients laterally over the sub-layer area and over the sub-layer thickness by suitable arrangement and relative movement of the substrate located in the voltage reduction position on the carrier and the substrate laser beam ,
  • the deposition of sublayers and the stress reduction of deposited sublayers preferably takes place alternately until the predefined overall layer thickness is reached.
  • the coating position and the voltage reduction position of the substrates on the carrier can be the same or different.
  • the substrate laser beam pulses for reducing the voltage are preferably directed alternately between the layer-forming target particle current pulses ablated by the target and after several target particle current pulses on the deposited sub-layer.
  • the substrate in the coating position is moved after the deposition of a sublayer of predetermined thickness by movement of the carrier in the voltage reduction position.
  • the components of the device are coupled to a data processing system, so that with a program, a control of the transport of the carrier and a predetermined variation of all parameters for the pretreatment, for the coating and the voltage reduction process takes place.
  • the carrier as a carrier of the at least one substrate holder and the at least one substrate according to the embodiment of claim 2 has the shape of a disc, a disc ring, a plate, a frame or a prism.
  • the carrier is at least in the coating chamber for realizing a predetermined lateral relative movement of the substrate preferably parallel to the surface of the target located in Ablationsposition coupled with at least one drive to achieve a homogeneous or predetermined lateral layer thickness distribution and stress reduction.
  • a predetermined relative movement of the carrier preferably parallel to the surface of the target located in the ablation position, is realized.
  • the carrier is formed according to the embodiment of claim 3 as a disc or disc ring.
  • a predetermined relative movement preferably parallel to the surface of the target located in the ablation position. This is done by controlled continuous rotation of the carrier at a predetermined angular velocity or by stepwise rotation by predetermined angle about its preferably perpendicular to the target surface symmetry axis by means of existing drives and optionally also by controlled lateral and parallel Shift relative to the target by means of existing movement devices.
  • the carrier is formed according to a further development of claim 4 as a prism and arranged so that this rotatable about its preferably parallel to the target surface axis of symmetry gradually by predetermined angle corresponding to the number of substrates covered with prism shell surfaces and to realize a predetermined relative movement of the substrates to the surface of in ablation position targets laterally and preferably parallel relative to the target surface by means of existing movement means is predetermined displaceable.
  • At least one moving device for the substrate holder is integrated in the carrier so that the substrate rotates about its axis of symmetry or about its center of symmetry at a predetermined angular velocity and / or is inclined cyclically over a predetermined angular range to the target surface.
  • the substrates can be simultaneously cyclically tilted over a given angular range to the target surface.
  • a vertical incidence of the ablauerten target particles on the respective substrate or layer surface is at least temporarily, whereby the incident depleted energetic target particles required for the formation of specific layer properties energy and Ensure impulse entry into the growing layer surface.
  • a high sp 3 bond fraction can be generated in ta-C layers or the cubic boron nitride phase in c-BN layers.
  • the target holder is formed according to the embodiment of claim 6 disc-shaped or disc-ring-shaped. Furthermore, the target holder has a plurality of circularly arranged target holders for receiving and for cooling or heating of preferably disk-shaped targets or of radial or tangential on the target holder arranged cylindrical targets. These consist of a target material or various target materials.
  • the target station has a device for rotating the target holder about its axis of symmetry by predetermined angles corresponding to the number of targets for rotation of the individual targets in the ablation position.
  • the target holder has at least one device for rotating the target located in the ablation position about its axis of symmetry at a predetermined angular velocity.
  • the target holder or at least individual target holders of the target holder are designed so that the target surface of the target located in the ablation position is directed parallel or at a predetermined adjustable angle to the surface of the substrate in the coating position.
  • a target holder or a plurality of preferably rotationally symmetrical and prismatic arranged target holder for receiving and for cooling or heating of cylindrical targets is a part of the target station.
  • These targets consist either of a target material or are composed of several segments of different target materials.
  • the target station has at least one device for rotating at least the target located in the ablation position at a predetermined angular velocity about its axis of symmetry.
  • the at least one device for rotation is advantageously provided with in each case one device for the predetermined displacement of the target segments parallel to the axis of symmetry of the respective target into the ablation position.
  • the target holder is prism-shaped according to the embodiment of claim 11 and has prismenmantel configurationartig arranged target holders for receiving and cooling or heating of flat plate-shaped targets.
  • the Targets for example, have the shape of a rectangle.
  • the target holder is rotatable in steps by predetermined angle corresponding to the number of target holders and, in order to realize a predetermined relative movement between the target located in the ablation position and the substrate located in the coating position, can be displaced laterally and preferably parallel relative to the substrate surface.
  • the target holder is wedge-shaped. On at least one of the wedge surfaces, a target holder for a target is furthermore arranged as a flat plate. Furthermore, in order to realize a predetermined relative movement between the target located in the ablation position and the substrate located in the coating position, the target holder can be displaced laterally and preferably parallel relative to the substrate surface in a controlled manner.
  • the target holder may further comprise means for cooling or heating the targets as flat plates.
  • the wedge surfaces of the target holder enclose an angle in the range of preferably 40 to 60 degrees.
  • the target holder with the two targets can continue to be rotated by 180 degrees, so that in each case one of the targets can be placed in the ablation position.
  • the target holder including the targets can be placed in a substrate, wherein the layer is deposited on the inner surface of the substrate.
  • the substrate is rotated and moved in the symmetry axis of the substrate.
  • the target holder is disc-shaped or frusto-conical.
  • the disc-shaped target holder has a target holder for receiving a frustoconical target.
  • the truncated cone-shaped target holder has a target holder for receiving a truncated cone-shaped target.
  • the target holder is rotatable about its axis of symmetry and for realizing a predetermined relative movement between the target located in the ablation position and the substrate located in the coating position laterally and preferably displaceable in parallel controlled relative to the substrate surface.
  • the target holder including the targets can be placed inside the substrate, wherein the layer is deposited on the inner surface of the substrate.
  • the substrate is rotated and moved along its axis of symmetry.
  • At least one protective screen is arranged in the coating chamber for at least one target not in ablation position and for at least one substrate not in coating position. As a result, they are protected against surface contamination with foreign material deposited.
  • the device for coupling the target laser beam to the target located in the ablation position consists of a coupling-in window which is flanged to a coupling flange in a highly vacuum-tight manner and made transparent to the wavelength of the target laser beam.
  • Einkoppelflanschquerites and the coupling window are further sized in size so that the target laser beam over the entire surface of the target located in Ablationsposition either only linearly constant or predetermined varied speed with rotating disc-shaped or cylindrical targets or two-dimensional area with non-rotating target, for example, spiral can be scanned at a constant vector speed or in a circular and linear manner in order to achieve a uniform target removal over the entire target area, depending on the target shape and target movement.
  • the axis of symmetry of the coupling flange is further inclined either at a given angle to the target surface or inclinable by means of Faltenbalg faced Fantasy at several predetermined angles to the target surface, so that the target laser beam can be directed preferably at a certain angle or at different predetermined angles to the target surface.
  • the target laser beam used must have a wavelength, pulse duration and fluence suitable for the effective target ablation process of the respective target material and for generating a high-energy target particle stream in the direction of the substrate, as well as fluence homogeneity or fluence distribution over the focus cross-section on the target surface.
  • the wavelength-dependent material-specific absorption coefficient of the target material must be sufficiently large for the wavelength of the target laser beam, so that the photons are absorbed in the smallest possible volume and the ablauerten particles thereby sufficiently high enough energy to obtain high energies, for the formation of optimum layer properties, for example for the Generation of super-hard ta-C and c-BN layers are required.
  • the pulse duration should be at least in the time range of a few 10 ns and lower, so that only a negligible proportion of the photon energy can flow out of the absorption volume by heat conduction.
  • the embodiment of claim 16 is to reduce the occupancy of the inner surface of the coupling window for the target laser beam with ablated target material, the length of Einkoppelflansches observing the required focal length of arranged outside the Beshichtungshunt lens for focusing the target laser beam on the target as long as possible because the number of target particles entering the window decreases with the square of the window target distance.
  • an occupancy of the inner surface of the coupling-in window for the target laser beam with ablated target material which leads to the reduction of the fluence of the target laser beam on the target, is reduced or avoided.
  • a further avoidance of the window allocation can be achieved if, by suitable choice of the length of the coupling flange, the fluence of the target laser beam focused on the target and thereby also scanned over a surface area of the coupling window on the occupied window inner surface is still large enough for the deposited surface Target material again from the window inner surface to slough off.
  • a shutter which is movable synchronously with the target laser beam scan and perpendicular to the target laser beam and only exposes the laser beam cross-section can be provided.
  • magnetic field generating arrangements may be present for deflecting the abla- tated ionized Targetteilchenstromanteils of the window inner surface. This will reduce the occupancy of the inner surface of the coupling window achieved with target material.
  • rotationally symmetrical and funnel-shaped diverging magnetic fields whose field lines extend to the walls of Einkoppelflansches and not to the coupling window.
  • the device for coupling the substrate laser beam with a predetermined cross section onto the layer surface of the substrate located in the relaxation position consists of a high-vacuum-tight flanged window of a material transparent to the wavelength of the substrate laser beam.
  • This window can advantageously be arranged in the lid of the coating chamber which can be opened via a mechanism.
  • This window is sized, shaped and arranged so that the substrate laser beam during relative movement between the laser beam and the surface of the relaxation position substrate, preferably by movement of the carrier and / or the substrate and / or by scanning the substrate laser beam is directed over the layer surface, either perpendicular or at a predetermined variable angle to the layer surface.
  • the substrate laser beam used furthermore has a wavelength, pulse duration and fluence suitable for the voltage reduction of the respective layer material as well as fluence homogeneity or fluence distribution over the laser beam cross section on the layer surface.
  • the photons of the substrate laser beam only have to be absorbed in the sublayer material to be relaxed. Consequently, the wavelength-dependent material-specific absorption coefficient of the layer material for the selected substrate laser wavelength must be sufficiently large so that the penetration depth of the photons lies only in the region of the deposited sub-layer thickness.
  • a KrF excimer laser with 248 nm wavelength and for the voltage reduction of c-BN layers a F2 laser with 157 nm wavelength can be used.
  • a homogeneous fluence distribution over the laser beam cross section on the layer surface without fluence spots is advantageous.
  • the in situ measuring means for determining the pulse energy, Fluenz and the fluence distribution of the target and the Substrate laser beam, for determining the Schichtabscheiderate and the layer thickness, arranged to determine the layer stress, for determining the substrate and layer surface temperature and for determining the target surface temperature or to assess the layer quality.
  • the in situ measuring device is interconnected with the data processing system, so that a measured value-dependent control of the laser pulse deposition (PLD) of layers on substrates is given.
  • PLD laser pulse deposition
  • an optical interference measuring device is arranged such that the laser beam preferably of a diode laser with a suitable wavelength, which is only slightly absorbed by the layer material, directed at a predetermined, different from zero degrees angle of incidence on the growing layer and is reflected at both the growing film surface and at the film-substrate interface, the reflected beam portions interfering and the periodic resulting with increasing film thickness
  • Intensticiansschwankoder be registered by means of a arranged in the reflection direction of the laser beam photodetector and passed as a measurement signal to the data processing system.
  • the layer deposition rate and the layer thickness can be determined from the periodic almost cosinusoidal course of the measurement signal with decreasing amplitude.
  • a periodic, almost cosinusoidal course of the measuring signal with continuously decreasing amplitude with continuous increase in thickness of the growing layer indicates a consistent layer quality.
  • pyrometers are preferably arranged according to the embodiment of claim 21.
  • a cantilever attached only at one end is mounted on the carrier near a substrate, the radius of the bend increasing during the coating process with increasing thickness of the growing sublayer and during the stress reduction process Voltage reduction process of this sub-layer again decreasing radius of bending is determined and evaluated.
  • the radius of the bend can be determined, for example, by means of two diode laser beams reflected in each case from the attached and loose end of the cantilever and a position-sensitive beam detector (PSD).
  • PSD position-sensitive beam detector
  • This serves to irradiate ion beams of both the preferably coating position substrates to remove absorbent layers immediately prior to coating and the surface of the respective growing or newly deposited layer to additionally supply energy and atomic particles for the film forming process.
  • the ion beam station consists of an ion source flanged with high vacuum or built into the coating chamber and an electron source for charge compensation of the ion beam and energy, gas supply and cooling units arranged outside the coating chamber for the operation of the ion source and the electron source.
  • the ion beam composition, the ion energy and the ion current density of the ion beam impinging on the substrates and optionally also on the growing or just deposited super thin layer is set or varied in a predetermined manner.
  • Transition from the ion irradiation of the substrate surface for layer deposition and optional ion irradiation of the growing layer is carried out continuously without interruption of time and without interruption of the vacuum.
  • the ion beam composition, the ion energy and the ion current density of the incident on the substrates and optionally also on the growing or just deposited super-thin layer ion beam are set or varied during the irradiation.
  • the ion irradiation of the growing or newly deposited layer additionally supplies energy for the layer formation process and / or, in the deposition of layers of compounds, stoichiometrically sets the stoichiometry by additionally feeding at least one component of the compound as ions.
  • magnetic fields are present whose magnetic field lines preferably extend perpendicularly from the surface of the target which has just been emptied to perpendicular to the surface of the substrate being coated Target and the substrate are arranged opposite each other with parallel or inclined to each other at a predetermined angle mid-perpendicular or inclined and offset from each other with a predetermined angle between the bisectors of at least 90 degrees.
  • the magnetic field lines in this case preferably run perpendicularly from the surface of the target currently being emptied to perpendicularly to the surface of the substrate to be coated, so that the leached ionized atomic target particles and the ablated electrons are guided on spiral paths along the magnetic field lines to the substrate and a spatial charge separation between the two ablated ionized target particles and about the same number of ablated electrons is avoided and thus no ion energy-reducing Coulomb interaction between the two types of charge carriers arises.
  • the increase in the degree of ionization in the ablated target particle stream due to magnetic Field-enhanced electron impact ionization of preferably neutralized neutral target particles in the laser-induced plasma near the target surface is based on the following mode of action: Electrons with approximately the same energy and comparable energy distribution as the ionized and neutral atomic target particles are delayed near the target by Coulomb interaction with the ionized target particles and ionized Target particles thereby accelerated until both types of charge carriers move with comparable speed and velocity distribution in the direction of substrates.
  • Respectively behind the target and the substrate 26 pole shoes are arranged according to the development of the patent. These are furthermore connected to at least one current coil via at least one magnetic yoke arranged in the coating chamber or introduced in a highly vacuum-tight manner through the walls of the coating chamber.
  • magnet coils or in the axial direction magnetized annular permanent magnets are arranged according to the embodiment of claim.
  • Magnet coils and / or ring-shaped permanent magnet magnetized in the axial direction are arranged according to the embodiment of claim 28 so that additional lent to the concentration of the ionized target particle stream fraction on the substrates to reduce to avoid incorporation of depleted particulates into the growing layer with staggered and inclined placement of the target and substrate at a predetermined angle between the bisectors of the just-baked target surface and the substrate surface to be coated at least 90 degrees, a preferably ring sector-shaped magnetic field between the target and the substrate is present.
  • magnetic coils and / or magnetized in the axial direction of annular permanent magnets are arranged so that for additional reduction to avoid the incorporation of depleted particulates in the growing layer in opposite and inclined arrangement of the target and substrate, a magnetic field in the form of at least one Part of a sine wave-shaped torus between the target and the substrate is present.
  • At least one diaphragm with a predetermined opening geometry is arranged between the target and the substrate and is moved in such a way that the layer-forming particle flow, which is covered by the target, does not reach the respective substrate angle as vertically as possible, but not at an angle of incidence of greater than 60 degrees. or stratified layer surface is hit and layers are deposited with a homogeneous thickness or with a predetermined lateral Dickengradienten.
  • target particle stream proportions which, without the diaphragm, graze at an angle of incidence of greater than 60 degrees would impinge on the substrate surface, hidden and not used for film formation.
  • the energy and momentum input of the target particles into the growing layer surface is too low for the formation of particular layer properties, for example for producing a high sp 3 bond fraction in ta-C layers or the cubic boron nitride phase in c BN layers.
  • the removal chamber is equipped with a surface structuring station for laser micro and / or laser nanostructuring of at least the deposited layers on the coated substrate in the structuring position by means of focus or mask projection methods.
  • the surface structuring station consists, according to the further development of patent claim 32, of at least one arranged outside the removal chamber
  • the removal chamber has according to the embodiment of claim 33 at least one station for reducing the voltage of the deposited layers by thermal annealing.
  • the station for stress reduction of the deposited layers by thermal annealing consists according to the embodiment of claim 34 from a radiant heater. With several substrates on a carrier, the substrates are advantageously simultaneously annealed. At the same time, the photon wavelength is reached a high degree of absorption in the layer material selected and the irradiation intensity adjusted to set the required, dependent on the layer material and substrate material maximum temperature targeted and maintained for a predetermined time.
  • the feed treatment chamber, the coating chamber and the removal chamber for receiving a plurality of carriers and, correspondingly, the charging / pretreatment chamber for the use of a plurality of ion sources or a plurality of devices for generating a plasma, the coating chamber for the use of several Target stations, multiple voltage reduction stations and all power supply units and the control units for an automatic process flow characterized by a modular structure and thus expandable.
  • the device for productive laser pulse deposition (PLD) of layers on substrates is modular and can thus be expanded cost-effectively with the required increase in productivity.
  • FIG. 1 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates
  • 3 shows a measuring device for in situ control of the layer deposition rate and the thickness of the growing sub-layer and the layer quality
  • FIG. 5 shows carrier and target arrangements for coating cylindrical workpieces, for example drills and milling cutters, as substrates,
  • FIG. 6 shows a carrier and a target arrangement for coating cutting plates as substrates
  • FIGS. 7 and 8 show carrier and target arrangements for inner coating of short hollow cylinders as substrates
  • FIGS. 9 to 11 show carrier and target arrangements for inner coating of short hollow cylinders as substrates
  • FIG. 13 a target holder with rotatably arranged cylindrical targets
  • FIG. 14 a carrier arrangement and a target arrangement with axis-parallel arrangement of cylindrical targets and substrates
  • FIG. 13 a target holder with rotatably arranged cylindrical targets
  • FIG. 14 a carrier arrangement and a target arrangement with axis-parallel arrangement of cylindrical targets and substrates
  • FIG. 15 shows a cross section of the coating chamber for a device for laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers)
  • Fig. 16 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on the
  • FIG. 17 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates with a flat rectangular shape
  • FIG. 18 shows a target holder for targets with a rectangular plate shape
  • Fig. 20 shows an arrangement for internal coating of hollow cylindrical bodies as
  • Fig. 21 shows an arrangement for internal coating of long hollow cylindrical
  • FIG. 22 shows a disc-shaped target holder with a frusto-conical target attached thereto
  • FIG. 23 shows a frustoconical target holder with a conical-truncated cone-shaped target attached thereto
  • Fig. 25 shows an arrangement of an ion source for an ion beam with preferably rectangular band-shaped cross section within a hollow cylindrical
  • 26 shows a carrier, substrate and target arrangement for coating lateral surfaces of substrates as long cylinders. 1st exemplary embodiment
  • a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates consists essentially of a laser 1 for generating the target laser beam, a laser 2 for generating the substrate laser beam, a loading station 3 for loading a carrier 8 with substrates 14, a feed / Pre-treatment chamber 4 for importing the carrier 8 in a coating chamber 5 and for cleaning the substrates 14 by an ion source 9, the coating chamber 5 for the alternate deposition of sub-layers and laser-induced voltage reduction of these sub-layers to the predetermined total layer thickness, a removal chamber 6 for removal of the carrier 8 from the Coating chamber 5 and a discharge station 7 for discharging the substrates 14 from the carrier 8.
  • PLD laser pulse deposition
  • FIG. 1 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates in a basic representation.
  • PLD laser pulse deposition
  • At least the charging processing chamber 4, the coating chamber 5 and the discharge chamber 6 are sequentially arranged. These chambers are interconnected by vacuum locks 10, which allow the transport of the carrier 8 from chamber to chamber in the open state and in the closed state, the separate venting and evacuation to high vacuum each chamber. For this purpose, each chamber is connected to a device for vacuum generation and ventilation. Such devices are known and not shown in the illustration of FIG. For transporting the carrier 8 from the loading station 3 into the loading / pretreatment chamber 4 and from the removal chamber 6 to the unloading station 7, these chambers 4, 6 have high-vacuum-tight closable doors.
  • the top surfaces of the chambers 4, 5, 6 or at least parts of the top surfaces are formed as high-vacuum-sealable lid or wall areas.
  • the carriers 8 are coupled to a transport device, so that the transport from the loading station 3 through the chambers 4, 5, 6 to the unloading station 7 and positioning of each carrier 8 in the respective chamber 4, 5, 6 is ensured in the processing position.
  • the device is an automatically operable Continuous installation, wherein in each case after an initial phase, a carrier 8 in the loading station 3, in each of the chambers 4, 5, 6 and in the unloading station 7 is located.
  • the carriers 8 are disc-annular plates as a support for the substrates 14.
  • the carrier 8 located in the chambers 4, 5, 6 in the processing position are set in rotation about their axis of symmetry at a predetermined angular velocity by means of existing driven rotary devices.
  • the substrate holders positioned on the carrier 8 simultaneously rotate with the substrates 14 about their axis of symmetry at a predetermined angular velocity.
  • the substrates 14 are, for example, slices. These rotations ensure a homogeneous ion beam cleaning process of the substrates 14 in the charging / pretreatment chamber 4, and an alternating homogeneous coating process of the substrates 14 and stress reduction process of the deposited sublayers in the coating chamber 5.
  • the pretreatment of the substrates 14 takes place by ion beam action by means of the ion source 9.
  • ion source 9 preferably noble gas ions, preferably argon ions, with ion energies in the range of 500 to 5000 eV and ion current densities on the substrate surface of 200 to 1000 uA / cm 2 are used.
  • the angular speeds for the rotation of the carrier 8 are in the range of 0.02 to 0.15 s -1 and for the self-rotation of the substrates 14 in the range of 0.2 to 1.5 s -1 .
  • the time for the cleaning cycle is 10 to 30 min.
  • the alternating laser pulse deposition of sublayers of predetermined thickness takes place on the substrates 14 located in the coating position, which are located below the target located in the ablation position 15 are arranged at a distance of 30 mm to 70 mm, and the stress reduction of the deposited sublayers on the stress reducing position substrates 14.
  • the coating position and the stress reduction position of the substrates 14 on the carrier 8 face each other.
  • substrates 14 are simultaneously and continuously coated and voltage-reduced sub-layers which have just been deposited.
  • a further voltage-reduced sub-layer is produced on each substrate 14 on the carrier 8 during one complete revolution of the carrier 8.
  • the self-rotation of the substrates 14 about their axis of symmetry allows the deposition of layers with a homogeneous thickness and a homogeneous voltage reduction process over the entire substrate surface.
  • the targets 15 are attached in the form of circular discs.
  • the targets can advantageously be located in target holders of the target holder 11.
  • the target holder 11 is rotatably arranged and, according to the number of targets 15, can be rotated stepwise by 60 degrees.
  • five targets 15 made of pyrolytic graphite and a target 15 made of boron or tungsten carbide are attached to the target holder 11, wherein the diameters of the targets 15 are, for example, 50 mm.
  • the target 15 made of boron or tungsten carbide is used for the PLD deposition of an adhesion-promoting intermediate layer on the substrates 14 whose total layer thickness, depending on the surface roughness of the substrates 14, is in the range from 30 nm to 250 nm.
  • the PLD deposition of the ta-C layer takes place with a total layer thickness in the range from 500 nm to 5 ⁇ m, the sub-layer thicknesses being 50 nm to 150 nm.
  • the target laser beam 12 is guided over the surface of the target 15 located in the ablation position.
  • This device 16 is arranged outside the coating chamber 5 and consists for example of two deflecting mirrors 17a, 17b and an objective 18.
  • the target laser beam 12 passes through a coupling window of the coating chamber 5 in the interior thereof.
  • the target laser beam 12 having a wavelength of 248 nm emitted by a KrF excimer laser as the laser 1 is converted to the ablation position target 15 by successive reflection at the first x-directional deflecting mirror 17a and at the second y-directional deflecting mirror 17b directed and focused on the target surface with the aid of the z-directional movable lens 18.
  • a predetermined angle of incidence of the target laser beam 12 is set to the target surface of less than 70 degrees.
  • a homogenizer may additionally be arranged in front of the first deflection mirror 17a.
  • the laser 1 is operated as a KrF excimer laser, preferably with an unstable resonator.
  • the coupling of the target laser beam 12 in the evacuated coating chamber 5 is effected by a high vacuum-tight at a Einkoppelflansch, which is preferably attached to the side wall of the coating chamber 5, flanged coupling window made of quartz glass.
  • the length of the coupling flange and thus the distance between coupling window and target surface is chosen so that the fluence of the target laser beam 12 on the window inner surface is sufficient to ablated from the target 15 and deposited on the window inner surface material considering the focal length of the outside of the coating chamber 5 to be removed again by laser ablation.
  • the focus of the target laser beam 12 is scanned spirally at a constant vector speed over the entire target surface of the target 15 as a disk in order to ensure homogeneous removal of the target 15 and as homogeneous as possible Surface density of the abgauerten particle flow toward the coating position in the substrate 14 to produce.
  • Removal of the target 15, a tracking of the focus of the target laser beam 12 by a controlled movement of the lens 18 in the z-direction is required.
  • the opposing arrangement of the target 15 in ablation position and the substrates 14 in the coating position and by inserting a diaphragm with a circular opening between the target 15 and the substrates 14 ensures that the layer-forming particle flow ablated by the target 15 is not at an angle of incidence greater than 60 degrees impinges on the respective substrate or growing layer surface.
  • the aperture does not protect itself at the same time Targets 15 located in ablation position prior to occupancy with foreign material.
  • the voltage reduction station for the laser-induced reduction of the voltages of the deposited sublayers consists of the laser 2 for generating the substrate laser beam 13, a beam shaping optics 19 arranged outside the coating chamber 5 and a coupling window of quartz glass flanged onto the cover of the coating chamber 5.
  • the substrate laser beam 13 emitted by the laser 2 as a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm is formed with the aid of the beam shaping optical system 19 into a laser beam with rectangular laser beam cross-section, and thus reaches the layer surface of the lying in the relaxation position substrates 14.
  • the laser 2 is operated as a KrF excimer laser, preferably with a stable resonator.
  • At least one magnetic field can be used to concentrate the ionized particle stream sideways from the target 15 onto the substrates 14 located in the coating position and to increase the degree of ionization in the tailed target particle stream.
  • the magnetic field lines of the magnetic field advantageously run perpendicularly from the surface of the target 15 which has been emptied, perpendicular to the surface of the substrates 14 to be coated.
  • the magnetic circuit shows a device for a magnetic circuit with pole pieces 20 on a yoke 21 in the coating chamber 5 in a schematic representation.
  • the magnetic circuit consists of pole shoes 20 of predetermined geometry arranged above the target 15 in ablation position and under the substrates 14 located in the coating position, which are interconnected via a yoke 21 of a magnetic material, preferably soft iron, with at least one current coil 22 for generating the magnetic field are connected.
  • Substrate laser beam 13 laser pulse energy on the layer 600 mJ, pulse repetition frequency 50 Hz, laser beam fluence on the substrate 150 to 300 mJ / cm 2 , focus cross section on the substrate 2 to 4 cm 2 , film deposition rate with unmoved substrate up to 200 nm / min, thickness inhomogeneity with moving substrate less than 5%, coatable surface per hour with a 1 ⁇ m thick ta-C layer 730 cm 2 or 72 slices with 30 mm diameter. b) Use of two KrF lasers for generating the target 12 and the substrate laser beam 13
  • Target laser beam 12 laser pulse energy on the target 600 mJ, pulse repetition frequency 300 Hz, laser beam fluence on the target 12 to 15 J / cm 2 , focus cross section on the target 4 to 5 mm 2 ,
  • Substrate laser beam 13 laser pulse energy on the layer 600 mJ, pulse repetition frequency 300 Hz, laser beam fluence on the substrate 150 to 300 mJ / cm 2 , focus cross section on the substrate 2 to 4 cm 2 , film deposition rate with unmoved substrate up to 1000 nm / min, thickness inhomogeneity with moving substrate less than 5%, coatable surface per hour with a 1 ⁇ m thick ta-C coating 4380 cm 2 or 432 discs with 30 mm diameter.
  • an optical interference measuring method can be used (illustration in FIG. 3a).
  • the laser beam 24 of a diode laser 23 with 670 nm Wavelength for which the ta-C layer material has only a low absorption coefficient is directed at an angle of incidence of 60 degrees to an ablation position substrate 14 and reflected both at the growing layer surface 25 and at the layer substrate interface 26, wherein the reflected beam portions 27a, 27b interfere.
  • the periodic intensity fluctuations arising with increasing layer thickness are registered by means of a photodetector 28 arranged in the reflection direction of the laser beam components 27a, 27b, evaluated as a measurement signal and used for control.
  • the layer deposition rate and the layer thickness can be determined from the periodic course of the measurement signal that is periodic with decreasing amplitude.
  • a periodic, almost cosinusoidal course of the measuring signal with continuously decreasing amplitude of the intensity I with continuous increase in thickness of the growing layer 25 over the time t indicates a constant sp 3 bond fraction.
  • the deposited layers are carried out by purely thermal annealing. If no further processing is to take place or after at least one of the listed processes, the removal chamber 6 is aerated and the carrier 8 with the coated substrates 14 is transported to the unloading station 7.
  • the laser nanostructuring of the ta-C layers for improving the tribological properties of the coated substrates 14 can take place, for example, by the production of ripples surface structures with the aid of femtosecond or picosecond laser pulses in the focus method.
  • the patterning laser beam is focused onto the layer surface with the aid of an objective and a scanner mirror system, which are arranged outside the removal chamber 6, and guided in cell form or spirally over the substrates 14 which are in patterning position.
  • the coupling of the structuring laser beam is effected by a flanged on the cover of the sampling chamber 6 coupling window made of quartz glass.
  • a track pitch of 20 to 50 microns and a laser beam fluence of some 100 to 2000 J / cm 2 Ripples are generated with a period of 500 to 700 nm and trench depths of some 10 to 400 nm.
  • Annealing can take place via a planar annular radiation heater with the dimensions of the carrier 8 for the simultaneous tempering of all substrates 14 on a carrier 8.
  • the measurement of the layer temperature is advantageously carried out via a pyrometer.
  • the annealing temperature is a maximum of the possible load temperature of the substrates 14. This is a maximum of 700 ° C.
  • the annealing time is in the range of 10 to 30 minutes.
  • the lasers, the vacuum generating means, the ion beam or plasma generating means, the laser beam guiding, shaping, focusing and scanning means, the transport means for the at least one carrier 8 and all the drives for the movements of the carrier 8 and the target holder 11 and the in situ control device are interconnected with a controller in the form of a data processing system.
  • carriers 8 can be used as a disc ring with substrate holders for substrates 14 in the form of cylinders, prisms, cones, needles, balls or hollow cylinders and further embodiments of the target holder 11.
  • substrate holders for substrates 14 in the form of cylinders, prisms, cones, needles, balls or hollow cylinders and further embodiments of the target holder 11.
  • drills and milling cutters as substrates 14 these are rotatably driven in the carrier 8.
  • FIGS. 4 and 5 show carrier and target arrangements for coating cylinder-shaped workpieces as substrates 14, each in a schematic representation.
  • substrate holder 29 For a continuous layer deposition are in a first embodiment, substrate holder 29 and thus the substrates 14 disposed therein in the tangential direction of the rotating carrier 8 by a predetermined angle of preferably 45 degrees attached inclined (representations of Fig. 4a and 4b in two views).
  • the substrate holder 29 are coupled to rotate these substrates 14 about their axis of symmetry with preferably integrated into the carrier 8 drives via a bevel gear 30 (shown in Fig. 4b).
  • the substrates 14 are arranged vertically standing in the carrier 8, wherein the substrates 14 with their substrate holders 29 about its axis of symmetry and further preferably each set five to seven substrate holder about a common center of symmetry in rotation become.
  • the target 15, which is in the ablation position, is arranged inclined at a given angle of preferably 45 degrees to the axes of symmetry of the substrates 14.
  • the targets 15 are sequentially brought to the ablation position by rotation of the target holder 11 through an angle of 360 degrees divided by the number of the targets 15 on the target holder 11.
  • the arrangements according to FIGS. 4 and 5 ensure that the mutually inclined edges and surfaces of the substrates 14 can be uniformly coated with a hard material layer of the same quality.
  • FIG. 6 shows a carrier and a target arrangement for coating cutting plates as substrates 14 in a basic representation.
  • the substrates 14 are located on substrate holders 29, wherein the cutting plates are arranged as substrates 14 on different length substrate holders 29 at different heights.
  • the substrate holders 29 are arranged rotatably driven in the carrier 8 standing, wherein each five substrate holders rotate about a common center of symmetry.
  • the targets 15 are preferably arranged at right angles to each other and there are simultaneously two targets 15 in the ablation position. In each case two targets 15 are successively brought by rotation of the target holder 11 by an angle of 360 degrees divided by the number of targets 15 on the target holder 11 in the ablation position.
  • two target laser beams 12a, 12b are used.
  • two substrate laser beams 13a, 13b are used. This is an alternating layer deposition and stress reduction on a top surface and the at least one adjoining side surfaces of the inserts possible.
  • FIG. 7 shows a carrier 8 for coating substrates 14 in the form of cylinders via a diaphragm 31 in a basic representation.
  • substrates 14 in the form of cylinders for example rollers for rolling bearings
  • they are preferably attached to substrate holder 29 in several rows next to each other in the tangential direction polygonal along the circumference of either continuously rotating or rotatable by predetermined angle carrier 8. With small cylinder lengths, these are made up into longer rods with spacer disks 33, which are connected to one another via flexible shafts 34.
  • the cylinders are rotatably mounted with the substrate holders 29.
  • the substrate holders 29 are coupled to rotate the cylinder about its axis of symmetry with preferably integrated into the carrier 8 drives.
  • a shutter 31 with the size of the cylinder adapted openings 32 is arranged, which prevents the grazing incidence of leached target particles on the cylinder jacket surfaces to be coated.
  • FIG. 8 shows a carrier 8 for coating substrates 14 in the form of needles and balls in a basic representation.
  • the substrate holder 29 is designed as a vibrating plate with side walls.
  • the carrier 8 itself is a disk ring, wherein a plurality of substrate holders 29 are located on the carrier 8.
  • the substrates 14 arranged in the substrate holders 29 rotate as needles about their axis of symmetry and as balls about their center of mass both during the layer deposition and during the voltage reduction.
  • FIGS. 9a and 9b show carrier and target assemblies for inner coating of short Hohlzy alleviate as substrates 14 in basic representations.
  • substrates 14 for internal coating of short hollow cylinders as substrates 14, for example, for the inner coating of the running surfaces of outer shells of rolling bearings, these are in a first embodiment mounted on its substrate holder 29 in the tangential direction of the carrier 8 by a predetermined angle of preferably 45 degrees inclined.
  • the substrate holders 29 are coupled to rotate the substrates 14 about their axis of symmetry with preferably integrated into the carrier 8 drives.
  • FIGS. 9a and 9b show such an arrangement in basic representations in two views.
  • the substrates 14 with their substrate holders 29 are arranged vertically on the carrier 8 and are set in rotation with their substrate holders 29 about their axis of symmetry.
  • the target 15 located in the ablation position is inclined to the symmetry axes of the substrates 14 by a predetermined angle of preferably 45 degrees (shown in FIG. 10).
  • the substrate holders 29 are arranged with the substrates 14 radially on the peripheral surface of the carrier 8 with their axes of symmetry perpendicular to the axis of symmetry of the carrier 8 and rotate about its axis of symmetry (shown in Fig. 11).
  • the carrier 8 is rotated in the second and third embodiments after the deposition of a sublayer each by an angle of 360 degrees divided by the number of positioned on the carrier 8 substrates 14 to the next substrate 14 in the coating position and on the carrier to move the oppositely disposed substrate 14 in the voltage reduction position.
  • the substrate laser beam 13 for the voltage reduction with a rectangular cross section is directed at the smallest possible angle of incidence to the coated surface of the substrate 14 located in the voltage reduction position (not shown here).
  • a magnetic circuit with pole pieces 20 is arranged on a yoke 21 in the second and third embodiments (representations in Figs. 10 and 11).
  • the magnetic circuit consists of pole shoes 20 of predetermined geometry arranged above the target 15 in ablation position and under the substrates 14 located in the coating position, which are interconnected via a yoke 21 of a magnetic material, preferably soft iron, with at least one current coil 22 for generating the magnetic field are connected.
  • the substrate laser beam 13 for reducing the voltage of a rectangular cross section becomes under As small as possible angle of incidence on the coated surface of the located in the voltage reduction position substrate 14 is directed.
  • targets 15 in cylindrical form can also be used. These are rotatably mounted on the target holder 11 and the target 15 located in Ablationsposition is offset by means of an integrated drive in the target holder 11 in rotation at a predetermined angular velocity.
  • the symmetry axis of the targets 15 in cylindrical form is preferably directed parallel to the substrate surface to be coated.
  • the targets 15 can be arranged as a cylinder radially symmetrical or polygonal in the tangential direction (representations in Figs. 12 and 13).
  • the targets 15 are arranged in cylindrical form with their axes of symmetry parallel to the axis of symmetry of the rotatable target holder 11 on the target holder 11 as a disk.
  • FIG. 14 shows the arrangement of the carrier 8 and the targets 15 and substrates 14 in a basic representation.
  • substrates 14 which are assembled into rods can be coated in cylindrical form, which are arranged radially symmetrically on the periphery of the disk-shaped carrier 8.
  • the magnetic circuit is used for magnetic field-assisted concentration of the ionized target particle flow component on the substrates 14 in the coating position.
  • the magnetic circuit consists of pole shoes 20 of predetermined geometry arranged above the target 15 in ablation position and under the substrates 14 located in the coating position a yoke 21 made of a magnetic material, preferably soft iron, each having at least one current coil 22 are connected to each other for generating the magnetic field.
  • a device for productive laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers) on substrates 14 corresponds to the execution of the coating chamber 5 of the first embodiment.
  • FIG. 15 shows a cross section of the coating chamber for a device for laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers) on substrates in a basic representation.
  • PLD laser pulse deposition
  • the coupling of the target laser beam 12 with a wavelength of 248 nm in the coating chamber 5 is carried out by a high vacuum on an extended Einkoppelflansch 35, which is attached, for example, the lid of the coating chamber 5, flanged coupling window 36 made of quartz glass.
  • the Einkoppelflansch 35 of non-magnetic material is surrounded by at least one magnetic coil assembly 37.
  • the field lines of the rotationally symmetrical magnetic fields generated by this magnet coil arrangement 37 preferably extend to the inner walls of the coupling flange 35 and not to the coupling window 36, so that the ionized target particle stream portion slopped in the direction of the coupling window 36 almost does not reach the coupling window 36 and thus reduces its coverage with target material is avoided.
  • targets 15 of pyrolytic hexagonal boron nitride and a target 15 of boron or tungsten carbide are mounted on the target holder 11.
  • the target 15 made of boron or tungsten carbide serves for the PLD deposition of an adhesion-promoting intermediate layer on the substrates 14 whose total layer thickness, depending on the surface roughness of the substrates 14, is in the range from 30 nm to 250 nm.
  • the surfaces of the substrates 14 in the coating position become coated with argon ion beams before and after PLD deposition of the intermediate layer, the surface of the respective growing boron nitride sub-layer is irradiated with argon / nitrogen ion beams as substrate beams in a mixing ratio of preferably 1: 1 to 2: 1.
  • the arranged to generate the ion beams 39 in the coating chamber 5 ion beam station 38 consists of a lid of the coating chamber 5 naval vessel 5 , a lid of the coating chamber 5 naval vessel 5 , a lid of the coating chamber 5 nautic dicht angeflanschten ion source as substrate source and an electron source for charge compensation of the ion beam 39 as substrate beam and outside the coating chamber 5 arranged energy, gas supply and cooling units for the operation of the ion beam station 38.
  • the Ar / N 2 ion irradiation of the growing BN layer additionally supplies energy for the c-BN nucleation and the c-BN layer formation process and sets the c-BN stoichiometry in a targeted manner ,
  • the predetermined angle between the mid-perpendiculars is at least 90 degrees.
  • an annular sector-shaped magnetic field is generated whose field lines extend perpendicularly from the target surface to perpendicular to the substrate surface.
  • the magnetic fields are generated by means of hollow-cylindrical magnet coils 40 arranged directly in front of the target 15 and immediately in front of the substrates 14 and thorax-sector-shaped magnet coils 41 arranged arcuately between the target 15 and substrates 14 and additionally by means of a magnetic circuit whose pole shoes 20 are connected to the yoke 21 Current coil 22 behind the target 15 and behind the substrates 14 are arranged.
  • Substrate 14 are successively attached to the serving as the inner bobbin of the magnetic coils 41 tubes annular ribs.
  • the substrate laser beam 13 for the laser-induced reduction of Stresses of the deposited c-BN sublayers employ a fluorine laser with a wavelength of 157 nm.
  • the transparent for this wavelength coupling window 42 for the substrate laser beam 13 consists of calcium fluoride (CaF 2 ).
  • FIG. 16 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on the lateral surface of larger substrates in cylindrical form, for example of cylindrical bodies with lengths of up to several 10 cm and diameters of a few cm to a few 10 cm in a schematic representation.
  • the device essentially corresponds to that of the first exemplary embodiment.
  • the carrier 8 for receiving and transporting preferably two substrates 14 in cylindrical form or of two cylinders composed of roller rings as substrates 14 is a frame in which the substrates 14 are rotatably mounted and by means of a preferably integrated in the carrier 8 drive in rotation at a predetermined angular velocity be offset about its axis of symmetry.
  • the pretreatment of the substrate 14 by ion beam action in the feed / pretreatment chamber 4 is effected by means of an ion source 9 which either supplies a band-shaped ion beam over the entire length of a substrate 14 or by means of a built-in ion source having a circular ion beam cross-section parallel to it by means of a displacement device Symmetryeachse of the rotating substrate 14 is scanned.
  • a first station 43 for voltage reduction, a target station 44 and a second station 45 for voltage reduction are successively arranged in the transport direction of the carrier 8. This ensures that a sub-layer is simultaneously deposited on one substrate 14 and the voltage of the previously deposited sub-layer on the other substrate 14 is reduced.
  • At least three targets 15 are rotatable in cylindrical form and mounted parallel to the substrate 14 located in the coating position.
  • the target 15 located in the ablation position is set in rotation at a predetermined angular velocity by means of a drive, which is preferably integrated in the target holder 11.
  • Linear scanning of the target laser beam 12 focused on the target surface parallel to the axis of symmetry of the target 15 in ablation position and simultaneous target rotation results in uniform target removal by laser ablation and thus homogeneous coating of the opposing rotating substrate 14.
  • a diaphragm with a size of the substrate 14 adapted opening is attached, which prevents the grazing incidence of ablated target particles on the surface to be coated of the substrate 14 to be coated. In the illustration of FIG. 16, this diaphragm is not shown.
  • the respective target 15 is positioned in the ablation position.
  • two targets 15 made of pyrolytic graphite and a target 15 made of boron or tungsten carbide are attached to the target holder 11.
  • the target 15 made of boron or tungsten carbide is used for the PLD deposition of an adhesion-promoting intermediate layer on the substrates 14.
  • the substrate 14 located in the coating position is brought to voltage reduction by moving the carrier 8 into the first or second station 43, 45.
  • linear scanning of the directed onto the substrate surface substrate laser beam 13 with preferably rectangular cross-section parallel to the axis of symmetry of the substrate 14 and the simultaneous substrate rotation is a uniform reduction in voltage of the deposited sub-layer.
  • a laser micro or laser nano structuring and / or a further one may be present in the withdrawal chamber 6
  • FIG. 17 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates with a flat rectangular shape in a basic representation.
  • the device essentially corresponds to that of the first embodiment.
  • the ion source 9, the first voltage reduction station 43, the target station 44 including the target holder 11, and the second voltage reduction station 45 of the third embodiment are realized.
  • On the carrier 8 preferably two substrate holders 29 are each positioned as a plate.
  • the substrate holders 29 are moved in the feed / pretreatment chamber 4 by controlled displacement of the carrier 8 perpendicular to the ion beam of the ion source 9 as a broadband ion source or perpendicular to the scanning direction of the ion source 9 with a circular ion beam cross section.
  • the coating chamber 5 an additional controlled movement of the carrier 8 with the substrates 14 perpendicular to the scanning direction of the target laser beam 12 and the substrate laser beam 13.
  • a diaphragm is fitted with a matching opening, the grazing incidence of ablauerten target particles on the substrate to be coated 14 prevented.
  • the aperture is not shown in the illustration of FIG. 17.
  • the target holder 11 is prism-shaped and the targets 15 are mounted on the lateral surfaces.
  • FIG. 18 shows a target holder 11 for targets 15 with a rectangular plate shape in a basic representation.
  • the target holder 11 To rotate the respective target 15 into the ablation position by means of an existing drive, the target holder 11 is designed to be rotatable about its axis of symmetry in steps of 360 degrees divided by the number of prism lateral surfaces occupied by targets 15.
  • the target laser beam 12 is scanned two-dimensionally areally, for example, circular and linear progressively as meanders or adjacent bands, over the target surface.
  • Substrates 14 are on a carrier 8 in prismatic form.
  • FIG. 19 shows such a carrier 8 in prismatic form with substrates 14 in a basic representation.
  • the carrier 8 is further perpendicular to the scanning direction of the ion beam in the feed / pretreatment chamber 4 and the target laser beam 12 and the substrate laser beam 13 in the coating chamber 5 by means of a transport Directed controlled direction to ensure a homogeneous pretreatment of the substrates 14 and a homogeneous layer deposition and a homogeneous voltage reduction.
  • an aperture with a suitable opening can furthermore be attached, which prevents the grazing incidence of leached target particles on the substrates 14 to be coated.
  • the target 15 can also be arranged in cylindrical form, in the form of a plate or in the form of a truncated cone in the interior of the substrate 14.
  • the substrate 14 is, for example, a hollow cylinder whose inner surface is to be provided with a layer to be deposited.
  • the targets 15 in cylindrical form are rotatably mounted on the target holder 11.
  • the target 15 to be ablated is displaced axially and parallel to the axis of symmetry of the substrate 14 into the ablation position by means of a drive integrated in the target holder 11 and displaced in rotations at a predetermined angular velocity.
  • the substrate laser beam 13 for reducing the voltage of the sub-layer just deposited may be simultaneously directed to the coated inner surface of the substrate 14 opposite the substrate surface located in the coating position.
  • the hollow cylindrical substrates 14 mounted on the rotatable substrate holder 29 can be positioned on a disc-shaped carrier according to Embodiment 1 or a carrier configured as a frame according to Embodiments 3 and 4, for example. 21 to 24 show a further arrangement for the inner coating of long hollow cylindrical bodies as substrates 14 with larger dimensions in a schematic representation.
  • two targets 15 are fixed in a plate shape on a wedge-shaped target holder 11 having a wedge opening angle ⁇ in the range of preferably 40 to 60 degrees.
  • a meander-shaped or spiral-shaped scan of the target laser beam 12 focused on the target surface over the target surface results in a uniform target removal by laser ablation.
  • each of the two targets can be brought into the ablation position.
  • the hollow-cylindrical aperture 31, which surrounds the target holder 11 with the targets 15, is moved synchronously with the laser beam scan over the target, so that only particles ablated from the target and passing through the aperture and almost perpendicular to the surface of the substrate 14 are hit effect the layer formation.
  • the disc-shaped target holder 11 shown in FIG. 22 may alternatively be used with a frustoconical target 15 attached thereto or the frusto-conical target holder shown in FIG. 23 with a frustoconical target 15 attached thereto become.
  • Linear scanning of the target laser beam 12 focused on the target surface parallel and perpendicular to the axis of symmetry of the target 15 and the simultaneous target rotation then results in uniform target removal by laser ablation.
  • the substrate laser beam 13 for reducing the voltage of the newly deposited sublayer is preferably directed perpendicular to the sublayer of the coated inner surface of the hollow cylindrical substrate 14 by means of a 90 degree deflection mirror 47 attached to the mirror support 48.
  • a 90 degree deflection mirror 47 attached to the mirror support 48.
  • a plurality of rotatable substrate holders 29 with the hollow cylindrical substrates 14 can be positioned, for example, in a carrier 8 designed as a frame according to exemplary embodiment 3, which has at least one drive unit for rotating the substrate holder 29 with the substrate 14 around its axis of symmetry (also shown in FIG. 16).
  • At least one target holder 11 with a target 15 is attached to a moving device for linear scanning and rotation of the target holder 11 with the target 15, which is preferably attached to the front vertical wall of the coating chamber 5 so that one of the in the coating chamber 5 in the carrier. 8 positioned, located in coating position substrates 14 can be coated (as shown in FIG. 21).
  • At least one mirror mount 48 with the deflecting mirror 47 is attached to a moving device for linear scanning of the mirror mount 48 with the deflecting mirror 47, which is preferably attached to the front vertical wall of the coating chamber 5 such that the tension of the previously deposited sublayer is one of those in the coating chamber 5 can be reduced in the carrier 8 positioned, not in the coating position but in voltage reduction position located substrate 14 (as shown in FIG. 24).
  • Both the target laser beam 12 and the substrate laser beam 13 are coupled into the coating chamber 5 by coupling windows flanged high vacuum-tight in the coating chamber 5 opposite the movement device fastenings for the target holder 11 and the mirror holder 48, and onto the target 15 (corresponding to the representation of FIG 21) or directed to the deflection mirror 47 (as shown in Fig. 24).
  • the focusing and moving devices for the target laser beam 12 and the substrate laser beam 13 are mounted outside the coating chamber 5.
  • the pretreatment of the substrate 14 by ion beam exposure can be carried out according to Embodiment 3 in the charging / pretreatment chamber 4 (corresponding to FIG the illustration of FIG. 16).
  • FIG. 25 shows an arrangement of an ion source 9, which supplies an ion beam with a preferably rectangular band-shaped cross section, to an ion source holder 32 within a hollow cylindrical substrate 14.
  • This is attached to a moving device and flanged to a vertical wall of the feed / pre-treatment chamber.
  • the target 15 as a hollow cylinder can also surround the substrate 14.
  • the target 15 as a hollow cylinder can also surround the substrate 14.
  • FIG. 26 shows a carrier, substrate and target arrangement for coating lateral surfaces of substrates 14 as long cylinders in a basic representation.
  • the substrate 14 is rotatably and axially displaceably mounted.
  • the targets 15 as hollow cylinders are arranged one after another at a predetermined distance with their axes of symmetry parallel to one another and parallel to the axis of symmetry of the substrate 14 and preferably surround the substrate 14 radially symmetrically.
  • Each target 15 is rotated by means of a drive integrated in the suspension 46 of the target holder 11 in rotations at a predetermined angular velocity.
  • a uniform ablation of the target inner surface by laser ablation takes place.
  • simultaneous rotation of the substrate 14 about its axis of symmetry at a predetermined angular velocity and controlled axial back and forth displacement of the substrate 14 relative to the targets 15 layers are deposited with a homogeneous thickness or with a predetermined Dickengradient in the axial direction.
  • the substrate laser beams 13 for voltage reduction are directed before, between and after the target holders 11 on the surface of the substrate 14, so that during the controlled axial back and forth displacement of the substrate 14 in sections, an alternating deposition of sub-layers and subsequent voltage reduction takes place.
  • the devices of the exemplary embodiments can also be used for productive laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers) on substrates, if targets of hexagonal boron nitride are used instead of the targets of graphite and simultaneously a substrate beam during the Schichtabscheidepenses, containing at least a proportion of nitrogen ions, is directed to the growing layer surface.
  • PLD laser pulse deposition

Abstract

The invention relates to apparatuses for the pulsed laser deposition (PLD) of layers, preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) having predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and of cubic boron nitride layers (c-BN layers), on substrates using devices for generating a vacuum, comprising at least one device for ion beam or plasma generation, using lasers having devices for guiding, shaping, focusing and scanning laser beams, and at least one transport device for at least one carrier. These apparatuses are characterized particularly in that the layers can be produced predominantly without stress. For this purpose, at least one coating/pretreatment chamber, a coating chamber, and a removal chamber are disposed consecutively, which can each be separately evacuated up to high vacuum by means of a device for creating a vacuum, and can be separately vented, and are separated from each other by means of vacuum locks, wherein at least one carrier each comprising at least one substrate holder for receiving at least one substrate can be moved from chamber to chamber by means of the transport device when the vacuum lock is open.

Description

Beschreibung description
Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf SubstrateDevice for laser pulse deposition (PLD) of layers on substrates
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier.The invention relates to devices for laser pulse deposition (PLD) of layers, preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride (c-BN layers), on substrates with means for vacuum generation, with at least a device for ion beam or plasma generation, with lasers with devices for guiding, shaping, focusing and scanning of laser beams and with at least one transport device for at least one carrier.
Die DE 44 17 114 A 1 (Vorrichtung und Verfahren zur teilchenselektiven Abscheidung dünner Schichten mittels Laserimpuls- Abscheidung - PLD) betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit deren Hilfe zum Beispiel hochreine dünne Schichten hergestellt werden können. Das wird mit einer Vorrichtung erreicht, die mindestens ein Target, ein Substrat, ein Prozessgas, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines hochfrequenten elek- trischen feldes und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Substratvorspannung enthält. Dabei wird durch einen Laserimpuls ein Laserplasma auf der Targetoberfläche erzeugt, das in den über der Substratoberfläche liegenden Halbraum gerichtet ist. Weiterhin wird ein Prozessgas eingegeben. Darüber hinaus werden in dem über der Substratoberfläche liegenden Halbraum ein hochfrequentes elektrisches Feld und ein durch die Substratvorspannung erzeugtes elektrisches Feld aufgebaut.DE 44 17 114 A 1 (device and method for particle-selective deposition of thin layers by means of laser pulse deposition - PLD) relates to a device and a method by means of which, for example, high-purity thin layers can be produced. This is achieved with a device which contains at least one target, a substrate, a process gas, a device for generating a high-frequency electric field and a device for generating an electrical substrate bias. In this case, a laser plasma is generated on the target surface by a laser pulse, which is directed into the lying above the substrate surface half-space. Furthermore, a process gas is entered. In addition, a high-frequency electric field and an electric field generated by the substrate bias are built up in the half-space above the substrate surface.
Durch die DE 201 20 783 U 1 (Anlage zur Abscheidung dünner Schichten) ist eine Anlage zur Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat mittels gepulster Laserdeposition, mit zylinderförmigem Targetmaterial bekannt, wobei ein oder mehrere Laserquellen auf mindestens zwei Stellen auf dem Targetmaterial fokussiert sind. Diese Lösungen sind auf die Beschichtung der Substrate beschränkt. Vor- und Nachbehandlungen der Substrate und der abgeschiedenen Schichten sind nicht vorgesehen. Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten so zu schaffen, dass vorzugsweise diamantartige Kohlenstoffschichten mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und kubische Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf verschiedenartig geformte und auch auf temperaturempfindliche Substrate vorwiegend spannungsfrei erzeugt werden können.DE 201 20 783 U1 (system for depositing thin layers) discloses a system for depositing thin layers on a substrate by means of pulsed laser deposition, with cylindrical target material, wherein one or more laser sources are focused on at least two locations on the target material. These solutions are limited to the coating of the substrates. Pre- and post-treatments of the substrates and the deposited layers are not provided. The invention defined in claim 1 is based on the object to provide devices for laser pulse deposition (PLD) of layers so that preferably diamond-like carbon layers with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride (c-BN layers) on variously shaped and can also be generated on temperature-sensitive substrates mainly stress-free.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This object is achieved with the features listed in claim 1.
Die Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichten vorwiegend spannungsfrei erzeugt werden können. Dazu sind jeweils mindestens eine Beschickungs-/Vorbehandlungskammer, eineThe devices for laser pulse deposition (PLD) of layers, preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride layers (c-BN layers), on substrates with means for generating vacuum, with at least one device For ion beam or plasma generation, with lasers with devices for guiding, shaping, focusing and scanning of laser beams and with at least one transport device for at least one carrier, are characterized in particular by the fact that the layers can be generated predominantly stress-free. These are each at least one feed / pre-treatment chamber, a
Beschichtungskammer und eine Entnahmekammer nacheinander angeordnet, jeweils über eine Einrichtung zur Vakuumerzeugung separat bis auf Hochvakuum evakuierbar sowie separat belüftbar und durch Vakuumschleusen voneinander getrennt, wobei jeweils wenigstens ein Carrier mit mindestens einem Substrathalter zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat mittels der Transportvorrichtung bei geöffneter Vakuumschleuse von Kammer zu Kammer bewegbar ist.Each coating chamber and a removal chamber arranged in succession, each separately via a vacuum generating device to high vacuum evacuated and separately ventilated and separated by vacuum locks, each with at least one carrier with at least one substrate holder for receiving at least one substrate by means of the transport device with open vacuum lock chamber is movable to chamber.
In jeder der Kammern ist jeweils wenigstens ein Carrier mit mindestens einem Substrathalter zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat angeordnet, der mittels geeigneter Transportvorrichtungen bei geöffneter Vakuumschleuse von Kammer zu Kammer trans- portierbar ist. Die Einführung des mit wenigstens einem unbeschichteten Substrat bela- denen Carriers in die belüftete Beschickungs-/Vorbehandlungskamrner und die Entnahme des mit den wenigstens einen beschichteten Substrats beladenen Carriers aus der belüfteten Entnahmekammer erfolgt durch hochvakuumdicht verschließbare Kammer- türen.In each of the chambers, in each case at least one carrier with at least one substrate holder for receiving at least one substrate is arranged, which can be transported from chamber to chamber by means of suitable transport devices when the vacuum lock is open. The introduction of the carrier loaded with at least one uncoated substrate into the aerated charging / pretreatment chamber and the removal of the carrier laden with the at least one coated substrate from the ventilated removal chamber is effected by means of a chamber which can be sealed in a vacuum-tight manner. doors.
In der Beschickungs-ZVorbehandlungskammer ist entweder wenigstens eine Ionenquelle zur Ionenstrahlvorbehandlung des Substrats oder wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas zur Plasmavorbehandlung des Substrats angeordnet. Durch gesteuerte Relativbewegung zwischen dem Ionenstrahl oder dem Plasma und dem Substrat mittels Bewegungsvorrichtungen für den Carrier und die Substrathalter wird eine homogene Vorbehandlung des gesamten Substrats oder einer Substrat-Charge auf dem Carrier gewährleistet. In und außerhalb der Beschichtungskammer sind jeweils Bestandteile wenigstens einer Targetstation und mindestens einer Spannungsreduzierungsstation angeordnet. DieIn the feed Z pretreatment chamber either at least one ion source for ion beam pretreatment of the substrate or at least one device for generating a plasma for plasma pretreatment of the substrate is arranged. By controlled relative movement between the ion beam or the plasma and the substrate by means of moving devices for the carrier and the substrate holder, a homogeneous pretreatment of the entire substrate or a substrate charge on the carrier is ensured. Components of at least one target station and at least one voltage reduction station are respectively arranged in and outside the coating chamber. The
Targetstation besteht aus einem in der Beschichtungskammer angebrachten Targethalter mit mindestens einem Target, welches in Ablationsposition und in einem vorgegebenen Abstand zu den sich auf dem Carrier in der Beschichtungsposition befindenden Substrat angeordnet ist. Als weitere Bestandteile der Targetstation sind außerhalb der Beschich- tungskammer wenigstens ein Laser und wenigstens eine Einrichtung zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen eines Laserstrahls, dem Targetlaserstrahl, über das sich in Ablationsposition befindende Target angeordnet und eine Einrichtung zur Einkopplung dieses Targetlaserstrahls auf das Target an der Beschichtungskammer angeflanscht. Dabei wird der Targetlaserstrahl unter einem vorgegebenen Einfallswinkel von kleiner 70 Grad auf die Targetoberfläche gerichtet, damit die Laserstrahlenergie in ein kleines Targetvolumen deponiert und dadurch ein intensiver Targetteilchenstrom mit möglichst hoher Teilchenenergie ablauert wird.Target station consists of a mounted in the coating chamber target holder with at least one target, which is arranged in Ablationsposition and at a predetermined distance to the substrate located on the carrier in the coating position. As a further constituent of the target station, at least one laser and at least one device for guiding, shaping, focusing and scanning a laser beam, the target laser beam, are arranged outside the coating chamber via the target located in the ablation position and a device for coupling this target laser beam onto the target Target flanged to the coating chamber. In this case, the target laser beam is directed onto the target surface at a predetermined angle of incidence of less than 70 degrees, so that the laser beam energy is deposited in a small target volume and thereby an intensive target particle stream with as high a particle energy as possible is wandered off.
Die Spannungsreduzierungsstation zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen von abgeschiedenen Subschichten vorgegebener Dicke auf den sich in der Entspan- nungsposition auf dem Carrier befindendem Substrat besteht aus wenigstens einemThe stress reduction station for the laser-induced reduction of the stresses of deposited sublayers of predetermined thickness on the substrate located in the relaxation position on the carrier consists of at least one
Laser und wenigstens einer außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Einrichtung zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen wenigstens eines Laserstrahls sowie einer an der Beschichtungskammer angeflanschten Einrichtung zur Einkopplung dieses Laserstrahls, dem Substratlaserstrahl, mit vorgegebenem Querschnitt auf die Schichtoberfläche. Das sich in Ablationsposition befindende Target und das sich auf dem Carrier in Beschichtungsposition befindende Substrat sind des Weiteren zum Erreichen einer hohen Schichtabscheiderate vorzugsweise gegenüberliegend und mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet und/oder werden zusätzlich gesteuert relativ zueinander bewegt, damit der vom Target ablauerte, schichtbildende Teilchenstrom senkrecht oder weitestgehend senkrecht, jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Subschichten mit homogener und vorgegebener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden. Mit zunehmendem Einfallswinkel ist eine etwas höhere Targetlaserstrahlfluenz zur Erhöhung der Targetteilchenenergie zu wählen, damit der erforderliche Energie- und Impulseintrag in die aufwachsende Subschicht durch die Targetteilchen trotz größerem Einfallswinkel noch gewährleistet ist, jedoch kein streifender Einfall mit Einfallswinkeln von größer 60 Grad. Bei streifendem Einfall der Targetteilchen auf die Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche sind der Energie- und Impulseintrag der Targetteilchen in die aufwachsende Schichtoberfläche und die Subplantationstiefe der vom Target ablauerten, schichtbildenden Teilchen in die Schichtoberfläche zu gering für die Ausbildung der vorgegebenen Schichteigenschaften, beispielsweise eines hohen sp3-Bindungsanteils in ta-C Schichten und die Herausbildung der c-BN Schichtphase, auch bei sehr hohen Fluenzen.Laser and at least one arranged outside the coating chamber means for guiding, shaping, focusing and scanning at least one laser beam and a flanged to the coating chamber means for coupling this laser beam, the substrate laser beam, with a predetermined cross-section on the layer surface. The target located in the ablation position and the substrate in the coating position on the carrier are furthermore preferably arranged opposite one another and at a small distance from one another to achieve a high layer deposition rate and / or are additionally controlled moved relative to one another, so that the layer-forming particle stream ablauerte from the target perpendicular or largely perpendicular, but not incident at an angle of incidence of greater than 60 degrees to the respective substrate or growing layer surface and deposited sub-layers of homogeneous and predetermined thickness or with a predetermined lateral Dickengradienten , With increasing angle of incidence, a slightly higher target laser beam fluence for increasing the target particle energy is to be selected, so that the required energy and pulse entry into the growing sublayer is still ensured by the target particles despite a larger angle of incidence, but no grazing incidence with incidence angles of greater than 60 degrees. In grazing incidence of the target particles on the substrate or growing layer surface of the energy and momentum entry of the target particles in the growing layer surface and the subplantation depth of the tarnished by the target, layer-forming particles in the layer surface are too low for the formation of the predetermined layer properties, such as a high sp 3 binding fraction in ta-C layers and the formation of the c-BN layer phase, even at very high fluences.
Weiterhin werden die inneren Spannungen von Subschichten vorgegebener Dicke über die gesamte Subschichtfläche und die gesamte Subschichtdicke homogen oder mit vorgegebenen Gradienten lateral über die Subschichtfläche und über die Subschicht- dicke durch geeignete Anordnung und Relativbewegung des sich auf dem Carrier in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substrat und des Substratlaserstrahls reduziert.Furthermore, the internal stresses of sub-layers of predetermined thickness over the entire sub-layer area and the entire sub-layer thickness are reduced homogeneously or with predetermined gradients laterally over the sub-layer area and over the sub-layer thickness by suitable arrangement and relative movement of the substrate located in the voltage reduction position on the carrier and the substrate laser beam ,
Die Abscheidung von Subschichten und die Spannungsreduzierung von abgeschiedenen Subschichten erfolgt dabei vorzugsweise alternierend bis zum Erreichen der vorgege- benen Gesamtschichtdicke.The deposition of sublayers and the stress reduction of deposited sublayers preferably takes place alternately until the predefined overall layer thickness is reached.
Die Beschichtungsposition und die Spannungsreduzierungsposition der sich auf dem Carrier befindenden Substrate kann dabei gleich oder unterschiedlich sein. Bei gleicher Position werden die Substratlaserstrahlpulse zur Spannungsreduzierung vorzugsweise alternierend zwischen den vom Target ablatierten schichtbildenden Targetteilchenstrom- pulsen oder nach mehreren Targetteilchenstrompulsen auf die abgeschiedene Subschicht gerichtet. Bei unterschiedlicher Position wird das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat nach der Abscheidung einer Subschicht mit vorgegebener Dicke durch Bewegung des Carriers in die Spannungsreduzierungsposition verfahren. Darüber hinaus sind die Bestandteile der Vorrichtung mit einem Datenverarbeitungssystem gekoppelt, so dass mit einem Programm eine Steuerung der Transport der Carrier und eine vorgegebene Variation aller Parameter für den Vorbehandlungs-, für den Beschichtungs- und den Spannungsreduzierungsprozess erfolgt.The coating position and the voltage reduction position of the substrates on the carrier can be the same or different. In the same position, the substrate laser beam pulses for reducing the voltage are preferably directed alternately between the layer-forming target particle current pulses ablated by the target and after several target particle current pulses on the deposited sub-layer. In a different position, the substrate in the coating position is moved after the deposition of a sublayer of predetermined thickness by movement of the carrier in the voltage reduction position. In addition, the components of the device are coupled to a data processing system, so that with a program, a control of the transport of the carrier and a predetermined variation of all parameters for the pretreatment, for the coating and the voltage reduction process takes place.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 35 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the claims 2 to 35.
Der Carrier als Träger des mindestens einen Substrathalters und des wenigstens einen Substrats besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 die Form einer Scheibe, eines Scheibenrings, einer Platte, eines Gestells oder eines Prismas. Darüber hinaus ist der Carrier wenigstens in der Beschichtungskammer zur Realisierung einer vorgegebenen lateralen Relativbewegung des Substrats vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets mit wenigstens einem Antrieb gekoppelt, um eine homogene oder vorgegebene laterale Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung zu erreichen.The carrier as a carrier of the at least one substrate holder and the at least one substrate according to the embodiment of claim 2 has the shape of a disc, a disc ring, a plate, a frame or a prism. In addition, the carrier is at least in the coating chamber for realizing a predetermined lateral relative movement of the substrate preferably parallel to the surface of the target located in Ablationsposition coupled with at least one drive to achieve a homogeneous or predetermined lateral layer thickness distribution and stress reduction.
Für den zyklischen kontinuierlichen oder stufenweisen Transport des Substrats in die Beschichtungsposition und in die Spannungsreduzierungsposition und zum Erreichen einer homogenen oder vorgegebenen lateralen Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung wird eine vorgegebene Relativbewegung des Carriers, vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets, realisiert.For the cyclic continuous or stepwise transport of the substrate into the coating position and into the stress reduction position and for achieving a homogeneous or predetermined lateral layer thickness distribution and stress reduction, a predetermined relative movement of the carrier, preferably parallel to the surface of the target located in the ablation position, is realized.
Der Carrier ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 3 als Scheibe oder Scheibenring ausgebildet. Für den zyklischen kontinuierlichen oder stufenweisen Transport des Substrats in die Beschichtungsposition und in die Spannungsreduzierungsposition und zum Erreichen einer homogenen oder vorgegebenen lateralen Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung wird eine vorgegebene Relativbewegung, vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets, realisiert. Diese erfolgt durch gesteuerte kontinuierliche Rotation des Carriers mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit oder durch stufenweise Drehung um vorgegebene Winkel um seine vorzugsweise senkrecht zur Targetoberfläche gerichtete Symmetrieachse mittels vorhandener Antriebe und wahlweise auch durch gesteuerte laterale und parallele Ver- Schiebung relativ zum Target mittels vorhandener Bewegungseinrichtungen.The carrier is formed according to the embodiment of claim 3 as a disc or disc ring. For the cyclic continuous or stepwise transport of the substrate into the coating position and into the stress reduction position and for achieving a homogeneous or predetermined lateral layer thickness distribution and stress reduction, a predetermined relative movement, preferably parallel to the surface of the target located in the ablation position, is realized. This is done by controlled continuous rotation of the carrier at a predetermined angular velocity or by stepwise rotation by predetermined angle about its preferably perpendicular to the target surface symmetry axis by means of existing drives and optionally also by controlled lateral and parallel Shift relative to the target by means of existing movement devices.
Der Carrier ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 4 als Prisma ausgebildet und so angeordnet, dass dieser um seine vorzugsweise parallel zur Targetoberfläche gerichteten Symmetrieachse stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der mit Substraten belegten Prismenmantelflächen drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung der Substrate zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets lateral und vorzugsweise parallel relativ zur Targetoberfläche mittels vorhandener Bewegungseinrichtungen vorgegeben verschiebbar ist.The carrier is formed according to a further development of claim 4 as a prism and arranged so that this rotatable about its preferably parallel to the target surface axis of symmetry gradually by predetermined angle corresponding to the number of substrates covered with prism shell surfaces and to realize a predetermined relative movement of the substrates to the surface of in ablation position targets laterally and preferably parallel relative to the target surface by means of existing movement means is predetermined displaceable.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ist in den Carrier wenigstens eine Bewegungsvorrichtung für den Substrathalter so integriert, dass das Substrat um seine Symmetrieachse oder um sein Symmetriezentrum mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit rotiert und/oder zyklisch über einen vorgegeben Winkelbereich zur Targetober- fläche geneigt wird.According to the embodiment of claim 5, at least one moving device for the substrate holder is integrated in the carrier so that the substrate rotates about its axis of symmetry or about its center of symmetry at a predetermined angular velocity and / or is inclined cyclically over a predetermined angular range to the target surface.
Damit ist eine Verbesserung der Homogenität der Schichtdickenverteilung und der Spannungsreduzierung erzielbar. Bei komplizierten dreidimensionalen Substrat-Oberflächengeometrien, beispielsweise bei Bohrern und Fräsern, können die Substrate gleichzeitig zyklisch über einen vorgegebenen Winkelbereich zur Targetoberfläche geneigt werden.Thus, an improvement in the homogeneity of the layer thickness distribution and the voltage reduction can be achieved. For complicated three-dimensional substrate surface geometries, such as drills and cutters, the substrates can be simultaneously cyclically tilted over a given angular range to the target surface.
Durch die vorgegebene Relativbewegung des Carriers und Rotation und wahlweise zyklische Neigung des Substrats während des Schichtwachstumsprozesses erfolgt wenigstens zeitweise ein senkrechter Einfall der ablauerten Targetteilchen auf die jeweilige Substrat- oder Schichtoberfläche, wodurch die einfallenden ablauerten energetischen Targetteilchen den für die Herausbildung besonderer Schichteigenschaften erforderlichen Energie- und Impulseintrag in die aufwachsende Schichtoberfläche gewährleisten. Beispielsweise kann ein hoher sp3-Bindungsanteil in ta-C Schichten oder die kubische Bornitridphase in c-BN Schichten erzeugt werden.Due to the predetermined relative movement of the carrier and rotation and optionally cyclical inclination of the substrate during the layer growth process, a vertical incidence of the ablauerten target particles on the respective substrate or layer surface is at least temporarily, whereby the incident depleted energetic target particles required for the formation of specific layer properties energy and Ensure impulse entry into the growing layer surface. For example, a high sp 3 bond fraction can be generated in ta-C layers or the cubic boron nitride phase in c-BN layers.
Der Targethalter ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 scheibenförmig oder scheibenringförmig ausgebildet. Weiterhin besitzt der Targethalter mehrere kreisförmig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von vorzugsweise scheibenförmigen Targets oder von radial oder tangential auf dem Target- halter angeordneten zylinderförmigen Targets. Diese bestehen aus einem Targetmaterial oder verschiedenartigen Targetmaterialien. Darüber hinaus besitzt die Targetstation eine Vorrichtung zur Rotation des Targethalters um seine Symmetrieachse um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targets zur Drehung der einzelnen Targets in die Ablationsposition.The target holder is formed according to the embodiment of claim 6 disc-shaped or disc-ring-shaped. Furthermore, the target holder has a plurality of circularly arranged target holders for receiving and for cooling or heating of preferably disk-shaped targets or of radial or tangential on the target holder arranged cylindrical targets. These consist of a target material or various target materials. In addition, the target station has a device for rotating the target holder about its axis of symmetry by predetermined angles corresponding to the number of targets for rotation of the individual targets in the ablation position.
Der Targethalter besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 mindestens eine Vorrichtung zur Rotation des sich in Ablationsposition befindenden Targets um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit.According to the embodiment of claim 7, the target holder has at least one device for rotating the target located in the ablation position about its axis of symmetry at a predetermined angular velocity.
Der Targethalter oder wenigstens einzelne Targethalterungen des Targethalters sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 so ausgebildet, dass die Targetoberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets parallel oder unter einem vorgegebenen einstellbaren Winkel zur Oberfläche des sich in Beschichtungsposition befm- denden Substrats gerichtet ist.According to the embodiment of claim 8, the target holder or at least individual target holders of the target holder are designed so that the target surface of the target located in the ablation position is directed parallel or at a predetermined adjustable angle to the surface of the substrate in the coating position.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ist ein Targethalter oder sind mehrere vorzugsweise rotationssymmetrisch und prismenförmig angeordnete Targethalter zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von zylinderförmig ausgebildeten Targets ein Bestandteil der Targetstation. Diese Targets bestehen entweder aus einem Targetmaterial oder sind aus mehreren Segmenten aus verschiedenartigen Targetmaterialien zusammengesetzt. Weiterhin weist die Targetstation mindestens eine Vorrichtung zur Rotation wenigstens des sich in Ablationsposition befindenden Targets mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit um seine Symmetrieachse auf.According to the embodiment of claim 9, a target holder or a plurality of preferably rotationally symmetrical and prismatic arranged target holder for receiving and for cooling or heating of cylindrical targets is a part of the target station. These targets consist either of a target material or are composed of several segments of different target materials. Furthermore, the target station has at least one device for rotating at least the target located in the ablation position at a predetermined angular velocity about its axis of symmetry.
Die wenigstens eine Vorrichtung zur Rotation ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 vorteilhafterweise mit jeweils einer Einrichtung zur vorgegebenen Verschiebung der Targetsegmente parallel zur Symmetrieachse des jeweiligen Targets in die Ablationsposition versehen.According to the embodiment of claim 10, the at least one device for rotation is advantageously provided with in each case one device for the predetermined displacement of the target segments parallel to the axis of symmetry of the respective target into the ablation position.
Der Targethalter ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 prismenförmig ausgebildet und besitzt prismenmantelflächenartig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von ebenen plattenförmigen Targets. Die Targets besitzen beispielsweise die Form eines Rechtecks. Darüber hinaus ist der Targethalter stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targethalterungen drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und den sich in Beschichtungs- position befindenden Substrat lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar.The target holder is prism-shaped according to the embodiment of claim 11 and has prismenmantelflächeartig arranged target holders for receiving and cooling or heating of flat plate-shaped targets. The Targets, for example, have the shape of a rectangle. In addition, the target holder is rotatable in steps by predetermined angle corresponding to the number of target holders and, in order to realize a predetermined relative movement between the target located in the ablation position and the substrate located in the coating position, can be displaced laterally and preferably parallel relative to the substrate surface.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 ist der Targethalter keilförmig ausgebildet. Auf wenigstens einer der Keilflächen ist weiterhin eine Targethalterung für ein Target als ebene Platte angeordnet. Weiterhin ist der Targethalter zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und den sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar. Die Targethalterung kann weiterhin Mittel zur Kühlung oder Heizung der Targets als ebene Platten besitzen.According to the embodiment of claim 12, the target holder is wedge-shaped. On at least one of the wedge surfaces, a target holder for a target is furthermore arranged as a flat plate. Furthermore, in order to realize a predetermined relative movement between the target located in the ablation position and the substrate located in the coating position, the target holder can be displaced laterally and preferably parallel relative to the substrate surface in a controlled manner. The target holder may further comprise means for cooling or heating the targets as flat plates.
Vorteilhafterweise befinden sich auf den Keilflächen jeweils eine Targethalterung für ein Target als ebene Platte. Die Keilflächen des Targethalters schließen dazu einen Winkel im Bereich von vorzugsweise 40 bis 60 Grad ein. Der Targethalter mit den zwei Targets kann weiterhin um 180 Grad gedreht werden, so dass jeweils eines der Targets in Ablationsposition platzierbar ist.Advantageously located on the wedge surfaces each have a target holder for a target as a flat plate. The wedge surfaces of the target holder enclose an angle in the range of preferably 40 to 60 degrees. The target holder with the two targets can continue to be rotated by 180 degrees, so that in each case one of the targets can be placed in the ablation position.
Der Targethalter einschließlich der Targets kann dabei in einem Substrat platziert werden, wobei die Schicht auf der Innenfläche des Substrats abgeschieden wird. Dazu wird das Substrat gedreht und in der Symmetrieachse des Substrats verschoben.The target holder including the targets can be placed in a substrate, wherein the layer is deposited on the inner surface of the substrate. For this purpose, the substrate is rotated and moved in the symmetry axis of the substrate.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 ist der Targethalter scheibenförmig oder kegelstumpffδrrnig ausgebildet.According to the embodiment of claim 13, the target holder is disc-shaped or frusto-conical.
Der scheibenförmig ausgebildete Targethalter besitzt eine Targethalterung zur Aufnahme eines kegelstumpfförmigen Targets. Der kegelstumpfförmig ausgebildete Targethalter weist eine Targethalterung zur Auf- nähme eines kegelstumpfmantelförmigen Targets auf.The disc-shaped target holder has a target holder for receiving a frustoconical target. The truncated cone-shaped target holder has a target holder for receiving a truncated cone-shaped target.
Weiterhin ist der Targethalter um seine Symmetrieachse drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und den sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar. Der Targethalter einschließlich der Targets kann dabei innerhalb des Substrats platziert werden, wobei die Schicht auf der Innenfläche des Substrats abgeschieden wird. Dazu wird das Substrat gedreht und entlang seiner Symmetrieachse verschoben.Furthermore, the target holder is rotatable about its axis of symmetry and for realizing a predetermined relative movement between the target located in the ablation position and the substrate located in the coating position laterally and preferably displaceable in parallel controlled relative to the substrate surface. The target holder including the targets can be placed inside the substrate, wherein the layer is deposited on the inner surface of the substrate. For this purpose, the substrate is rotated and moved along its axis of symmetry.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 14 ist mindestens eine Schutzblende für wenigstens ein sich nicht in Ablationsposition befindenden Targets und für wenigstens ein sich nicht in Beschichtungsposition befindenden Substrats in der Beschichtungs- kammer angeordnet. Dadurch sind diese vor einer Oberflächenverschmutzung mit abla- tiertem Fremdmaterial geschützt.According to the embodiment of claim 14, at least one protective screen is arranged in the coating chamber for at least one target not in ablation position and for at least one substrate not in coating position. As a result, they are protected against surface contamination with foreign material deposited.
Die Einrichtung zur Einkopplung des Targetlaserstrahls auf das sich in Ablationsposition befindende Target besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 aus einem an einem Einkoppelflansch hochvakuumdicht angeflanschten Einkoppelfenster aus einem für die Wellenlänge des Targetlaserstrahls transparenten Material. DerAccording to the embodiment of claim 15, the device for coupling the target laser beam to the target located in the ablation position consists of a coupling-in window which is flanged to a coupling flange in a highly vacuum-tight manner and made transparent to the wavelength of the target laser beam. Of the
Einkoppelflanschquerschnitt und das Einkoppelfenster sind weiterhin in ihrer Größe so bemessen, dass der Targetlaserstrahl über die gesamte Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets entweder nur linear mit konstanter oder vorgegeben variierter Geschwindigkeit bei rotierenden scheibenförmigen oder zylinderförmigen Targets oder zweidimensional flächenhaft bei nicht rotierendem Target, beispielsweise spiralförmig mit konstanter Vektorgeschwindigkeit oder kreisförmig und linear fortschreitend, gescannt werden kann, um je nach Targetform und Targetbewegung einen gleichmäßigen Targetabtrag über die gesamte Targetfläche zu erreichen. Die Symmetrieachse des Einkoppelflansches ist weiterhin entweder unter einem vorge- gebenen Winkel zur Targetoberfläche geneigt oder mittels Faltenbalgzwischenstück unter mehreren vorgegebenen Winkeln zur Targetoberfläche neigbar, damit der Targetlaserstrahl vorzugsweise unter einem bestimmten Winkel oder unter verschiedenen vorgegebenen Winkeln auf die Targetoberfläche gerichtet werden kann. Der eingesetzte Targetlaserstrahl muss eine für den effektiven Targetablationsprozess des jeweiligen Targetmaterials und für die Erzeugung eines energiereichen Targetteilchenstroms in Richtung des Substrats geeignete Wellenlänge, Pulsdauer und Fluenz sowie Fluenz- homogenität oder Fluenzverteilung über den Fokusquerschnitt auf der Targetoberfläche besitzen. Der wellenlängenabhängige materialspezifische Absorptionskoeffizient des Targetmaterials muss für die Wellenlänge des Targetlaserstrahls genügend groß sein, damit die Photonen in einem möglichst kleinen Volumen absorbiert werden und die ablauerten Teilchen dadurch bei ausreichend hoher Fluenz genügend hohe Energien erhalten, die für die Herausbildung optimaler Schichteigenschaften, beispielsweise für die Erzeugung superharter ta-C- und c-BN-Schichten, erforderlich sind. Die Pulsdauer sollte dabei wenigstens im Zeitbereich von wenigen 10 ns und niedriger liegen, damit durch Wärmeleitung nur eine vernachlässigbarer Anteil der Photonenenergie aus dem Absorptionsvolumen abfließen kann.Einkoppelflanschquerschnitt and the coupling window are further sized in size so that the target laser beam over the entire surface of the target located in Ablationsposition either only linearly constant or predetermined varied speed with rotating disc-shaped or cylindrical targets or two-dimensional area with non-rotating target, for example, spiral can be scanned at a constant vector speed or in a circular and linear manner in order to achieve a uniform target removal over the entire target area, depending on the target shape and target movement. The axis of symmetry of the coupling flange is further inclined either at a given angle to the target surface or inclinable by means of Faltenbalgzwischenstück at several predetermined angles to the target surface, so that the target laser beam can be directed preferably at a certain angle or at different predetermined angles to the target surface. The target laser beam used must have a wavelength, pulse duration and fluence suitable for the effective target ablation process of the respective target material and for generating a high-energy target particle stream in the direction of the substrate, as well as fluence homogeneity or fluence distribution over the focus cross-section on the target surface. The wavelength-dependent material-specific absorption coefficient of the target material must be sufficiently large for the wavelength of the target laser beam, so that the photons are absorbed in the smallest possible volume and the ablauerten particles thereby sufficiently high enough energy to obtain high energies, for the formation of optimum layer properties, for example for the Generation of super-hard ta-C and c-BN layers are required. The pulse duration should be at least in the time range of a few 10 ns and lower, so that only a negligible proportion of the photon energy can flow out of the absorption volume by heat conduction.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 16 ist zur Verringerung bis zur Vermeidung der Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters für den Targetlaserstrahl mit ablatiertem Targetmaterial die Länge des Einkoppelflansches unter Beachtung der erforderlichen Brennweite des außerhalb der Besehichtungskammer angeordneten Objektivs zur Fokussierung des Targetlaserstrahls auf das Target so lang wie möglich ausgebildet, da die Zahl der Targetteilchen, die auf das Fenster gelangen, sich mit dem Quadrat des Fenster-Targetabstandes verringert. Dadurch wird eine Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters für den Targetlaserstrahl mit ablatiertem Targetmaterial, die zur Reduzierung der Fluenz des Targetlaserstrahls auf dem Target führt, verringert bis vermieden.According to the embodiment of claim 16 is to reduce the occupancy of the inner surface of the coupling window for the target laser beam with ablated target material, the length of Einkoppelflansches observing the required focal length of arranged outside the Beshichtungskammer lens for focusing the target laser beam on the target as long as possible because the number of target particles entering the window decreases with the square of the window target distance. As a result, an occupancy of the inner surface of the coupling-in window for the target laser beam with ablated target material, which leads to the reduction of the fluence of the target laser beam on the target, is reduced or avoided.
Eine weitere Vermeidung der Fensterbelegung kann erreicht werden, wenn durch geeignete Wahl der Länge des Einkoppelflansches die Fluenz des auf das Target fokussierten und über die Targetoberfläche und dadurch auch über einen Flächenbereich des Einkoppelfensters gescannten Targetlaserstrahls auf der belegten Fensterinnenfläche noch groß genug ist, um das abgelagerte Targetmaterial wieder von der Fensterinnenfläche zu ablaueren.A further avoidance of the window allocation can be achieved if, by suitable choice of the length of the coupling flange, the fluence of the target laser beam focused on the target and thereby also scanned over a surface area of the coupling window on the occupied window inner surface is still large enough for the deposited surface Target material again from the window inner surface to slough off.
Weiterhin kann zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und dem Einkoppelfenster eine synchron mit dem Targetlaserstrahlscann und senkrecht zum Targetlaserstrahl bewegbare, nur den Laserstrahlquerschnitt freigebende Blende ange- bracht sein.Furthermore, between the target located in the ablation position and the coupling window, a shutter which is movable synchronously with the target laser beam scan and perpendicular to the target laser beam and only exposes the laser beam cross-section can be provided.
Darüber hinaus können magnetfelderzeugende Anordnungen zur Ablenkung des abla- tierten ionisierten Targetteilchenstromanteils von der Fensterinnenfläche vorhanden sein. Damit wird eine Verringerung der Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters mit Targetmaterial erreicht. Vorteilhaft sind beispielsweise rotationssymmetrische und trichterförmig divergierende Magnetfelder deren Feldlinien zu den Wänden des Einkoppelflansches und nicht bis zum Einkoppelfenster verlaufen.In addition, magnetic field generating arrangements may be present for deflecting the abla- tated ionized Targetteilchenstromanteils of the window inner surface. This will reduce the occupancy of the inner surface of the coupling window achieved with target material. Advantageously, for example, rotationally symmetrical and funnel-shaped diverging magnetic fields whose field lines extend to the walls of Einkoppelflansches and not to the coupling window.
Die Einrichtung zur Einkopplung des Substratlaserstrahls mit vorgegebenem Querschnitt auf die Schichtoberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 17 aus einem hochvakuumdicht angeflanschten Fenster aus einem für die Wellenlänge des Substratlaserstrahls transparenten Materials. Dieses Fenster kann vorteilhafterweise im über einen Mecha- nismus zu öffnenden Deckel der Beschichtungskammer angeordnet sein. Dieses Fenster ist in seiner Größe so bemessen, so geformt und so angeordnet, dass der Substratlaserstrahl während der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und der Oberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats, vorzugsweise durch Bewegung des Carriers und/oder des Substrats und/oder durch Scannen des Substratlaserstrahls über die Schichtoberfläche, entweder senkrecht oder unter einem vorgegebenen variierbaren Winkel auf die Schichtoberfläche gerichtet ist. Der eingesetzte Substratlaserstrahl besitzt des Weiteren eine für die Spannungsreduzierung des jeweiligen Schichtmaterials geeignete Wellenlänge, Pulsdauer und Fluenz sowie Fluenzhomogenität oder Fluenz- verteilung über den Laserstrahlquerschnitt auf der Schichtoberfläche. Für eine effektive Spannungsreduzierung müssen die Photonen des Substratlaserstrahls nur im zu entspannenden Subschichtmaterial absorbiert werden. Folglich muss der wellenlängenabhängige materialspezifische Absorptionskoeffizient des Schichtmaterials für die gewählte Substratlaserwellenlänge genügend groß sein, damit die Eindringtiefe der Photonen nur im Bereich der abgeschiedenen Subschichtdicke liegt. Für die Spannungs- reduzierung von ta-C Schichten kann beispielsweise ein KrF-Excimer Laser mit 248 nm Wellenlänge und für die Spannungsreduzierung von c-BN Schichten ein F2-Laser mit 157 nm Wellenlänge eingesetzt werden. Für den Spannungsreduzierungsprozess ist eine homogene Fluenzverteilung über den Laserstrahlquerschnitt auf der Schichtoberfläche ohne Fluenzspots von Vorteil.According to the embodiment of claim 17, the device for coupling the substrate laser beam with a predetermined cross section onto the layer surface of the substrate located in the relaxation position consists of a high-vacuum-tight flanged window of a material transparent to the wavelength of the substrate laser beam. This window can advantageously be arranged in the lid of the coating chamber which can be opened via a mechanism. This window is sized, shaped and arranged so that the substrate laser beam during relative movement between the laser beam and the surface of the relaxation position substrate, preferably by movement of the carrier and / or the substrate and / or by scanning the substrate laser beam is directed over the layer surface, either perpendicular or at a predetermined variable angle to the layer surface. The substrate laser beam used furthermore has a wavelength, pulse duration and fluence suitable for the voltage reduction of the respective layer material as well as fluence homogeneity or fluence distribution over the laser beam cross section on the layer surface. For effective voltage reduction, the photons of the substrate laser beam only have to be absorbed in the sublayer material to be relaxed. Consequently, the wavelength-dependent material-specific absorption coefficient of the layer material for the selected substrate laser wavelength must be sufficiently large so that the penetration depth of the photons lies only in the region of the deposited sub-layer thickness. To reduce the stress of ta-C layers, for example, a KrF excimer laser with 248 nm wavelength and for the voltage reduction of c-BN layers a F2 laser with 157 nm wavelength can be used. For the voltage reduction process, a homogeneous fluence distribution over the laser beam cross section on the layer surface without fluence spots is advantageous.
In und/oder außerhalb der Beschichtungskammer sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 18 Bestandteile wenigstens einer der in situ Messeinrichtungen zur Ermittlung der der Pulsenergie, Fluenz und der Fluenzverteilung des Target- und des Substratlaserstrahls, zur Ermittlung der Schichtabscheiderate und der Schichtdicke, zur Ermittlung der Schichtspannung, zur Ermittlung der Substrat- und Schichtoberflächentemperatur sowie zur Ermittlung der Targetoberflächentemperatur oder zur Beurteilung der Schichtqualität angeordnet. Die in situ Messeinrichtung ist mit dem Datenverarbei- tungssystem zusammengeschaltet, so dass eine messwertabhängige Steuerung der Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf Substrate gegeben ist.In and / or outside of the coating chamber 18 components of at least one of the in situ measuring means for determining the pulse energy, Fluenz and the fluence distribution of the target and the Substrate laser beam, for determining the Schichtabscheiderate and the layer thickness, arranged to determine the layer stress, for determining the substrate and layer surface temperature and for determining the target surface temperature or to assess the layer quality. The in situ measuring device is interconnected with the data processing system, so that a measured value-dependent control of the laser pulse deposition (PLD) of layers on substrates is given.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 19 sind zur in situ Kontrolle der Pulsenergie, der Fluenz und der Fluenzverteilung der Laserstrahlen Laserleistungs- und Laserpulsenergiemessgeräte sowie Laserstrahlprofilometer und zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate, der Schichtdicke, der Dicke der jeweiligen abgeschiedenen Subschicht und der Schichtqualität ein in situ Eilipsometer angeordnet.According to the embodiment of claim 19 are for in situ control of the pulse energy, the fluence and the fluence distribution of laser beams Laserleistungs- and Laserpulsenergiemessgeräte and laser beam profilers and for in situ control of Schichtabscheiderate, the layer thickness, the thickness of each deposited sublayer and the layer quality in situ Eilipsometer arranged.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 20 ist eine optische Interferenz-Messein- richtung so angeordnet, dass der Laserstrahl vorzugsweise eines Diodenlasers mit geeigneter Wellenlänge, der vom Schichtmaterial nur wenig absorbiert wird, unter einem vorgegebenem, von Null Grad verschiedenen Einfallswinkel auf die aufwachsende Schicht gerichtet und sowohl an der aufwachsenden Schichtoberfläche als auch an der Schicht-Substratgrenzfläche reflektiert wird, wobei die reflektierten Strahlanteile interferieren und die mit zunehmender Schichtdicke entstehenden periodischenAccording to the embodiment of claim 20, an optical interference measuring device is arranged such that the laser beam preferably of a diode laser with a suitable wavelength, which is only slightly absorbed by the layer material, directed at a predetermined, different from zero degrees angle of incidence on the growing layer and is reflected at both the growing film surface and at the film-substrate interface, the reflected beam portions interfering and the periodic resulting with increasing film thickness
Intensitätsschwankungen mit Hilfe eines in Reflexionsrichtung des Laserstrahls angeordneten Fotodetektors registriert und als Messsignal zum Datenverarbeitungssystem geleitet werden.Intensitätsschwankungen be registered by means of a arranged in the reflection direction of the laser beam photodetector and passed as a measurement signal to the data processing system.
Aus dem periodischen nahezu cosinusförmigen Verlauf des Messsignals mit abnehmen- der Amplitude kann die Schichtabscheiderate und die Schichtdicke ermittelt werden. Ein periodischer, nahezu cosinusförmiger Verlauf des Messsignals mit kontinuierlich abnehmender Amplitude bei kontinuierlicher Dickenzunahme der aufwachsenden Schicht weist dabei auf eine gleich bleibende Schichtqualität hin.The layer deposition rate and the layer thickness can be determined from the periodic almost cosinusoidal course of the measurement signal with decreasing amplitude. A periodic, almost cosinusoidal course of the measuring signal with continuously decreasing amplitude with continuous increase in thickness of the growing layer indicates a consistent layer quality.
Zur in situ Messung der Target-, Substrat- und Schichtoberflächentemperatur sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 21 vorzugsweise Pyrometer angeordnet.For in situ measurement of the target, substrate and layer surface temperature, pyrometers are preferably arranged according to the embodiment of claim 21.
Zur in situ Bestimmung der Schichtspannung während des Beschichtungsprozesses und zur Kontrolle der Spannungsreduzierung während des Spannungsreduzierungsprozesse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 22 auf dem Carrier in der Nähe eines Substrats ein nur an einem Ende befestigter Cantilever angebracht, dessen während des Beschichtungsprozesses mit zunehmender Dicke der aufwachsenden Subschicht zu- nehmender Radius der Verbiegung und während des Spannungsreduzierungsprozesses dieser Subschicht wieder abnehmender Radius der Verbiegung ermittelt und ausgewertet wird.For in situ determination of the layer stress during the coating process and In order to control the reduction in stress during the stress reduction processes, according to the embodiment of claim 22, a cantilever attached only at one end is mounted on the carrier near a substrate, the radius of the bend increasing during the coating process with increasing thickness of the growing sublayer and during the stress reduction process Voltage reduction process of this sub-layer again decreasing radius of bending is determined and evaluated.
Der Radius der Verbiegung kann beispielsweise mittels zwei jeweils vom befestigten und losen Ende des Cantilevers reflektierte Diodenlaserstrahlen und einem positions- empfindlichen Strahldetektor (PSD) ermittelt werden.The radius of the bend can be determined, for example, by means of two diode laser beams reflected in each case from the attached and loose end of the cantilever and a position-sensitive beam detector (PSD).
In der Beschichtungskammer ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 23 mindestens eine Ionenstrahlstation zur Ionenbestrahlung des sich vorzugsweise in oder unmittelbar neben der Beschichtungsposition befindenden Substrats und der Oberfläche der jewei- ligen aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen superdünnen Schicht mit Ionenstrahlen (Substrationenstrahlen) vorgegebener Masse, Ladung, Energie und Ionenstrom- dichte angeordnet. Diese dient zur Bestrahlung mit Ionenstrahlen sowohl der sich vorzugsweise in Beschichtungsposition befindenden Substrate, um Absorptionsschichten unmittelbar vor der Beschichtung zu entfernen, als auch der Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen Schicht, um zusätzlich Energie und atomare Teilchen für den Schichtbildungsprozess zuzuführen.In the coating chamber, at least one ion beam station for ion irradiation of the preferably located in or immediately adjacent to the coating position substrate and the surface of the respective growing or just deposited super thin layer with ion beams (substrate beams) of predetermined mass, charge, energy and Ion current density arranged. This serves to irradiate ion beams of both the preferably coating position substrates to remove absorbent layers immediately prior to coating and the surface of the respective growing or newly deposited layer to additionally supply energy and atomic particles for the film forming process.
Die Ionenstrahlstation besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 24 aus einer hochvakuumdicht angeflanschten oder in die Beschichtungskammer eingebauten Ionen- quelle und einer Elektronenquelle zur Ladungskompensation des Ionenstrahls sowie außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Energie-, Gasversorgungs- und Kühleinheiten für den Betrieb der Ionenquelle und der Elektronenquelle. Die Ionen- strahlzusarnmensetzung, die Ionenenergie und die Ionenstromdichte des auf die Substrate und wahlweise auch auf die aufwachsende oder gerade abgeschiedene superdünne Schicht auftreffenden Ionenstrahls wird vorgegeben eingestellt oder variiert. DerAccording to the embodiment of claim 24, the ion beam station consists of an ion source flanged with high vacuum or built into the coating chamber and an electron source for charge compensation of the ion beam and energy, gas supply and cooling units arranged outside the coating chamber for the operation of the ion source and the electron source. The ion beam composition, the ion energy and the ion current density of the ion beam impinging on the substrates and optionally also on the growing or just deposited super thin layer is set or varied in a predetermined manner. Of the
Übergang von der Ionenbestrahlung der Substratoberfläche zur Schichtabscheidung und zur wahlweisen Ionenbestrahlung der aufwachsenden Schicht erfolgt dazu kontinuierlich ohne zeitliche Unterbrechung und ohne Unterbrechung des Vakuums. Die Ionenstrahlzusammensetzung, die Ionenenergie und die Ionenstromdichte des auf die Substrate und wahlweise auch auf die aufwachsende oder gerade abgeschiedene superdünne Schicht auftreffenden Ionenstrahls werden vorgegeben eingestellt oder während der Bestrahlung variiert. Durch die Ionenbestrahlung der Substrate unmittelbar vor der Beschichtung sollen Absorptionsschichten aus Restgasbestandteilen, die zu einer Verringerung der Haftfestigkeit der nachfolgend abgeschiedenen führen können, entfernt werden. Durch die Ionenbestrahlung der aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen Schicht wird zusätzlich Energie für den Schichtbildungsprozess zugeführt und/ oder bei der Abscheidung von Schichten aus Verbindungen die Stöchiometrie durch zusätzliche Zuführung wenigstens einer Komponente der Verbindung als Ionen gezielt eingestellt.Transition from the ion irradiation of the substrate surface for layer deposition and optional ion irradiation of the growing layer is carried out continuously without interruption of time and without interruption of the vacuum. The ion beam composition, the ion energy and the ion current density of the incident on the substrates and optionally also on the growing or just deposited super-thin layer ion beam are set or varied during the irradiation. By the ion irradiation of the substrates immediately before the coating absorption layers should be removed from residual gas constituents, which can lead to a reduction of the adhesive strength of the subsequently deposited. The ion irradiation of the growing or newly deposited layer additionally supplies energy for the layer formation process and / or, in the deposition of layers of compounds, stoichiometrically sets the stoichiometry by additionally feeding at least one component of the compound as ions.
Zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und dem sich in Beschich- tungsposition befindenden Substrat sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 25 Magnetfelder vorhanden, deren Magnetfeldlinien vorzugsweise senkrecht von der gerade ablauerten Oberfläche des Targets bis senkrecht auf die gerade beschichtete Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei das Target und das Substrat gegenüberliegend mit parallelen oder zueinander unter einem vorgegebenen Winkel geneigten Mittelsenkrechten oder geneigt und zueinander versetzt mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten von wenigstens 90 Grad angeordnet sind.Between the target located in the ablation position and the substrate located in the coating position, according to the embodiment of claim 25, magnetic fields are present whose magnetic field lines preferably extend perpendicularly from the surface of the target which has just been emptied to perpendicular to the surface of the substrate being coated Target and the substrate are arranged opposite each other with parallel or inclined to each other at a predetermined angle mid-perpendicular or inclined and offset from each other with a predetermined angle between the bisectors of at least 90 degrees.
Diese Magnetfelder bewirken eine Konzentration des seitwärts vom Target ablauerten ionisierten Teüchenstroms auf die Substrate und eine Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablauerten Targetteilchenstrom und zusätzlich eine Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von vom Target ablauerten Partikulaten in die aufwachsende Schicht. Die Magnetfeldlinien verlaufen dabei vorzugsweise senkrecht von der gerade ablauerten Oberfläche des Targets bis senkrecht auf die gerade zu beschichtende Oberfläche des Substrats, damit die ablauerten ionisierten atomaren Targetteilchen und die ablatierten Elektronen auf Spiralbahnen entlang der Magnetfeldlinien zu dem Substrat geführt werden und eine räumliche Ladungstrennung zwischen den ablatierten ionisierten Targetteilchen und den etwa gleichvielen ablatierten Elektronen vermieden wird und somit keine die Ionenenergie verringernde Coulombwechselwirkung zwischen den beiden Ladungsträgerarten entsteht. Die Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom durch magnet- feldverstärkte Elektronenstoßionisation von vorzugsweise ablauerten neutralen Targetteilchen im lasererinduzierten Plasma nahe über der Targetoberfläche basiert auf folgendem Wirkprinzip: Die mit etwa der gleichen Energie und vergleichbarer Energieverteilung wie die ionisierten und neutralen atomaren Targetteilchen ablauerten Elektronen werden in Targetnähe durch Coulombwechselwirkung mit den ionisierten Targetteilchen verzögert und die ionisierten Targetteilchen dabei beschleunigt bis sich beide Ladungsträgerarten mit vergleichbarer Geschwindigkeit und Geschwindigkeitsverteilung in Richtung Substrate bewegen. In unmittelbarer Targetnähe existiert jedoch noch eine hohe Teilchendichte und ein hochdichtes laserinduziertes Plasma, in dem die Elektronen noch eine genügend hohe Energie für die Ionisierung von ablauerten neutralen Targetteilchen besitzen und sich ihre Stoßwahrscheinlichkeit mit diesen Teilchen durch die Spiralbahnbewegung entlang der Magnetfeldlinien erhöht.These magnetic fields cause a concentration of the sideways tarred from the target ionized Teuchenstroms on the substrates and an increase in the degree of ionization in the ablauerten target particle and in addition a reduction to avoid the installation of tarred by the target particulates in the growing layer. The magnetic field lines in this case preferably run perpendicularly from the surface of the target currently being emptied to perpendicularly to the surface of the substrate to be coated, so that the leached ionized atomic target particles and the ablated electrons are guided on spiral paths along the magnetic field lines to the substrate and a spatial charge separation between the two ablated ionized target particles and about the same number of ablated electrons is avoided and thus no ion energy-reducing Coulomb interaction between the two types of charge carriers arises. The increase in the degree of ionization in the ablated target particle stream due to magnetic Field-enhanced electron impact ionization of preferably neutralized neutral target particles in the laser-induced plasma near the target surface is based on the following mode of action: Electrons with approximately the same energy and comparable energy distribution as the ionized and neutral atomic target particles are delayed near the target by Coulomb interaction with the ionized target particles and ionized Target particles thereby accelerated until both types of charge carriers move with comparable speed and velocity distribution in the direction of substrates. In the immediate vicinity of the target, however, there is still a high particle density and a high-density laser-induced plasma, in which the electrons still have a sufficiently high energy for the ionization of neutralized neutral target particles and their impact probability with these particles increases due to the spiral path movement along the magnetic field lines.
Jeweils hinter dem Target und dem Substrat sind nach der Weiterbildung des Patent- anspruchs 26 Polschuhe angeordnet. Diese sind weiterhin über wenigstens ein in der Beschichtungskammer angeordnetes oder durch die Wände der Beschichtungskammer hochvakuumdicht eingeführtes magnetisches Joch mit wenigstens einer Stromspule verbunden. Damit erfolgt die Erzeugung des Magnetfeldes zur Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat und zur Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablauerten Targetteilchenstrom bei gegenüberliegender Anordnung des sich in Ablationsposition befindenden Targets und des Substrats mittels eines magnetischen Kreises.Respectively behind the target and the substrate 26 pole shoes are arranged according to the development of the patent. These are furthermore connected to at least one current coil via at least one magnetic yoke arranged in the coating chamber or introduced in a highly vacuum-tight manner through the walls of the coating chamber. Thus, the generation of the magnetic field for concentration of the ionized target particle flow component to the substrate in the coating position and to increase the degree of ionization in the ablauerten Targetteilchenstrom in opposite arrangement of the target located in the ablation position and the substrate by means of a magnetic circuit.
Unmittelbar vor dem Target sowie unmittelbar vor dem Substrat und zwischen Target und Substrat sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 27 Magnetspulen oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten angeordnet.Immediately before the target as well as immediately in front of the substrate and between the target and the substrate 27 magnet coils or in the axial direction magnetized annular permanent magnets are arranged according to the embodiment of claim.
Die Magnetfeldanordnungen nach Patentanspruch 26 und 27 können auch miteinander kombiniert werden, wodurch die erforderliche Stromstärke in den Magnetspulen ver- ringert werden kann.The magnetic field arrangements according to claims 26 and 27 can also be combined with each other, whereby the required current intensity in the magnetic coils can be reduced.
Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 28 so angeordnet, dass zusätz- lieh zur Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf die Substrate zur Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablauerten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei zueinander versetzter und geneigter Anordnung von Target und Substrat mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten der gerade ablauerten Targetoberfläche und der gerade zu beschichtenden Substratoberfläche von wenigstens 90 Grad ein vorzugsweise ringsektorförmiges Magnetfeld zwischen dem Target und dem Substrat vorhanden ist.Magnet coils and / or ring-shaped permanent magnet magnetized in the axial direction are arranged according to the embodiment of claim 28 so that additional lent to the concentration of the ionized target particle stream fraction on the substrates to reduce to avoid incorporation of depleted particulates into the growing layer with staggered and inclined placement of the target and substrate at a predetermined angle between the bisectors of the just-baked target surface and the substrate surface to be coated at least 90 degrees, a preferably ring sector-shaped magnetic field between the target and the substrate is present.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 29 sind Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten so angeordnet, dass zur zusätzlichen Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablauerten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei gegenüberliegender und geneigter Anordnung von Target und Substrat ein Magnetfeld in Form wenigstens eines Teils eines sinuswellenförmigen Torus zwischen dem Target und dem Substrat vorhanden ist.According to the embodiment of claim 29 magnetic coils and / or magnetized in the axial direction of annular permanent magnets are arranged so that for additional reduction to avoid the incorporation of depleted particulates in the growing layer in opposite and inclined arrangement of the target and substrate, a magnetic field in the form of at least one Part of a sine wave-shaped torus between the target and the substrate is present.
Durch die Weiterbildungen nach Patentanspruch 28 und 29 wird gewährleistet, dass die gerade zu beschichtende Substratoberfläche von der gerade ablauerten Targetfläche aus geometrisch-optisch nicht sichtbar ist, damit der neutrale, nicht geladene Targetteilchenstromanteil und vor allem die neutralen Partikulate mit vielfacher Atommasse und auch die ionisierten Partikulate, wegen ihres großen Larmorradius, nicht auf die Substrate gelangen und nur die ablauerten ionisierten atomaren Targetteilchen für den Schicht- bildungsprozess genutzt werden.The further developments according to claims 28 and 29 ensure that the substrate surface just to be coated is not visually geometrically-optically visible from the target surface that has just been cleared off, so that the neutral, uncharged target particle stream proportion and above all the neutral particulates with multiple atomic mass and also the ionized ones Particulates, because of their large Larmor radius, do not reach the substrates and only the leached ionized atomic target particles are used for the film formation process.
Zwischen dem Target und dem Substrat ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 30 wenigstens eine Blende mit vorgegebener Öffnungsgeometrie so angeordnet und wird so bewegt, dass der vom Target ablauerte, schichtbildende Teilchenstrom möglichst senkrecht jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschie- den werden.According to the embodiment of claim 30, at least one diaphragm with a predetermined opening geometry is arranged between the target and the substrate and is moved in such a way that the layer-forming particle flow, which is covered by the target, does not reach the respective substrate angle as vertically as possible, but not at an angle of incidence of greater than 60 degrees. or stratified layer surface is hit and layers are deposited with a homogeneous thickness or with a predetermined lateral Dickengradienten.
Durch eine der Substratgeometrie angepasste Öffnungsform und wahlweise vorgegebene Bewegung der Blende relativ zum Target und Substrat werden Targetteilchenstromanteile, die ohne Blende streifend unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die Substratoberfläche auftreffen würden, ausgeblendet und nicht zur Schichtbildung verwendet. Bei zu streifendem Einfall der Targetteilchen auf die Substratoberfläche ist der Energie- und Impulseintrag der Targetteilchen in die aufwachsende Schichtoberfläche zu gering für die Herausbildung besonderer Schichteigenschaften, beispielsweise zur Erzeugung eines hohen sp3-Bindungsanteils in ta-C Schichten oder der kubischen Bornitridphase in c-BN Schichten.By an opening shape adapted to the substrate geometry and optionally predetermined movement of the diaphragm relative to the target and the substrate, target particle stream proportions which, without the diaphragm, graze at an angle of incidence of greater than 60 degrees would impinge on the substrate surface, hidden and not used for film formation. When the target particles strike the substrate surface, the energy and momentum input of the target particles into the growing layer surface is too low for the formation of particular layer properties, for example for producing a high sp 3 bond fraction in ta-C layers or the cubic boron nitride phase in c BN layers.
Die Entnahmekammer ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 31 mit einer Oberflächenstrukturierungsstation zur Laser-Mikro- und/oder Laser-Nano-Struk- turierung wenigstens der abgeschiedenen Schichten auf das sich in Strukturierungs- position befindende beschichtete Substrat mittels Fokus- oder Maskenprojektionsverfahren ausgestattet.According to the embodiment of claim 31, the removal chamber is equipped with a surface structuring station for laser micro and / or laser nanostructuring of at least the deposited layers on the coated substrate in the structuring position by means of focus or mask projection methods.
Die Oberflächenstrukturierungsstation besteht nach der Weiterbildung des Patent- anspruchs 32 aus außerhalb der Entnahmekammer angeordneten wenigstens einesThe surface structuring station consists, according to the further development of patent claim 32, of at least one arranged outside the removal chamber
Lasers und Einrichtungen zur Führung, Formung und Fokussierung sowie Fokusnachführung oder Maskenabbildungsebene-Nachführung des Laserstrahls und zur Realisierung einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substratoberfläche sowie einer Einrichtung zur Einkopplung dieses Laserstrahls als Strukturierungslaserstrahl mit vorgegebenem Fokus- oder Maskenabbildungs-Querschnitt auf die Schichtoberfläche sowie wenigstens einer in situ Lagemess- und Justiereinrichtung für das sich in Strukturierungsposition befindende Substrat und Einrichtungen zur Messung und Justierung sowie Nachführung der Fokuslage oder der Maskenabbildungsebene des Strukturierungslaserstrahls relativ und senkrecht zur Schichtoberfläche.Lasers and devices for guiding, shaping and focusing as well as focus tracking or mask image plane tracking of the laser beam and for realizing a relative movement between the laser beam and the substrate surface and a device for coupling this laser beam as structuring laser beam with a predetermined focus or mask image cross-section on the layer surface and at least one in situ position measuring and adjusting device for the substrate in structuring position and devices for measuring and adjusting and tracking the focus position or the mask image plane of the structuring laser beam relative and perpendicular to the layer surface.
Die Entnahmekammer weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 33 wenigstens eine Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern auf.The removal chamber has according to the embodiment of claim 33 at least one station for reducing the voltage of the deposited layers by thermal annealing.
Die Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 34 aus einem Strahlungsheizer. Bei mehreren Substraten auf einem Carrier werden vorteilhafterweise die Substrate gleichzeitig getempert. Dabei werden die Photonenwellenlänge zum Erreichen eines hohen Absorptionsgrades im Schichtmaterial ausgewählt und die Bestrahlungs- intensität zur Einstellung der erforderlichen, vom Schichtmaterial und Substratmaterial abhängigen maximalen Temperatur gezielt eingeregelt und eine vorgegebene Zeit gehalten.The station for stress reduction of the deposited layers by thermal annealing consists according to the embodiment of claim 34 from a radiant heater. With several substrates on a carrier, the substrates are advantageously simultaneously annealed. At the same time, the photon wavelength is reached a high degree of absorption in the layer material selected and the irradiation intensity adjusted to set the required, dependent on the layer material and substrate material maximum temperature targeted and maintained for a predetermined time.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 35 sind die BeschickungsWorbehand- lungskammer, die Beschichtungskammer und die Entnahmekammer zur Aufnahme von mehreren Carrier und entsprechend die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer für den Einsatz von mehreren lonenquellen oder mehreren Einrichtungen zur Erzeugung eines Plasmas, die Beschichtungskammer für den Einsatz von mehreren Targetstationen, mehreren Spannungsreduzierungsstationen und sowie alle Energieversorgungseinheiten und die Steuereinheiten für einen automatischen Prozessablauf durch einen modularen Aufbau gekennzeichnet und somit erweiterbar. Damit ist die Vorrichtung zur produktiven Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf Substrate modular aufgebaut und kann somit bei erforderlicher Erhöhung der Produktivität kostengünstig erweitert werden.According to the embodiment of claim 35, the feed treatment chamber, the coating chamber and the removal chamber for receiving a plurality of carriers and, correspondingly, the charging / pretreatment chamber for the use of a plurality of ion sources or a plurality of devices for generating a plasma, the coating chamber for the use of several Target stations, multiple voltage reduction stations and all power supply units and the control units for an automatic process flow characterized by a modular structure and thus expandable. Thus, the device for productive laser pulse deposition (PLD) of layers on substrates is modular and can thus be expanded cost-effectively with the required increase in productivity.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Embodiments of the invention are illustrated in principle in the drawings and will be described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substrate,1 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates,
Fig. 2 eine Einrichtung für einen magnetischen Kreis mit Polschuhen an einem Joch in der Beschichtungskammer,2 shows a device for a magnetic circuit with pole shoes on a yoke in the coating chamber,
Fig. 3 eine Messeinrichtung zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate und der Dicke der aufwachsenden Subschicht und der Schichtqualität,3 shows a measuring device for in situ control of the layer deposition rate and the thickness of the growing sub-layer and the layer quality,
Fig. 4 und4 and
Fig. 5 Carrier- und Targetanordnungen zur Beschichtung von zylinderförmigen Werkstücken, beispielsweise Bohrer und Fräser, als Substrate,5 shows carrier and target arrangements for coating cylindrical workpieces, for example drills and milling cutters, as substrates,
Fig. 6 eine Carrier- und eine Targetanordnung zur Beschichtung von Schneidplatten als Substrate,6 shows a carrier and a target arrangement for coating cutting plates as substrates,
Fig. 7 einen Carrier zur Beschichtung von Substraten in Form von Zylindern, Fig. 8 einen Carrier zur Beschichtung von Substraten in Form von Nadeln und Kugeln, Fig. 9 bis Fig. 11 Carrier- und Targetanordnungen zur Innenbeschichtung von kurzen Hohlzylin- dern als Substrate, Fig. 12 und7 shows a carrier for coating substrates in the form of cylinders, 8 shows a carrier for coating substrates in the form of needles and spheres, FIGS. 9 to 11 show carrier and target arrangements for inner coating of short hollow cylinders as substrates, FIGS
Fig. 13 einen Targethalter mit drehbar liegend angeordneten zylinderförmigen Targets, Fig. 14 eine Carrier- und eine Targetanordnung mit achsenparalleler Anordnung von zylinderförmigen Targets und Substrate,13 a target holder with rotatably arranged cylindrical targets, FIG. 14 a carrier arrangement and a target arrangement with axis-parallel arrangement of cylindrical targets and substrates, FIG.
Fig. 15 einen Querschnitt der Beschichtungskammer für eine Vorrichtung zur Laserpuls- abscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf15 shows a cross section of the coating chamber for a device for laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers)
Substrate, Fig. 16 eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf dieSubstrates, Fig. 16 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on the
Mantelfläche von größeren Substraten in Zylinderform,Lateral surface of larger substrates in cylindrical form,
Fig. 17 eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substrate mit einer ebenen Rechteckform,17 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates with a flat rectangular shape,
Fig. 18 einen Targethalter für Targets mit einer rechteckigen Plattenform,FIG. 18 shows a target holder for targets with a rectangular plate shape, FIG.
Fig. 19 einen Carrier in Prismenform,19 shows a carrier in prismatic form,
Fig. 20 eine Anordnung zur Innenbeschichtung von hohlzylinderförmigen Körpern alsFig. 20 shows an arrangement for internal coating of hollow cylindrical bodies as
Substrate größerer Abmessungen, Fig. 21 eine Anordnung zur Innenbeschichtung von langen hohlzylinderförmigenSubstrates larger dimensions, Fig. 21 shows an arrangement for internal coating of long hollow cylindrical
Körpern als Substrate mit größerer Abmessungen, Fig. 22 eine scheibenförmige Targethalterung mit einem daran befestigten kegelstumpf- fδrmigen Target,FIG. 22 shows a disc-shaped target holder with a frusto-conical target attached thereto, FIG.
Fig. 23 eine kegelstumpfförmige Targethalterung mit einem daran befestigten kegel- stumpfmantelförmigen Target,FIG. 23 shows a frustoconical target holder with a conical-truncated cone-shaped target attached thereto, FIG.
Fig. 24 eine Anordnung zur Spannungsreduzierung der gerade abgeschiedenen Sub- schicht als Innenbeschichtung von langen hohlzylinderförmigen Körpern als Substrate,24 shows an arrangement for reducing the voltage of the sub-layer just deposited as an inner coating of long hollow-cylindrical bodies as substrates,
Fig. 25 eine Anordnung einer Ionenquelle für einen Ionenstrahl mit vorzugsweise rechteckigem bandförmigen Querschnitt innerhalb eines hohlzylinderförmigenFig. 25 shows an arrangement of an ion source for an ion beam with preferably rectangular band-shaped cross section within a hollow cylindrical
Substrats undSubstrate and
Fig. 26 eine Carrier-, Substrat und Targetanordnung zur Beschichtung von Mantelflächen von Substraten als lange Zylinder. 1. Ausfuhrungsbeispiel26 shows a carrier, substrate and target arrangement for coating lateral surfaces of substrates as long cylinders. 1st exemplary embodiment
Eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substrate besteht im Wesentlichen aus einem Laser 1 zur Erzeugung des Targetlaserstrahls, einem Laser 2 zur Erzeugung des Substratlaserstrahls, einer Beladestation 3 zum Beladen eines Carriers 8 mit Substraten 14, einer Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 zum Einfuhren des Carriers 8 in eine Beschichtungskammer 5 und zur Reinigung der Substrate 14 durch eine Ionenquelle 9, der Beschichtungskammer 5 zur alternierenden Abscheidung von Subschichten und laserinduzierten Spannungsreduzierung dieser Subschichten bis zur vorgegebenen Gesamtschichtdicke, einer Entnahmekammer 6 zur Entnahme des Carriers 8 aus der Beschichtungskammer 5 und einer Entladestation 7 zum Entladen der Substrate 14 vom Carrier 8.A device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates consists essentially of a laser 1 for generating the target laser beam, a laser 2 for generating the substrate laser beam, a loading station 3 for loading a carrier 8 with substrates 14, a feed / Pre-treatment chamber 4 for importing the carrier 8 in a coating chamber 5 and for cleaning the substrates 14 by an ion source 9, the coating chamber 5 for the alternate deposition of sub-layers and laser-induced voltage reduction of these sub-layers to the predetermined total layer thickness, a removal chamber 6 for removal of the carrier 8 from the Coating chamber 5 and a discharge station 7 for discharging the substrates 14 from the carrier 8.
Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substrate in einer prinzipiellen Darstellung.1 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates in a basic representation.
Wenigstens die Beschickungs-AVorbehandlungskammer 4, die Beschichtungskammer 5 und die Entnahmekammer 6 sind nacheinander angeordnet. Diese Kammern sind durch Vakuumschleusen 10 miteinander verbunden, die im geöffneten Zustand den Transport des Carriers 8 von Kammer zu Kammer und im geschlossenen Zustand das separate Belüften und Evakuieren bis auf Hochvakuum jeder Kammer ermöglichen. Dazu ist jede Kammer mit einer Einrichtung zur Vakuumerzeugung und zur Belüftung verbunden. Derartige Einrichtungen sind bekannt und in der Darstellung der Fig. 1 nicht gezeigt. Zum Transport des Carriers 8 von der Beladestation 3 in die Beschickungs- /Vorbehandlungskammer 4 und von der Entnahmekammer 6 zur Entladestation 7 besitzen diese Kammern 4, 6 hochvakuumdicht verschließbare Türen. Zum Ein- oder Ausbau von Vorrichtungen in die Kammern, zum Wechsel der Targets 15 und zur Durchführung von Wartungsarbeiten sind die Deckflächen der Kammern 4, 5, 6 oder wenigstens Teile der Deckflächen als hochvakuumdicht verschließbare Deckel oder Wandbereiche ausgebildet. Die Carrier 8 sind mit einer Transportvorrichtung gekoppelt, so dass der Transport von der Beladestation 3 durch die Kammern 4, 5, 6 bis zur Entladestation 7 und eine Positionierung jedes Carriers 8 in der jeweiligen Kammer 4, 5, 6 in die Bearbeitungsposition gewährleistet ist. Damit ist die Vorrichtung eine automatisch betreibbare Durchlaufanlage, wobei sich jeweils nach einer Anfangsphase ein Carrier 8 in der Beladestation 3, in Ojeder der Kammern 4, 5, 6 sowie in der Entladestation 7 befindet. Die Carrier 8 sind scheibenringförmige Platten als Träger für die Substrate 14. Die sich in den Kammern 4, 5, 6 in Bearbeitungsposition befindenden Carrier 8 werden mittels vorhandener angetriebener Drehvorrichtungen in Rotation um ihre Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Darüber hinaus rotieren die auf dem Carrier 8 positionierten Substrathalter mit den Substraten 14 gleichzeitig ebenfalls um ihre Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit. Die Substrate 14 sind beispielsweise Scheiben. Durch diese Rotationen wird ein homogener Ionenstrahl- Reinigungsprozess der Substrate 14 in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4, und ein alternierender homogener Beschichtungsprozess der Substrate 14 und Span- nungsreduzierungsprozess der abgeschiedenen Subschichten in der Beschichtungs- kammer 5 gewährleistet. Nach dem Transport des in der Beladestation 3 mit Substraten 14 beladenen Carriers 8 in die Bearbeitungsposition in die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 wird diese evakuiert. Danach erfolgt die Vorbehandlung der Substrate 14 durch Ionenstrahlein- wirkung mittels der Ionenquelle 9. Dazu werden vorzugsweise Edelgasionen, vorzugsweise Argonionen, mit Ionenenergien im Bereich von 500 bis 5000 eV und Ionenstrom- dichten auf der Substratoberfläche von 200 bis 1000 μA/cm2 eingesetzt. Die Winkelge- schwindigkeiten für die Rotation des Carriers 8 liegen im Bereich von 0,02 bis 0,15 s"1 und für die Eigenrotation der Substrate 14 im Bereich von 0,2 bis 1,5 s"1. Für einen Carrier 8 beispielsweise mit einem Außendurchmesser von 600 mm, der mit 100 Substraten 14 mit 30 mm Durchmesser in zwei Reihen kreisringförmig beladen ist, beträgt die Zeit für den Reinigungszyklus 10 bis 30 min. Nach dem Transport des Carriers 8 mit den gereinigten Substraten 14 in die Bearbeitungsposition der Beschichtungskammer 5 ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgt die alternierende Laserpuls- Abscheidung von Subschichten vorgegebener Dicke auf die sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14, die unter dem sich in AbIa- tionsposition befindenden Target 15 in einem Abstand von 30 mm bis 70 mm angeord- net sind, und die Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Subschichten auf den sich in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substraten 14. Die Beschichtungsposition und die Spannungsreduzierungsposition der Substrate 14 auf dem Carrier 8 liegen sich gegenüber. Durch die Rotation des Carriers 8 mit vorgegebener Winkelgeschwin- digkeit werden somit gleichzeitig und kontinuierlich Substrate 14 beschichtet und gerade abgeschiedene Subschichten spannungsreduziert. Dadurch wird auf jedem Substrat 14 auf dem Carrier 8 während einer vollständigen Umdrehung des Carriers 8 eine weitere spannungsreduzierte Subschicht erzeugt. Die Eigenrotation der Substrate 14 um ihre Symmetrieachse ermöglicht dabei die Abscheidung von Schichten mit homogener Dicke und einen homogenen Spannungsreduzierungsprozess über die gesamte Substratfläche.At least the charging processing chamber 4, the coating chamber 5 and the discharge chamber 6 are sequentially arranged. These chambers are interconnected by vacuum locks 10, which allow the transport of the carrier 8 from chamber to chamber in the open state and in the closed state, the separate venting and evacuation to high vacuum each chamber. For this purpose, each chamber is connected to a device for vacuum generation and ventilation. Such devices are known and not shown in the illustration of FIG. For transporting the carrier 8 from the loading station 3 into the loading / pretreatment chamber 4 and from the removal chamber 6 to the unloading station 7, these chambers 4, 6 have high-vacuum-tight closable doors. For installation or removal of devices in the chambers, to change the targets 15 and to carry out maintenance, the top surfaces of the chambers 4, 5, 6 or at least parts of the top surfaces are formed as high-vacuum-sealable lid or wall areas. The carriers 8 are coupled to a transport device, so that the transport from the loading station 3 through the chambers 4, 5, 6 to the unloading station 7 and positioning of each carrier 8 in the respective chamber 4, 5, 6 is ensured in the processing position. Thus, the device is an automatically operable Continuous installation, wherein in each case after an initial phase, a carrier 8 in the loading station 3, in each of the chambers 4, 5, 6 and in the unloading station 7 is located. The carriers 8 are disc-annular plates as a support for the substrates 14. The carrier 8 located in the chambers 4, 5, 6 in the processing position are set in rotation about their axis of symmetry at a predetermined angular velocity by means of existing driven rotary devices. In addition, the substrate holders positioned on the carrier 8 simultaneously rotate with the substrates 14 about their axis of symmetry at a predetermined angular velocity. The substrates 14 are, for example, slices. These rotations ensure a homogeneous ion beam cleaning process of the substrates 14 in the charging / pretreatment chamber 4, and an alternating homogeneous coating process of the substrates 14 and stress reduction process of the deposited sublayers in the coating chamber 5. After the carrier loaded in the loading station 3 with substrates 14 carrier 8 in the processing position in the feed / pre-treatment chamber 4, this is evacuated. Thereafter, the pretreatment of the substrates 14 takes place by ion beam action by means of the ion source 9. For this purpose, preferably noble gas ions, preferably argon ions, with ion energies in the range of 500 to 5000 eV and ion current densities on the substrate surface of 200 to 1000 uA / cm 2 are used. The angular speeds for the rotation of the carrier 8 are in the range of 0.02 to 0.15 s -1 and for the self-rotation of the substrates 14 in the range of 0.2 to 1.5 s -1 . For a carrier 8, for example, with an outer diameter of 600 mm, which is loaded annularly with 100 substrates 14 with 30 mm diameter in two rows of annular, the time for the cleaning cycle is 10 to 30 min. After transporting the carrier 8 with the cleaned substrates 14 into the processing position of the coating chamber 5 without interruption of the vacuum, the alternating laser pulse deposition of sublayers of predetermined thickness takes place on the substrates 14 located in the coating position, which are located below the target located in the ablation position 15 are arranged at a distance of 30 mm to 70 mm, and the stress reduction of the deposited sublayers on the stress reducing position substrates 14. The coating position and the stress reduction position of the substrates 14 on the carrier 8 face each other. By the rotation of the carrier 8 at a predetermined angular velocity Thus, substrates 14 are simultaneously and continuously coated and voltage-reduced sub-layers which have just been deposited. As a result, a further voltage-reduced sub-layer is produced on each substrate 14 on the carrier 8 during one complete revolution of the carrier 8. The self-rotation of the substrates 14 about their axis of symmetry allows the deposition of layers with a homogeneous thickness and a homogeneous voltage reduction process over the entire substrate surface.
Auf dem scheibenförmig ausgebildeten kühlbaren Targethalter 11 sind sechs Targets 15 in Form von kreisförmigen Scheiben befestigt. Dazu können sich die Targets vorteilhafterweise in Targethalterungen des Targethalters 11 befinden. Zur Drehung der einzelnen Targets 15 in die Ablationsposition ist der Targethalter 11 drehbar angeordnet und kann entsprechend der Zahl der Targets 15 stufenweise um 60 Grad gedreht werden. Zur Abscheidung von ta-C Schichten sind auf dem Targethalter 11 fünf Targets 15 aus pyrolytischem Graphit und ein Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid befestigt, wobei die Durchmesser der Targets 15 beispielsweise 50 mm betragen. Das Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid dient zur PLD-Abscheidung einer haftvermittelnden Zwischenschicht auf die Substrate 14, deren Gesamtschichtdicke in Abhängigkeit von der Oberflächenrauhigkeit der Substrate 14 im Bereich von 30 nm bis 250 nm liegt. Nach der Abscheidung dieser haftvermittelnden Zwischenschicht erfolgt die PLD-Abscheidung der ta-C Schicht mit einer Gesamtschichtdicke im Bereich von 500 nm bis 5 μm, wobei die Subschichtdicken 50 nm bis 150 nm betragen. Um ein Überhitzen der Targets 15 aus Graphit trotz Kühlung während des kontinuierlichen Ablationsprozesses durch den Targetlaserstrahl 12 zu vermeiden und einen möglichst lang andauernden Betrieb der als Durchlaufanlage ausgebildeten Vorrichtung ohne Erneuerung dieser Targets 15 zu gewährleisten, werden diese abwechselnd in die Ablationsposition gedreht. Das kann beispielsweise während des Transports des Carriers 8 erfolgen. Mit einer zur Targetstation gehörenden Vorrichtung 16 zur Führung, Formung, Fokus- sierung und zum Scannen wird der Targetlaserstrahls 12 über die Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets 15 geführt. Diese Vorrichtung 16 ist außerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordnet und besteht beispielsweise aus zwei Umlenkspiegeln 17a, 17b und einem Objektiv 18. Der Targetlaserstrahl 12 gelangt über ein Einkoppelfenster der Beschichtungskammer 5 in deren Innenraum. Der von einem KrF-Excimerlaser als Laser 1 emittierte Targetlaserstrahl 12 mit einer Wellenlänge von 248 nm wird durch aufeinander folgende Reflexion am ersten in x- Richtung bewegbaren Umlenkspiegels 17a sowie am zweiten in y-Richtung bewegbaren Umlenkspiegel 17b auf das sich in Ablationsposition befindende Target 15 gerichtet und mit Hilfe des in z-Richtung bewegbaren Objektivs 18 auf die Targetoberfläche fokus- siert. Dabei wird ein vorgegebener Einfallswinkel des Targetlaserstrahls 12 auf die Targetoberfläche von kleiner 70 Grad eingestellt. Zur Verbesserung der Laserstrahlhomogenität kann in einer Ausführungsform vor dem ersten Umlenkspiegel 17a zusätzlich ein Homogenisierer angeordnet sein. Um eine möglichst homogene Fluenzvertei- hing über den Querschnitt des Targetlaserstrahls 12 zu erzielen, wird der Laser 1 als KrF-Excimerlaser vorzugsweise mit instabilem Resonator betrieben. Die Einkopplung des Targetlaserstrahls 12 in die evakuierte Beschichtungskammer 5 erfolgt durch ein hochvakuumdicht an einem Einkoppelflansch, der vorzugsweise an der Seitenwand der Beschichtungskammer 5 befestigt ist, angeflanschtes Einkoppelfenster aus Quarzglas. Die Länge des Einkoppelflansches und damit die Entfernung zwischen Einkoppelfenster und Targetoberfläche wird unter Beachtung der Brennweite des außerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordneten Objektivs 18 so gewählt, dass die Fluenz des Targetlaserstrahls 12 auf der Fensterinnenfläche ausreicht, um vom Target 15 ablatiertes und auf der Fensterinnenfläche abgelagertes Material durch Laserablation wieder zu entfernen. Durch eine gesteuerte Bewegung der Umlenkspiegel 17a, 17b in x- und y- Richtung wird der Fokus des Targetlaserstrahls 12 spiralförmig mit konstanter Vektorgeschwindigkeit über die gesamte Targetoberfläche des Targets 15 als Scheibe gescannt, um einen homogenen Abtrag des Targets 15 zu gewährleisten und eine möglichst homogene Flächendichte des ablauerten Teilchenstroms in Richtung der sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 zu erzeugen. Mit zunehmendemOn the disk-shaped coolable target holder 11 six targets 15 are attached in the form of circular discs. For this purpose, the targets can advantageously be located in target holders of the target holder 11. In order to rotate the individual targets 15 into the ablation position, the target holder 11 is rotatably arranged and, according to the number of targets 15, can be rotated stepwise by 60 degrees. For the deposition of ta-C layers, five targets 15 made of pyrolytic graphite and a target 15 made of boron or tungsten carbide are attached to the target holder 11, wherein the diameters of the targets 15 are, for example, 50 mm. The target 15 made of boron or tungsten carbide is used for the PLD deposition of an adhesion-promoting intermediate layer on the substrates 14 whose total layer thickness, depending on the surface roughness of the substrates 14, is in the range from 30 nm to 250 nm. After the deposition of this adhesion-promoting intermediate layer, the PLD deposition of the ta-C layer takes place with a total layer thickness in the range from 500 nm to 5 μm, the sub-layer thicknesses being 50 nm to 150 nm. In order to avoid overheating of the targets 15 of graphite despite cooling during the continuous ablation process by the target laser beam 12 and to ensure the longest possible operation of trained as a continuous system device without renewal of these targets 15, these are rotated alternately in the ablation position. This can for example be done during the transport of the carrier 8. With a device 16 belonging to the target station for guidance, shaping, focusing and scanning, the target laser beam 12 is guided over the surface of the target 15 located in the ablation position. This device 16 is arranged outside the coating chamber 5 and consists for example of two deflecting mirrors 17a, 17b and an objective 18. The target laser beam 12 passes through a coupling window of the coating chamber 5 in the interior thereof. The target laser beam 12 having a wavelength of 248 nm emitted by a KrF excimer laser as the laser 1 is converted to the ablation position target 15 by successive reflection at the first x-directional deflecting mirror 17a and at the second y-directional deflecting mirror 17b directed and focused on the target surface with the aid of the z-directional movable lens 18. In this case, a predetermined angle of incidence of the target laser beam 12 is set to the target surface of less than 70 degrees. To improve the homogeneity of the laser beam, in one embodiment, a homogenizer may additionally be arranged in front of the first deflection mirror 17a. In order to achieve the most homogeneous possible fluence distribution over the cross section of the target laser beam 12, the laser 1 is operated as a KrF excimer laser, preferably with an unstable resonator. The coupling of the target laser beam 12 in the evacuated coating chamber 5 is effected by a high vacuum-tight at a Einkoppelflansch, which is preferably attached to the side wall of the coating chamber 5, flanged coupling window made of quartz glass. The length of the coupling flange and thus the distance between coupling window and target surface is chosen so that the fluence of the target laser beam 12 on the window inner surface is sufficient to ablated from the target 15 and deposited on the window inner surface material considering the focal length of the outside of the coating chamber 5 to be removed again by laser ablation. By a controlled movement of the deflecting mirrors 17a, 17b in the x and y directions, the focus of the target laser beam 12 is scanned spirally at a constant vector speed over the entire target surface of the target 15 as a disk in order to ensure homogeneous removal of the target 15 and as homogeneous as possible Surface density of the abgauerten particle flow toward the coating position in the substrate 14 to produce. With increasing
Abtrag des Targets 15 ist eine Nachführung des Fokus des Targetlaserstrahls 12 durch eine gesteuerte Bewegung des Objektives 18 in z-Richtung erforderlich. Durch die gegenüberliegende Anordnung des sich in Ablationsposition befindenden Targets 15 und der sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 und durch Einfügen einer Blende mit kreisförmiger Öffnung zwischen dem Target 15 und den Substraten 14 wird gewährleistet, dass der vom Target 15 ablatierte schichtbildende Teilchenstrom nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft. Die Blende schützt gleichzeitig die sich nicht in Ablationsposition befindenden Targets 15 vor einer Belegung mit Fremdmaterial.Removal of the target 15, a tracking of the focus of the target laser beam 12 by a controlled movement of the lens 18 in the z-direction is required. The opposing arrangement of the target 15 in ablation position and the substrates 14 in the coating position and by inserting a diaphragm with a circular opening between the target 15 and the substrates 14 ensures that the layer-forming particle flow ablated by the target 15 is not at an angle of incidence greater than 60 degrees impinges on the respective substrate or growing layer surface. The aperture does not protect itself at the same time Targets 15 located in ablation position prior to occupancy with foreign material.
Die Spannungsreduzierungsstation zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen der abgeschiedenen Subschichten besteht aus dem Laser 2 zur Erzeugung des Substrat- laserstrahls 13, einer außerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordneten Strahlformungsoptik 19 und einem am Deckel der Beschichtungskammer 5 angeflanschten Einkoppelfenster aus Quarzglas. Der vom Laser 2 als KrF-Excimerlaser emittierte Substratlaserstrahl 13 mit einer Wellenlänge von 248 nm wird mit Hilfe der Strahlformungsoptik 19 in einen Laserstrahl mit rechteckigem Laserstrahlquerschnitt geformt, und gelangt so auf die Schichtoberfläche der sich in Entspannungsposition befindenden Substrate 14. Um eine homogene Fluenzverteilung ohne Fluenzspots über den Laserstrahlquerschnitt zu erzielen, wird der Laser 2 als KrF-Excimerlaser vorzugsweise mit stabilem Resonator betrieben.The voltage reduction station for the laser-induced reduction of the voltages of the deposited sublayers consists of the laser 2 for generating the substrate laser beam 13, a beam shaping optics 19 arranged outside the coating chamber 5 and a coupling window of quartz glass flanged onto the cover of the coating chamber 5. The substrate laser beam 13 emitted by the laser 2 as a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm is formed with the aid of the beam shaping optical system 19 into a laser beam with rectangular laser beam cross-section, and thus reaches the layer surface of the lying in the relaxation position substrates 14. To a homogeneous fluence distribution without To achieve fluence spots over the laser beam cross section, the laser 2 is operated as a KrF excimer laser, preferably with a stable resonator.
In einer weiteren Ausführungsform kann zur Konzentration des seitwärts vom Target 15 ablauerten ionisierten Teilchenstroms auf die sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 und zur Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablauerten Targetteilchenstrom wenigstens ein Magnetfeld eingesetzt werden. Die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes verlaufen vorteilhafterweise senkrecht von der ablauerten Oberfläche des Targets 15 bis senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche der Substrate 14.In a further embodiment, at least one magnetic field can be used to concentrate the ionized particle stream sideways from the target 15 onto the substrates 14 located in the coating position and to increase the degree of ionization in the tailed target particle stream. The magnetic field lines of the magnetic field advantageously run perpendicularly from the surface of the target 15 which has been emptied, perpendicular to the surface of the substrates 14 to be coated.
Die Fig. 2 zeigt eine Einrichtung für einen magnetischen Kreis mit Polschuhen 20 an einem Joch 21 in der Beschichtungskammer 5 in einer prinzipiellen Darstellung. Der magnetische Kreis besteht aus über dem sich in Ablationsposition befindenden Target 15 und unter den sich in Beschichtungsposition befindenden Substraten 14 angeordneten Polschuhen 20 vorgegebener Geometrie, die über ein Joch 21 aus einem Magnetwerkstoff, vorzugsweise Weicheisen, mit wenigstens einer Stromspule 22 zur Erzeugung des Magnetfeldes miteinander verbunden sind.2 shows a device for a magnetic circuit with pole pieces 20 on a yoke 21 in the coating chamber 5 in a schematic representation. The magnetic circuit consists of pole shoes 20 of predetermined geometry arranged above the target 15 in ablation position and under the substrates 14 located in the coating position, which are interconnected via a yoke 21 of a magnetic material, preferably soft iron, with at least one current coil 22 for generating the magnetic field are connected.
Mit magnetischen Flussdichten im Bereich von 100 bis 150 Millitesla kann bei einem Target - Substratabstand von 50 mm beispielsweise eine Erhöhung der Schichtab- scheiderate bis zu 20 % erreicht werden, da ohne Magnetfeld nur etwa 75% des unter einem Winkel von maximal 30 Grad zur Targetnormalen vom Target 15 ablauerten Targetteilchenstroms auf die Substrate 14 gelangen. Nachfolgend werden typische Parameter für die Abscheidung von ta-C Schichten auf ebenen Substraten mit der Vorrichtung nach der prinzipiellen Darstellung der Fig. 1 bei einem Target - Substratabstand von 50 mm, Einsatz eines Magnetfeldes gemäß der prinzipiellen Darstellung der Fig. 2 mit einer magnetischen Flussdichte von 140 Milli- tesla und Winkelgeschwindigkeiten für die Rotation des Canϊers 8 im Bereich von 0,02 bis 0,15 s"1 und für die Eigenrotation der Substrate 14 im Bereich von 0,2 bis 1,5 s"1 angegeben: a) Einsatz von zwei KrF-Lasern zur Erzeugung des Target- 12 und des Substratlaserstrahls 13 - Targetlaserstrahl 12: Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 50 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Target 12 bis 15 J/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Target 4 bis 5 mm2,With magnetic flux densities in the range of 100 to 150 millitesla, for example, an increase in the deposition rate of up to 20% can be achieved at a target / substrate distance of 50 mm, since without a magnetic field only about 75% of that at an angle of 30 degrees to the target normal get from the target 15 ablauerten target particle stream on the substrates 14. The following are typical parameters for the deposition of ta-C layers on flat substrates with the device according to the schematic representation of FIG. 1 at a target - substrate distance of 50 mm, use of a magnetic field according to the schematic representation of FIG. 2 with a magnetic flux density of 140 milli-liters and angular velocities for the rotation of the can 8 in the range of 0.02 to 0.15 s -1 and for the self-rotation of the substrates 14 in the range of 0.2 to 1.5 s -1 : Use of two KrF lasers to generate the target 12 and the substrate laser beam 13 - target laser beam 12: laser pulse energy on the target 600 mJ, pulse repetition frequency 50 Hz, laser beam fluence on the target 12 to 15 J / cm 2 , focus cross section on the target 4 to 5 mm 2 ,
- Substratlaserstrahl 13: Laserpulsenergie auf der Schicht 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 50 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 150 bis 300 mJ/cm2, Fokusquer- schnitt auf dem Substrat 2 bis 4 cm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat bis 200 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5 %, beschichtbare Fläche pro Stunde mit einer 1 μm dicken ta-C Schicht 730 cm2 oder 72 Scheiben mit 30 mm Durchmesser. b) Einsatz von zwei KrF-Lasern zur Erzeugung des Target- 12 und des Substratlaser- Strahls 13Substrate laser beam 13: laser pulse energy on the layer 600 mJ, pulse repetition frequency 50 Hz, laser beam fluence on the substrate 150 to 300 mJ / cm 2 , focus cross section on the substrate 2 to 4 cm 2 , film deposition rate with unmoved substrate up to 200 nm / min, thickness inhomogeneity with moving substrate less than 5%, coatable surface per hour with a 1 μm thick ta-C layer 730 cm 2 or 72 slices with 30 mm diameter. b) Use of two KrF lasers for generating the target 12 and the substrate laser beam 13
- Targetlaserstrahl 12: Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 300 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Target 12 bis 15 J/cm2 , Fokusquerschnitt auf dem Target 4 bis 5 mm2,Target laser beam 12: laser pulse energy on the target 600 mJ, pulse repetition frequency 300 Hz, laser beam fluence on the target 12 to 15 J / cm 2 , focus cross section on the target 4 to 5 mm 2 ,
- Substratlaserstrahl 13: Laserpulsenergie auf der Schicht 600 mJ, Pulswiederhol- frequenz 300 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 150 bis 300 mJ/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Substrat 2 bis 4 cm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat bis 1000 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5 %, beschichtbare Fläche pro Stunde mit einer 1 μm dicken ta-C Schicht 4380 cm2 oder 432 Scheiben mit 30 mm Durchmesser.Substrate laser beam 13: laser pulse energy on the layer 600 mJ, pulse repetition frequency 300 Hz, laser beam fluence on the substrate 150 to 300 mJ / cm 2 , focus cross section on the substrate 2 to 4 cm 2 , film deposition rate with unmoved substrate up to 1000 nm / min, thickness inhomogeneity with moving substrate less than 5%, coatable surface per hour with a 1 μm thick ta-C coating 4380 cm 2 or 432 discs with 30 mm diameter.
Zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate, der Dicke der aufwachsenden Subschicht und der Schichtqualität kann ein optisches Interferenz-Messverfahren verwendet werden (Darstellung in der Fig. 3a). Der Laserstrahl 24 eines Diodenlasers 23 mit 670 nm Wellenlänge, für den das ta-C Schichtmaterial nur einen geringen Absorptionskoeffizient besitzt, wird unter einem Einfallswinkel von 60 Grad auf ein sich in Ablations- position befindendes Substrat 14 gerichtet und sowohl an der aufwachsenden Schichtoberfläche 25 als auch an der Schicht-Substratgrenzfläche 26 reflektiert, wobei die reflektierten Strahlanteile 27a, 27b interferieren. Die mit zunehmender Schichtdicke entstehenden periodischen Intensitätsschwankungen werden mit Hilfe eines in Reflexionsrichtung der Laserstrahlanteile 27a, 27b angeordneten Fotodetektors 28 registriert, als Messsignal ausgewertet und zur Steuerung verwendet. Aus dem mit abnehmender Amplitude periodischen, nahezu cosinusförmigen zeitlichen Verlauf des Messsignals kann die Schichtabscheiderate und die Schichtdicke ermittelt werden. Ein periodischer, nahezu cosinusförmiger Verlauf des Messsignals mit kontinuierlich abnehmender Amplitude der Intensität I bei kontinuierlicher Dickenzunahme der aufwachsenden Schicht 25 über die Zeit t (Darstellung in der Fig. 3b) weist dabei auf einen gleich bleibenden sp3-Bindungsanteil hin.For in situ control of the layer deposition rate, the thickness of the growing sub-layer and the layer quality, an optical interference measuring method can be used (illustration in FIG. 3a). The laser beam 24 of a diode laser 23 with 670 nm Wavelength for which the ta-C layer material has only a low absorption coefficient is directed at an angle of incidence of 60 degrees to an ablation position substrate 14 and reflected both at the growing layer surface 25 and at the layer substrate interface 26, wherein the reflected beam portions 27a, 27b interfere. The periodic intensity fluctuations arising with increasing layer thickness are registered by means of a photodetector 28 arranged in the reflection direction of the laser beam components 27a, 27b, evaluated as a measurement signal and used for control. The layer deposition rate and the layer thickness can be determined from the periodic course of the measurement signal that is periodic with decreasing amplitude. A periodic, almost cosinusoidal course of the measuring signal with continuously decreasing amplitude of the intensity I with continuous increase in thickness of the growing layer 25 over the time t (representation in FIG. 3b) indicates a constant sp 3 bond fraction.
Nach dem Transport des Carriers 8 mit den beschichteten Substraten 14 von der Beschichtungskammer 5 in die Bearbeitungsposition der Entnahmekammer 6 kann in einer weiteren Ausführungsform ohne Unterbrechung des Vakuums entweder eine Laser-Mikro-Strukturierung oder eine Laser-Nano-Strukturierung und/oder eine weitere Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch rein thermische Tempern erfolgen. Soll keine weitere Bearbeitung erfolgen oder nach wenigstens einer der aufgeführten Bearbeitungen wird die Entnahmekammer 6 belüftet und der Carrier 8 mit den beschichteten Substraten 14 zur Entladestation 7 transportiert.After transporting the carrier 8 with the coated substrates 14 from the coating chamber 5 into the processing position of the removal chamber 6, in another embodiment, either without interrupting the vacuum, either a laser micro-structuring or a laser nanostructuring and / or a further voltage reduction the deposited layers are carried out by purely thermal annealing. If no further processing is to take place or after at least one of the listed processes, the removal chamber 6 is aerated and the carrier 8 with the coated substrates 14 is transported to the unloading station 7.
Die Laser-Nanostrukturierung der ta-C Schichten zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften der beschichteten Substrate 14 kann beispielsweise durch die Erzeugung von Ripples-Oberflächenstrukturen mit Hilfe von Femtosekunden- oder Pikosekunden- Laserpulsen im Fokusverfahren erfolgen. Dabei wird der Strukturierungslaserstrahl mit Hilfe eines Objektivs und eines Scannerspiegelsystems, die außerhalb der Entnahme- kammer 6 angeordnet sind, auf die Schichtoberfläche fokussiert und zellenförmig oder spiralförmig über die sich in Strukturierungsposition befindenden Substrate 14 geführt. Die Einkopplung des Strukturierungslaserstrahls erfolgt dabei durch ein am Deckel der Entnahmekammer 6 angeflanschtem Einkoppelfenster aus Quarzglas. Bei einem Fokus- radius von 2 bis 10 μm, einem Spurabstand von 20 bis 50 μm und einer Laserstrahl- fluenz von einigen 100 bis 2000 J/cm2 werden Ripples mit einer Periode von 500 bis 700 nm und Grabentiefen von einigen 10 bis 400 nm erzeugt.The laser nanostructuring of the ta-C layers for improving the tribological properties of the coated substrates 14 can take place, for example, by the production of ripples surface structures with the aid of femtosecond or picosecond laser pulses in the focus method. In this case, the patterning laser beam is focused onto the layer surface with the aid of an objective and a scanner mirror system, which are arranged outside the removal chamber 6, and guided in cell form or spirally over the substrates 14 which are in patterning position. The coupling of the structuring laser beam is effected by a flanged on the cover of the sampling chamber 6 coupling window made of quartz glass. In a focus Radius of 2 to 10 microns, a track pitch of 20 to 50 microns and a laser beam fluence of some 100 to 2000 J / cm 2 Ripples are generated with a period of 500 to 700 nm and trench depths of some 10 to 400 nm.
Die Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch rein thermischesThe stress reduction of the deposited layers by purely thermal
Tempern kann über einen flächenhaft wirkenden ringförmigen Strahlungsheizer mit den Maßen des Carriers 8 zur gleichzeitigen Temperung aller Substrate 14 auf einem Carrier 8 erfolgen. Die Messung der Schichttemperatur erfolgt vorteilhafterweise über ein Pyrometer. Die Tempertemperatur ist maximal die mögliche Belastungstemperatur der Substrate 14. Dies beträgt maximal 700 °C. Die Temperzeit liegt dabei im Bereich von 10 bis 30 Minuten.Annealing can take place via a planar annular radiation heater with the dimensions of the carrier 8 for the simultaneous tempering of all substrates 14 on a carrier 8. The measurement of the layer temperature is advantageously carried out via a pyrometer. The annealing temperature is a maximum of the possible load temperature of the substrates 14. This is a maximum of 700 ° C. The annealing time is in the range of 10 to 30 minutes.
Die Laser, die Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, die Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, die Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen, die Transportvorrichtung für den wenigstens einen Carrier 8 und alle Antriebe für die Bewegungen des Carriers 8 und des Targethalters 11 sowie die in situ Kontrolleinrichtung sind mit einer Steuerung in Form eines Datenverarbeitungssystems zusammengeschaltet.The lasers, the vacuum generating means, the ion beam or plasma generating means, the laser beam guiding, shaping, focusing and scanning means, the transport means for the at least one carrier 8 and all the drives for the movements of the carrier 8 and the target holder 11 and the in situ control device are interconnected with a controller in the form of a data processing system.
In einer weiteren Ausführungsform des Ausführungsbeispiels können Carriers 8 als Scheibenring mit Substrathaltern für Substrate 14 in Form von Zylindern, Prismen, Kegel, Nadeln, Kugeln oder Hohlzylindern und weitere Ausführungsformen des Targethalters 11 eingesetzt werden. Zur Beschichtung von beispielsweise Bohrern und Fräsern als Substrate 14 sind diese im Carrier 8 angetrieben drehbar angeordnet.In a further embodiment of the embodiment, carriers 8 can be used as a disc ring with substrate holders for substrates 14 in the form of cylinders, prisms, cones, needles, balls or hollow cylinders and further embodiments of the target holder 11. For coating, for example, drills and milling cutters as substrates 14, these are rotatably driven in the carrier 8.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Carrier- und Targetanordnungen zur Beschichtung von zylinder- förmigen Werkstücken als Substrate 14 jeweils in einer prinzipiellen Darstellung.FIGS. 4 and 5 show carrier and target arrangements for coating cylinder-shaped workpieces as substrates 14, each in a schematic representation.
Für eine kontinuierliche Schichtabscheidung sind in einer ersten Ausführungsform Substrathalter 29 und damit die darin angeordneten Substrate 14 in tangentialer Richtung des rotierenden Carriers 8 um einen vorgegebenen Winkel von vorzugsweise 45 Grad geneigt befestigt (Darstellungen der Fig. 4a und 4b in zwei Ansichten). Darüber hinaus sind die Substrathalter 29 zur Rotation dieser Substrate 14 um ihre Symmetrieachse mit vorzugsweise in den Carrier 8 integrierten Antrieben über ein Kegelradgetriebe 30 gekoppelt (Darstellung in der Fig. 4b). In einer zweiten Ausführungsform (Darstellung in der Fig. 5) sind die Substrate 14 senkrecht stehend im Carrier 8 angeordnet, wobei die Substrate 14 mit ihren Substrathaltern 29 um ihre Symmetrieachse und des weiteren vorzugsweise jeweils fünf bis sieben Substrathalter um ein gemeinsames Symmetriezentrum in Rotation versetzt werden. Das sich in Ablationsposition befindende Target 15 ist mit einem vorgege- benem Winkel von vorzugsweise 45 Grad geneigt zu den Symmetrieachsen der Substrate 14 angeordnet. Die Targets 15 werden nacheinander durch Drehung des Targethalters 11 um einen Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der Targets 15 auf dem Targethalter 11 in die Ablationsposition gebracht. Durch die Anordnungen gemäß der Fig. 4 und 5 wird gewährleistet, dass die zueinander geneigten Kanten und Flächen der Substrate 14 gleichmäßig mit einer Hartstoffschicht gleicher Qualität beschichtet werden können.For a continuous layer deposition are in a first embodiment, substrate holder 29 and thus the substrates 14 disposed therein in the tangential direction of the rotating carrier 8 by a predetermined angle of preferably 45 degrees attached inclined (representations of Fig. 4a and 4b in two views). In addition, the substrate holder 29 are coupled to rotate these substrates 14 about their axis of symmetry with preferably integrated into the carrier 8 drives via a bevel gear 30 (shown in Fig. 4b). In a second embodiment (illustration in FIG. 5), the substrates 14 are arranged vertically standing in the carrier 8, wherein the substrates 14 with their substrate holders 29 about its axis of symmetry and further preferably each set five to seven substrate holder about a common center of symmetry in rotation become. The target 15, which is in the ablation position, is arranged inclined at a given angle of preferably 45 degrees to the axes of symmetry of the substrates 14. The targets 15 are sequentially brought to the ablation position by rotation of the target holder 11 through an angle of 360 degrees divided by the number of the targets 15 on the target holder 11. The arrangements according to FIGS. 4 and 5 ensure that the mutually inclined edges and surfaces of the substrates 14 can be uniformly coated with a hard material layer of the same quality.
Die Fig. 6 zeigt eine Carrier- und eine Targetanordnung zur Beschichtung von Schneidplatten als Substrate 14 in einer prinzipiellen Darstellung. Die Substrate 14 befinden sich auf Substrathaltern 29, wobei die Schneidplatten als Substrate 14 an verschieden langen Substrathaltern 29 in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind. Die Substrathalter 29 sind drehbar angetrieben im Carrier 8 stehend angeordnet, wobei jeweils fünf Substrathalter um ein gemeinsames Symmetriezentrum rotieren. Für eine gleichzeitige Schichtabscheidung an den Seitenflächen und einer Deckfläche der Schneidplatten, sind die Targets 15 vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet und es befinden sich gleichzeitig zwei Targets 15 in Ablationsposition. Jeweils zwei Targets 15 werden nacheinander durch Drehung des Targethalters 11 um einen Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der Targets 15 auf dem Targethalter 11 in die Ablationsposition gebracht. Für eine kontinuierliche Schichtabscheidung werden vorteilhafterweise zwei Targetlaserstrahlen 12a, 12b eingesetzt. Zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Subschichten werden zwei Substratlaserstrahlen 13a, 13b eingesetzt. Damit ist eine alternierende Schichtabscheidung und Spannungsreduzierung an einer Deckfläche und der wenigstens einen daran angrenzenden Seitenflächen der Schneidplatten möglich.FIG. 6 shows a carrier and a target arrangement for coating cutting plates as substrates 14 in a basic representation. The substrates 14 are located on substrate holders 29, wherein the cutting plates are arranged as substrates 14 on different length substrate holders 29 at different heights. The substrate holders 29 are arranged rotatably driven in the carrier 8 standing, wherein each five substrate holders rotate about a common center of symmetry. For a simultaneous layer deposition on the side surfaces and a top surface of the cutting plates, the targets 15 are preferably arranged at right angles to each other and there are simultaneously two targets 15 in the ablation position. In each case two targets 15 are successively brought by rotation of the target holder 11 by an angle of 360 degrees divided by the number of targets 15 on the target holder 11 in the ablation position. For a continuous layer deposition advantageously two target laser beams 12a, 12b are used. To reduce the voltage of the deposited sublayers, two substrate laser beams 13a, 13b are used. This is an alternating layer deposition and stress reduction on a top surface and the at least one adjoining side surfaces of the inserts possible.
Die Fig. 7 zeigt einen Carrier 8 zur Beschichtung von Substraten 14 in Form von Zylindern über eine Blende 31 in einer prinzipiellen Darstellung.FIG. 7 shows a carrier 8 for coating substrates 14 in the form of cylinders via a diaphragm 31 in a basic representation.
Zur Beschichtung von Substraten 14 in Form von Zylindern, zum Beispiel von Walzen für Wälzlager, sind diese an Substrathalter 29 vorzugsweise liegend in mehreren Reihen nebeneinander in tangentialer Richtung vieleckförmig entlang des Umfangs des entweder kontinuierlich rotierenden oder um vorgegebenen Winkel drehbaren Carriers 8 befestigt. Bei geringen Zylinderlängen sind diese zu längeren Stangen mit Zwischenab- standshaltescheiben 33 zusammengesetzt, die über biegsame Wellen 34 miteinander verbunden sind. Die Zylinder sind mit den Substrathaltern 29 drehbar gelagert. Die Substrathalter 29 sind zur Rotation der Zylinder um ihre Symmetrieachse mit vorzugsweise in den Carrier 8 integrierten Antrieben gekoppelt. Zwischen dem Target 15 und den sich in Ablationsposition befindenden Zylindern als Substrate 14 ist eine Blende 31 mit der Größe der Zylinder angepassten Öffnungen 32 angeordnet, die den streifenden Einfall von ablauerten Targetteilchen auf die zu beschichtende Zylindermantelflächen verhindert.For coating substrates 14 in the form of cylinders, for example rollers for rolling bearings, they are preferably attached to substrate holder 29 in several rows next to each other in the tangential direction polygonal along the circumference of either continuously rotating or rotatable by predetermined angle carrier 8. With small cylinder lengths, these are made up into longer rods with spacer disks 33, which are connected to one another via flexible shafts 34. The cylinders are rotatably mounted with the substrate holders 29. The substrate holders 29 are coupled to rotate the cylinder about its axis of symmetry with preferably integrated into the carrier 8 drives. Between the target 15 and the cylinders located in Ablationsposition as substrates 14, a shutter 31 with the size of the cylinder adapted openings 32 is arranged, which prevents the grazing incidence of leached target particles on the cylinder jacket surfaces to be coated.
Die Fig. 8 zeigt einen Carrier 8 zur Beschichtung von Substraten 14 in Form von Nadeln und Kugeln in einer prinzipiellen Darstellung.FIG. 8 shows a carrier 8 for coating substrates 14 in the form of needles and balls in a basic representation.
Zur Beschichtung von Substraten 14 als Nadeln und Kugeln, zum Beispiel als Wälzkörper für Lager oder von Achsen mit geringem Durchmesser, ist der Substrathalter 29 als Rüttelplatte mit Seitenwänden ausgebildet. Der Carrier 8 selbst ist ein Scheibenring, wobei sich mehrere Substrathalter 29 auf dem Carrier 8 befinden. Durch die Vibrationen drehen sich die in den Substrathaltern 29 angeordneten Substrate 14 als Nadeln um ihre Symmetrieachse und als Kugeln um ihren Massenmittelpunkt sowohl während der Schichtabscheidung als auch während der Spannungsreduzierung.For coating substrates 14 as needles and balls, for example as rolling elements for bearings or of axes with a small diameter, the substrate holder 29 is designed as a vibrating plate with side walls. The carrier 8 itself is a disk ring, wherein a plurality of substrate holders 29 are located on the carrier 8. As a result of the vibrations, the substrates 14 arranged in the substrate holders 29 rotate as needles about their axis of symmetry and as balls about their center of mass both during the layer deposition and during the voltage reduction.
Die Fig. 9 bis 11 zeigen Carrier- und Targetanordnungen zur Innenbeschichtung von kurzen Hohlzy lindern als Substrate 14 in prinzipiellen Darstellungen. Zur Innenbeschichtung von kurzen Hohlzylindern als Substrate 14, beispielsweise zur Innenbeschichtung der Laufflächen von Außenschalen von Wälzlagern, sind diese in einer ersten Ausführungsform auf ihrem Substrathalter 29 in tangentialer Richtung des Carriers 8 um einen vorgegebenen Winkel von vorzugsweise 45 Grad geneigt befestigt. Weiterhin sind die Substrathalter 29 zur Rotation der Substrate 14 um ihre Symmetrieachse mit vorzugsweise in den Carrier 8 integrierten Antrieben gekoppelt. Die Fig. 9a und 9b zeigen eine derartige Anordnung in prinzipiellen Darstellungen in zwei Ansichten.9 to 11 show carrier and target assemblies for inner coating of short Hohlzy alleviate as substrates 14 in basic representations. For internal coating of short hollow cylinders as substrates 14, for example, for the inner coating of the running surfaces of outer shells of rolling bearings, these are in a first embodiment mounted on its substrate holder 29 in the tangential direction of the carrier 8 by a predetermined angle of preferably 45 degrees inclined. Furthermore, the substrate holders 29 are coupled to rotate the substrates 14 about their axis of symmetry with preferably integrated into the carrier 8 drives. FIGS. 9a and 9b show such an arrangement in basic representations in two views.
In einer zweiten Ausführungsform sind die Substrate 14 mit ihrem Substrathaltern 29 senkrecht stehend auf dem Carrier 8 angeordnet und werden mit ihrem Substrathaltern 29 in Rotation um ihre Symmetrieachse versetzt. Das sich in Ablationsposition befin- dende Target 15 ist geneigt zu den Symmetrieachsen der Substrate 14 um einen vorgegebenen Winkel von vorzugsweise 45 Grad angeordnet (Darstellung in der Fig. 10). In einer dritten Ausführungsform sind die Substrathalter 29 mit den Substraten 14 radial an der Umfangsfläche des Carriers 8 mit ihren Symmetrieachsen senkrecht zur Symmetrieachse des Carriers 8 angeordnet und rotieren um ihre Symmetrieachse (Darstellung in der Fig. 11).In a second embodiment, the substrates 14 with their substrate holders 29 are arranged vertically on the carrier 8 and are set in rotation with their substrate holders 29 about their axis of symmetry. The target 15 located in the ablation position is inclined to the symmetry axes of the substrates 14 by a predetermined angle of preferably 45 degrees (shown in FIG. 10). In a third embodiment, the substrate holders 29 are arranged with the substrates 14 radially on the peripheral surface of the carrier 8 with their axes of symmetry perpendicular to the axis of symmetry of the carrier 8 and rotate about its axis of symmetry (shown in Fig. 11).
Der Carrier 8 wird in der zweiten und dritten Ausführungsform nach der Abscheidung einer Subschicht jeweils um einen Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der auf dem Carrier 8 positionierten Substrate 14 gedreht, um das nächste Substrat 14 in die Beschichtungsposition und das auf dem Carrier 8 gegenüberliegend angeordnete Substrat 14 in die Spannungsreduzierungsposition zu verschieben.The carrier 8 is rotated in the second and third embodiments after the deposition of a sublayer each by an angle of 360 degrees divided by the number of positioned on the carrier 8 substrates 14 to the next substrate 14 in the coating position and on the carrier to move the oppositely disposed substrate 14 in the voltage reduction position.
In den Ausführungsformen gemäß Fig. 9 bis 11 wird der Substratlaserstrahl 13 zur Spannungsreduzierung mit recheckigem Querschnitt unter einem möglichst kleinen Einfallswinkel auf die beschichtete Oberfläche des sich in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substrats 14 gerichtet (hier nicht eingezeichnet). Zur Erhöhung der Schichtabscheiderate ist in der zweiten und dritten Ausführungsform jeweils ein magnetischer Kreis mit Polschuhen 20 an einem Joch 21 angeordnet (Darstellungen in den Fig. 10 und 11). Der magnetische Kreis besteht aus über dem sich in Ablationsposition befindenden Target 15 und unter den sich in Beschichtungsposition befindenden Substraten 14 angeordneten Polschuhen 20 vorgegebener Geometrie, die über ein Joch 21 aus einem Magnetwerkstoff, vorzugsweise Weicheisen, mit wenigstens einer Stromspule 22 zur Erzeugung des Magnetfeldes miteinander verbunden sind. In diesen Ausführungsformen gemäß der Darstellungen der Fig. 9 bis 11 wird der Substratlaserstrahl 13 zur Spannungsreduzierung mit rechteckigem Querschnitt unter einem möglichst kleinen Einfallswinkel auf die beschichtete Oberfläche des sich in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substrats 14 gerichtet.In the embodiments according to FIGS. 9 to 11, the substrate laser beam 13 for the voltage reduction with a rectangular cross section is directed at the smallest possible angle of incidence to the coated surface of the substrate 14 located in the voltage reduction position (not shown here). To increase the Schichtabscheiderate in each case a magnetic circuit with pole pieces 20 is arranged on a yoke 21 in the second and third embodiments (representations in Figs. 10 and 11). The magnetic circuit consists of pole shoes 20 of predetermined geometry arranged above the target 15 in ablation position and under the substrates 14 located in the coating position, which are interconnected via a yoke 21 of a magnetic material, preferably soft iron, with at least one current coil 22 for generating the magnetic field are connected. In these embodiments, as shown in Figs. 9 to 11, the substrate laser beam 13 for reducing the voltage of a rectangular cross section becomes under As small as possible angle of incidence on the coated surface of the located in the voltage reduction position substrate 14 is directed.
In weiteren Ausführungsformen des ersten Ausführungsbeispiels können auch Targets 15 in Zylinderform eingesetzt werden. Diese sind auf dem Targethalter 11 drehbar gelagert und das sich in Ablationsposition befindende Target 15 wird mittels eines in den Targethalter 11 integrierten Antriebs in Rotation mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel zur Symmetrieachse des Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt ein gleichmäßiger Targetabtrag durch Laserablation. DieIn further embodiments of the first embodiment, targets 15 in cylindrical form can also be used. These are rotatably mounted on the target holder 11 and the target 15 located in Ablationsposition is offset by means of an integrated drive in the target holder 11 in rotation at a predetermined angular velocity. By linear scanning of the focused on the target surface target laser beam 12 parallel to the axis of symmetry of the target 15 and the simultaneous Tarwidotation a uniform target removal by laser ablation. The
Symmetrieachse der Targets 15 in Zylinderform ist dabei vorzugsweise parallel zu der zu beschichtenden Substratoberfläche gerichtet.The symmetry axis of the targets 15 in cylindrical form is preferably directed parallel to the substrate surface to be coated.
Auf einem Targethalter 11 als Scheibe können die Targets 15 als Zylinder liegend radialsymmetrisch oder in tangentialer Richtung vieleckförmig angeordnet sein (Darstellungen in den Fig. 12 und 13).On a target holder 11 as a disk, the targets 15 can be arranged as a cylinder radially symmetrical or polygonal in the tangential direction (representations in Figs. 12 and 13).
In einer weiteren Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels sind die Targets 15 in Zylinderform mit ihren Symmetrieachsen parallel zur Symmetrieachse des drehbaren Targethalters 11 auf dem Targethalter 11 als Scheibe angeordnet. Die Fig. 14 zeigt die Anordnung des Carriers 8 und der Targets 15 und Substrate 14 in einer prinzipiellen Darstellung. Mit dieser Ausführungsform der Vorrichtung können beispielsweise zu Stangen zusammengesetzte Substrate 14 in Zylinderform beschichtet werden, die radialsymmetrisch an der Peripherie des scheibenringförmigen Carriers 8 angeordnet sind. Der magnetische Kreis dient zur magnetfeldgestützten Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf die sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14. Der magnetische Kreis besteht aus über dem sich in Ablationsposition befindenden Target 15 und unter den sich in Beschichtungsposition befindenden Substraten 14 angeordneten Polschuhen 20 vorgegebener Geometrie, die über wenigstens ein Joch 21 aus einem Magnetwerkstoff, vorzugsweise Weicheisen, mit jeweils wenigstens einer Stromspule 22 zur Erzeugung des Magnetfeldes miteinander verbunden sind. 2. AusfuhrungsbeispielIn a further embodiment of the first exemplary embodiment, the targets 15 are arranged in cylindrical form with their axes of symmetry parallel to the axis of symmetry of the rotatable target holder 11 on the target holder 11 as a disk. FIG. 14 shows the arrangement of the carrier 8 and the targets 15 and substrates 14 in a basic representation. By means of this embodiment of the device, for example, substrates 14 which are assembled into rods can be coated in cylindrical form, which are arranged radially symmetrically on the periphery of the disk-shaped carrier 8. The magnetic circuit is used for magnetic field-assisted concentration of the ionized target particle flow component on the substrates 14 in the coating position. The magnetic circuit consists of pole shoes 20 of predetermined geometry arranged above the target 15 in ablation position and under the substrates 14 located in the coating position a yoke 21 made of a magnetic material, preferably soft iron, each having at least one current coil 22 are connected to each other for generating the magnetic field. 2nd exemplary embodiment
Eine Vorrichtung zur produktiven Laserpulsabscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN- Schichten) auf Substrate 14 entspricht bis auf die Ausführung der Beschichtungskammer 5 der des ersten Ausführungsbeispiels.A device for productive laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers) on substrates 14 corresponds to the execution of the coating chamber 5 of the first embodiment.
Die Fig. 15 zeigt einen Querschnitt der Beschichtungskammer für eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf Substrate in einer prinzipiellen Darstellung.FIG. 15 shows a cross section of the coating chamber for a device for laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers) on substrates in a basic representation.
Die Einkopplung des Targetlaserstrahls 12 mit einer Wellenlänge von 248 nm in die Beschichtungskammer 5 erfolgt durch ein hochvakuumdicht an einem verlängerten Einkoppelflansch 35, der beispielsweise am Deckel der Beschichtungskammer 5 befestigt ist, angeflanschtes Einkoppelfenster 36 aus Quarzglas. Der Einkoppelflansch 35 aus nichtmagnetischem Material ist von wenigstens einer Magnetspulenanordnung 37 umgeben. Die Feldlinien der mit dieser Magnetspulenanordnung 37 erzeugten rotationssymmetrischen Magnetfelder verlaufen vorzugsweise zu den Innenwänden des Einkoppelflansches 35 und nicht bis zum Einkoppelfenster 36, so dass der in Richtung des Einkoppelfensters 36 ablauerte ionisierte Targetteilchenstromanteil das Einkoppelfenster 36 nahezu nicht erreicht und dessen Belegung mit Targetmaterial damit reduziert bis vermieden wird.The coupling of the target laser beam 12 with a wavelength of 248 nm in the coating chamber 5 is carried out by a high vacuum on an extended Einkoppelflansch 35, which is attached, for example, the lid of the coating chamber 5, flanged coupling window 36 made of quartz glass. The Einkoppelflansch 35 of non-magnetic material is surrounded by at least one magnetic coil assembly 37. The field lines of the rotationally symmetrical magnetic fields generated by this magnet coil arrangement 37 preferably extend to the inner walls of the coupling flange 35 and not to the coupling window 36, so that the ionized target particle stream portion slopped in the direction of the coupling window 36 almost does not reach the coupling window 36 and thus reduces its coverage with target material is avoided.
Zur Abscheidung von c-BN Schichten sind auf dem Targethalter 11 fünf Targets 15 aus pyrolytischem hexagonalen Bornitrid und ein Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid befestigt. Das Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid dient zur PLD-Abscheidung einer haftvermittelnden Zwischenschicht auf die Substrate 14, deren Gesamtschicht- dicke in Abhängigkeit von der Oberflächenrauhigkeit der Substrate 14 im Bereich von 30 nm bis 250 nm liegt.For depositing c-BN layers, five targets 15 of pyrolytic hexagonal boron nitride and a target 15 of boron or tungsten carbide are mounted on the target holder 11. The target 15 made of boron or tungsten carbide serves for the PLD deposition of an adhesion-promoting intermediate layer on the substrates 14 whose total layer thickness, depending on the surface roughness of the substrates 14, is in the range from 30 nm to 250 nm.
Zur Erhöhung der Haftfestigkeit der Zwischenschichten auf dem Substrat 14 und der c-BN Schichten auf den Zwischenschichten sowie zur Nukleation und zur Bildung der c-BN Schichtphase werden die Oberflächen der sich in der Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 vor der Beschichtung mit Argon-Ionenstrahlen und nach der PLD-Abscheidung der Zwischenschicht die Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden Bornitrid-Subschicht mit Argon/Stickstoff-Ionenstrahlen als Substrationenstrahlen im Mischungsverhältnis von vorzugsweise 1:1 bis 2:1 bestrahlt. Die zur Erzeugung der Ionenstrahlen 39 in der Beschichtungskammer 5 angeordnete Ionenstrahlstation 38 besteht aus einer am Deckel der Beschichtungskammer 5 hochvakuumdicht angeflanschten Ionenquelle als Substrationenquelle und einer Elektronenquelle zur Ladungskompensation des Ionenstrahls 39 als Substrationenstrahl sowie außerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordneten Energie-, Gasversorgungs- und Kühleinheiten für den Betrieb der Ionenstrahlstation 38. Durch die Ar/N2-Ionenbe- strahlung der aufwachsenden BN- Schicht wird zusätzlich Energie für den c-BN-Nuklea- tions- und den c-BN- Schichtbildungsprozess zugeführt und die c-BN Stöchiometrie gezielt eingestellt. Zur magnetfeldgestützten Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf die sich in Beschichtungsposition auf dem Carrier 8 befindenden Substrate 14 und Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von vom BN-Target ablauerten hexagonalen Partikulaten in die aufwachsende Schicht durch Nutzung nur des ablauerten ionisierten atomaren Teilchenstroms für die Schichtbildung sind das sich in Ablationsposition befindende Target 15 und die sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 zueinander versetzt und zueinander geneigt angeordnet. Der vorgegebene Winkel zwischen den Mittelsenkrechten beträgt wenigstens 90 Grad. Zwischen dem Target 15 und den Substraten 14 wird ein ringsektorförmiges Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien senkrecht von der Targetoberfläche bis senkrecht zur Substratoberfläche verlaufen. Die Erzeugung der Magnetfelder erfolgt mittels unmittelbar vor dem Target 15 und unmittelbar vor den Substraten 14 angeordneten hohlzylinderförmigen Magnetspulen 40 und zwischen Target 15 und Substraten 14 bogenförmig angeordneten thorus- sektorförmigen Magnetspulen 41 und zusätzlich mittels eines magnetischen Kreises, dessen Polschuhe 20 am Joch 21 mit der Stromspule 22 hinter dem Target 15 und hinter den Substraten 14 angeordnet sind. Durch diese Anordnungen von Target 15 und Substrat 14 zueinander, durch die Spulenanordnung und die Wahl der Spuleninnendurchmesser ist gewährleistet, dass die ablauerte Targetfläche von der zu beschichtenden Substratoberfläche aus geometrisch-optisch nicht sichtbar ist, damit vor allem die Partikulate mit vielfacher Atommasse nicht auf die Substrate 14 gelangen. Zur Vermei- düng von Wandreflexionen von vom Target 15 ablauerten Partikulaten in RichtungIn order to increase the adhesion of the intermediate layers on the substrate 14 and the c-BN layers on the intermediate layers as well as for nucleation and formation of the c-BN layer phase, the surfaces of the substrates 14 in the coating position become coated with argon ion beams before and after PLD deposition of the intermediate layer, the surface of the respective growing boron nitride sub-layer is irradiated with argon / nitrogen ion beams as substrate beams in a mixing ratio of preferably 1: 1 to 2: 1. The arranged to generate the ion beams 39 in the coating chamber 5 ion beam station 38 consists of a lid of the coating chamber 5 hochvakuumdicht angeflanschten ion source as substrate source and an electron source for charge compensation of the ion beam 39 as substrate beam and outside the coating chamber 5 arranged energy, gas supply and cooling units for the operation of the ion beam station 38. The Ar / N 2 ion irradiation of the growing BN layer additionally supplies energy for the c-BN nucleation and the c-BN layer formation process and sets the c-BN stoichiometry in a targeted manner , For magnetic field assisted concentration of the ionized target particle stream fraction to the substrates 14 located in the coating position on the carrier 8 and reduction to avoid the incorporation of hexagonal particulate deposited by the BN target into the growing layer by utilizing only the leached ionized atomic particle stream for film formation in ablation position target 15 and located in the coating position substrates 14 offset from each other and arranged inclined to each other. The predetermined angle between the mid-perpendiculars is at least 90 degrees. Between the target 15 and the substrates 14, an annular sector-shaped magnetic field is generated whose field lines extend perpendicularly from the target surface to perpendicular to the substrate surface. The magnetic fields are generated by means of hollow-cylindrical magnet coils 40 arranged directly in front of the target 15 and immediately in front of the substrates 14 and thorax-sector-shaped magnet coils 41 arranged arcuately between the target 15 and substrates 14 and additionally by means of a magnetic circuit whose pole shoes 20 are connected to the yoke 21 Current coil 22 behind the target 15 and behind the substrates 14 are arranged. By these arrangements of the target 15 and the substrate 14 to one another, through the coil arrangement and the choice of the coil inside diameter ensures that the ablauerte target surface of the substrate surface to be coated from geometrically-optically not visible, so especially the particulate matter with multiple atomic mass not on the Substrate 14 arrive. In order to avoid wall reflections of particulates which have sloughed off the target 15 in the direction
Substrat 14 sind an den als innere Spulenkörper der Magnetspulen 41 dienenden Rohren nacheinander kreisringförmige Rippen angebracht.Substrate 14 are successively attached to the serving as the inner bobbin of the magnetic coils 41 tubes annular ribs.
Für die Erzeugung des Substratlaserstrahls 13 zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen der abgeschiedenen c-BN-Subschichten wird ein Fluor-Laser mit einer Wellenlänge von 157 nm eingesetzt. Das für diese Wellenlänge transparente Einkoppelfenster 42 für den Substratlaserstrahl 13 besteht aus Kalziumfluorid (CaF2).For the production of the substrate laser beam 13 for the laser-induced reduction of Stresses of the deposited c-BN sublayers employ a fluorine laser with a wavelength of 157 nm. The transparent for this wavelength coupling window 42 for the substrate laser beam 13 consists of calcium fluoride (CaF 2 ).
Nachfolgend werden typische Parameter für die Abscheidung von c-BN Schichten auf ebenen Substraten mit der Vorrichtung nach Fig. 1 und Fig.4 bei einem mittleren TargetThe following are typical parameters for the deposition of c-BN layers on flat substrates with the device of FIG. 1 and FIG. 4 of a middle target
- Substratabstand von 200 mm bei Einsatz eines Magnetfeldes gemäß Fig. 2 mit einer magnetischen Flussdichte von 250 Millitesla angegeben:Substrate distance of 200 mm when using a magnetic field according to FIG. 2 with a magnetic flux density of 250 millitesla:
Einsatz eines KrF-Lasern zur Erzeugung des Targetlaserstrahls - Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ,Use of a KrF laser to generate the target laser beam - laser pulse energy on the target 600 mJ,
- Laserstrahlfluenz auf dem Target 20 bis 40 J/cm2,Laser beam fluence on the target 20 to 40 J / cm 2 ,
- Fokusquerschnitt auf dem Target 1,5 bis 3 mm2,Focus cross section on the target 1.5 to 3 mm 2 ,
- Pulswiederholfrequenz für die c-BN Nukleation 10 bis 30 Hz,- pulse repetition frequency for c-BN nucleation 10 to 30 Hz,
- Pulswiederholfrequenz für das weitere c-BN Schichtwachstum 50 Hz. Einsatz einer Hochfrequenzionenquelle zur Erzeugung des Substrationenstrahls- Pulse repetition frequency for further c-BN layer growth 50 Hz. Use of a high-frequency ion source to generate the substrate beam
- Arbeitsgasgemisch ArZN2 im Verhältnis 2:1,Working gas mixture ArZN 2 in the ratio 2: 1,
- Ionnenergie 700 eV,- ion energy 700 eV,
- Ionenstromdichte für die c-BN Nukleation und für das weitere c-BN Wachstum 570 μA/cm2. Einsatz eines Fluor-Lasers zur Erzeugung des Substratlaserstrahls- Ion current density for c-BN nucleation and for further c-BN growth 570 μA / cm 2 . Use of a fluorine laser for generating the substrate laser beam
- Laserpulsenergie auf der Schicht 8,5 bis 15 mJ,Laser pulse energy on the layer 8.5 to 15 mJ,
- Pulswiederholfrequenz 200 Hz,- pulse repetition frequency 200 Hz,
- Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 75 bis 130 mJ/cm2,Laser beam fluence on the substrate 75 to 130 mJ / cm 2 ,
- Fokusquerschnitt auf dem Substrat 12 mm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat 45 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5 %, Subschichtdicke 50 bis 150 nm, beschichtbare Fläche pro Stunde mit einer 1 μm dicken c-BN Schicht ca. 100 cm2.- Focus cross-section on the substrate 12 mm 2 , Schichtabscheiderate with unmoved substrate 45 nm / min, thickness inhomogeneity with moving substrate less than 5%, Subschichtdicke 50 to 150 nm, coatable surface per hour with a 1 micron thick c-BN layer about 100 cm 2 ,
3. Ausführungsbeispiel3rd embodiment
Die Fig. 16 zeigt eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf die Mantelfläche von größeren Substraten in Zylinderform, zum Beispiel von walzenförmigen Körpern mit Längen bis zu einigen 10 cm und Durchmessern von einigen cm bis zu wenigen 10 cm in einer prinzipiellen Darstellung. Die Vorrichtung entspricht im Wesentlichen der des ersten Ausfuhrungsbeispiels. Der Carrier 8 zur Aufnahme und zum Transport von vorzugsweise zwei Substraten 14 in Zylinderform oder von zwei aus Walzenringen zusammengesetzten Zylindern als Substrate 14 ist ein Gestell in dem die Substrate 14 drehbar gelagert und mittels eines vorzugsweise in den Carrier 8 integrierten Antriebs in Rotation mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit um ihre Symmetrieachse versetzt werden. Die Vorbehandlung des Substrats 14 durch Ionenstrahleinwirkung in der Beschickungs- /Vorbehandlungskammer 4 erfolgt mittels einer Ionenquelle 9, die entweder einen bandförmigen Ionenstrahl über die gesamte Länge eines Substrats 14 liefert oder mittels einer Einbau-Ionenquelle mit kreisförmigem Ionenstrahlquerschnitt, die mit Hilfe einer Verschiebevorrichtung parallel zur Symmetrieachse des rotierenden Substrats 14 gescannt wird. In der Beschichtungskammer 5 sind nacheinander in Transportrichtung des Carriers 8 eine erste Station 43 zur Spannungsreduzierung, eine Targetstation 44 und eine zweite Station 45 zur Spannungsreduzierung angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass gleichzeitig auf einem Substrat 14 eine Subschicht abgeschieden und auf dem anderen Substrat 14 die Spannung der zuvor abgeschiedenen Subschicht reduziert wird. Auf dem Targethalter 11 sind wenigstens drei Targets 15 in Zylinderform drehbar und parallel zu dem sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat 14 gelagert. Das sich in Ablationsposition befindende Target 15 wird mittels eines vorzugsweise in den Targethalter 11 integrierten Antriebs in Rotationen mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel zur Symmetrieachse des sich in Ablationsposition befindenden Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt ein gleichmäßiger Targetabtrag durch Laser- ablation und somit eine homogene Beschichtung des gegenüberliegenden rotierenden Substrats 14. Zwischen dem Target 15 und dem sich in Ablationsposition befindenden Substrat 14 ist eine Blende mit einer der Größe des Substrats 14 angepassten Öffnung angebracht, die den streifenden Einfall von ablatierten Targetteilchen auf die zu beschichtende Mantelfläche des Substrats 14 verhindert. In der Darstellung der Fig. 16 ist diese Blende nicht gezeigt.FIG. 16 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on the lateral surface of larger substrates in cylindrical form, for example of cylindrical bodies with lengths of up to several 10 cm and diameters of a few cm to a few 10 cm in a schematic representation. The device essentially corresponds to that of the first exemplary embodiment. The carrier 8 for receiving and transporting preferably two substrates 14 in cylindrical form or of two cylinders composed of roller rings as substrates 14 is a frame in which the substrates 14 are rotatably mounted and by means of a preferably integrated in the carrier 8 drive in rotation at a predetermined angular velocity be offset about its axis of symmetry. The pretreatment of the substrate 14 by ion beam action in the feed / pretreatment chamber 4 is effected by means of an ion source 9 which either supplies a band-shaped ion beam over the entire length of a substrate 14 or by means of a built-in ion source having a circular ion beam cross-section parallel to it by means of a displacement device Symmetryeachse of the rotating substrate 14 is scanned. In the coating chamber 5, a first station 43 for voltage reduction, a target station 44 and a second station 45 for voltage reduction are successively arranged in the transport direction of the carrier 8. This ensures that a sub-layer is simultaneously deposited on one substrate 14 and the voltage of the previously deposited sub-layer on the other substrate 14 is reduced. On the target holder 11, at least three targets 15 are rotatable in cylindrical form and mounted parallel to the substrate 14 located in the coating position. The target 15 located in the ablation position is set in rotation at a predetermined angular velocity by means of a drive, which is preferably integrated in the target holder 11. Linear scanning of the target laser beam 12 focused on the target surface parallel to the axis of symmetry of the target 15 in ablation position and simultaneous target rotation results in uniform target removal by laser ablation and thus homogeneous coating of the opposing rotating substrate 14. Between the target 15 and in FIG Ablation position located substrate 14, a diaphragm with a size of the substrate 14 adapted opening is attached, which prevents the grazing incidence of ablated target particles on the surface to be coated of the substrate 14 to be coated. In the illustration of FIG. 16, this diaphragm is not shown.
Durch Drehung des Targethalters 11 um einen Winkel von 360 Grad geteilt durch die Zahl der angeordneten Targets 15 wird das jeweilige Target 15 in die Ablationsposition positioniert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auf dem Targethalter 11 zwei Targets 15 aus pyrolytischem Graphit und ein Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid befestigt. Das Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid dient zur PLD-Abscheidung einer haftvermittelnden Zwischenschicht auf die Substrate 14.By rotation of the target holder 11 at an angle of 360 degrees divided by the Number of the arranged targets 15, the respective target 15 is positioned in the ablation position. In the present embodiment, two targets 15 made of pyrolytic graphite and a target 15 made of boron or tungsten carbide are attached to the target holder 11. The target 15 made of boron or tungsten carbide is used for the PLD deposition of an adhesion-promoting intermediate layer on the substrates 14.
Zur Spanungsreduzierung der gerade abgeschiedenen Subschicht wird das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat 14 durch Verschieben des Carriers 8 in die erste oder zweite Station 43, 45 zur Spannungsreduzierung gebracht. Durch Linearscann des auf die Substratoberfläche gerichteten Substratlaserstrahls 13 mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt parallel zur Symmetrieachse des Substrats 14 und die gleichzeitige Substratrotation erfolgt eine gleichmäßige Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Subschicht.To reduce the voltage of the just deposited sublayer, the substrate 14 located in the coating position is brought to voltage reduction by moving the carrier 8 into the first or second station 43, 45. By linear scanning of the directed onto the substrate surface substrate laser beam 13 with preferably rectangular cross-section parallel to the axis of symmetry of the substrate 14 and the simultaneous substrate rotation is a uniform reduction in voltage of the deposited sub-layer.
In einer Ausführungsform des dritten Ausführungsbeispiels kann in der Entnahmekam- mer 6 eine Laser-Mikro- oder Laser-Nano-Strukturierung und/oder eine weitereIn one embodiment of the third exemplary embodiment, a laser micro or laser nano structuring and / or a further one may be present in the withdrawal chamber 6
Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch rein thermisches Tempern erfolgen.Voltage reduction of the deposited layers by purely thermal annealing.
4. Ausführungsbeispiel4th embodiment
Die Fig. 17 zeigt eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substraten mit einer ebenen Rechteckform in einer prinzipiellen Darstellung. Die Vorrichtung entspricht im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels. Darüber hinaus sind die Ionenquelle 9, die erste Station 43 zur Spannungsreduzierung, die Targetstation 44 einschließlich des Targethalters 11 und die zweite Station 45 zur Spannungsreduzierung des dritten Ausfuhrungsbeispiels realisiert. Auf dem Carrier 8 sind vorzugsweise zwei Substrathalter 29 jeweils als Platte positioniert. Um eine homogene Vorbehandlung der Substrate 14 zu gewährleisten, werden die Substrathalter 29 in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 durch gesteuerte Verschiebung des Carriers 8 senkrecht zum Ionenstrahl der Ionenquelle 9 als Breitband- Ionenquelle oder senkrecht zur Scannrichtung der Ionenquelle 9 mit kreisförmigem Ionenstrahlquerschnitt bewegt. Um eine homogene Schichtabscheidung und eine homogene Spannungsreduzierung zu gewährleisten, erfolgt in der Beschichtungs- kammer 5 eine zusätzliche gesteuerte Bewegung des Carriers 8 mit den Substraten 14 senkrecht zur Scannrichtung des Targetlaserstrahls 12 und des Substratlaserstrahls 13. Zwischen dem Target 15 und den sich in Ablationsposition befindenden Substrat 14 ist eine Blende mit einer angepassten Öffnung angebracht, die den streifenden Einfall von ablauerten Targetteilchen auf das zu beschichtende Substrat 14 verhindert. Die Blende ist in der Darstellung der Fig. 17 nicht gezeigt.FIG. 17 shows a device for laser pulse deposition (PLD) of ta-C layers on substrates with a flat rectangular shape in a basic representation. The device essentially corresponds to that of the first embodiment. In addition, the ion source 9, the first voltage reduction station 43, the target station 44 including the target holder 11, and the second voltage reduction station 45 of the third embodiment are realized. On the carrier 8 preferably two substrate holders 29 are each positioned as a plate. In order to ensure homogeneous pretreatment of the substrates 14, the substrate holders 29 are moved in the feed / pretreatment chamber 4 by controlled displacement of the carrier 8 perpendicular to the ion beam of the ion source 9 as a broadband ion source or perpendicular to the scanning direction of the ion source 9 with a circular ion beam cross section. In order to ensure a homogeneous layer deposition and a homogeneous stress reduction, in the coating chamber 5 an additional controlled movement of the carrier 8 with the substrates 14 perpendicular to the scanning direction of the target laser beam 12 and the substrate laser beam 13. Between the target 15 and the ablation position in the substrate 14, a diaphragm is fitted with a matching opening, the grazing incidence of ablauerten target particles on the substrate to be coated 14 prevented. The aperture is not shown in the illustration of FIG. 17.
In den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 können auch Targets 15 als rechteckige Platte eingesetzt werden. Dazu ist der Targethalter 11 prismenförmig ausgebildet und die Targets 15 sind auf den Mantelflächen befestigt.In the embodiments 1 to 4 and targets 15 can be used as a rectangular plate. For this purpose, the target holder 11 is prism-shaped and the targets 15 are mounted on the lateral surfaces.
Die Fig. 18 zeigt einen Targethalter 11 für Targets 15 mit einer rechteckigen Plattenform in einer prinzipiellen Darstellung.FIG. 18 shows a target holder 11 for targets 15 with a rectangular plate shape in a basic representation.
Zur Drehung des jeweiligen Targets 15 in die Ablationsposition mittels eines vorhan- denen Antriebs ist der Targethalter 11 um seine Symmetrieachse stufenweise um Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der mit Targets 15 belegten Prismenmantelflächen drehbar ausgebildet. Um einen gleichmäßigen Targetabtrag über die gesamte Targetfläche zu ermöglichen, wird der Targetlaserstrahl 12 zweidimensional flächenhaft, beispielsweise kreisförmig und linear fortschreitend als Mäander oder aneinanderliegende Bänder, über die Targetoberfläche gescannt.To rotate the respective target 15 into the ablation position by means of an existing drive, the target holder 11 is designed to be rotatable about its axis of symmetry in steps of 360 degrees divided by the number of prism lateral surfaces occupied by targets 15. In order to allow a uniform target removal over the entire target surface, the target laser beam 12 is scanned two-dimensionally areally, for example, circular and linear progressively as meanders or adjacent bands, over the target surface.
In einer weiteren Ausführungsform der Ausführungsbeispiele 3 und 4 können sich dieIn a further embodiment of the embodiments 3 and 4, the
Substrate 14 auf einem Carrier 8 in Prismenform befinden.Substrates 14 are on a carrier 8 in prismatic form.
Die Fig. 19 zeigt einen derartigen Carrier 8 in Prismenform mit Substraten 14 in einer prinzipiellen Darstellung.FIG. 19 shows such a carrier 8 in prismatic form with substrates 14 in a basic representation.
Zur Drehung der beispielsweise auf Substrathaltem 29 befestigten Substrate 14 in die Vorbehandlungsposition sowie in die Beschichtungs- und Spannungsreduzierungs- position ist der Carrier 8 mittels eines Antriebs um seine vorzugsweise parallel zur Targetoberfläche gerichteten Symmetrieachse stufenweise um Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der mit Substraten 14 belegten Prismenmantelflächen drehbar. Der Carrier 8 wird des Weiteren senkrecht zur Scannrichtung des Ionenstrahls in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 sowie des Targetlaserstrahls 12 und des Substratlaserstrahls 13 in der Beschichtungskammer 5 mittels einer Transportein- richtung gesteuert verschoben, um eine homogene Vorbehandlung der Substrate 14 sowie eine homogene Schichtabscheidung und eine homogene Spannungsreduzierung zu gewährleisten. Zwischen dem Target 15 und den sich in Ablationsposition befindenden Substraten 14 kann darüber hinaus eine Blende mit angepasster Öffnung angebracht sein, die den streifenden Einfall von ablauerten Targetteilchen auf die zu beschichtende Substrate 14 verhindert.To rotate the substrate 14, for example, fixed to substrate holder 29 in the pretreatment position and in the coating and Spannungsreduzierungs- position of the carrier 8 by means of a drive about its preferably parallel to the target surface symmetry axis gradually by angles of 360 degrees divided by the number of substrates 14 occupied prism shell surfaces rotatable. The carrier 8 is further perpendicular to the scanning direction of the ion beam in the feed / pretreatment chamber 4 and the target laser beam 12 and the substrate laser beam 13 in the coating chamber 5 by means of a transport Directed controlled direction to ensure a homogeneous pretreatment of the substrates 14 and a homogeneous layer deposition and a homogeneous voltage reduction. Between the target 15 and the substrates 14 located in the ablation position, an aperture with a suitable opening can furthermore be attached, which prevents the grazing incidence of leached target particles on the substrates 14 to be coated.
In einer weiteren Ausfülirungsform der Vorrichtung kann das Target 15 in Zylinder- form, in Plattenform oder in Kegelstumpfform auch im Innenraum des Substrats 14 angeordnet sein. Das Substrat 14 ist beispielsweise ein Hohlzylinder, dessen Innenfläche mit einer abzuscheidenden Schicht zu versehen ist.In a further embodiment of the device, the target 15 can also be arranged in cylindrical form, in the form of a plate or in the form of a truncated cone in the interior of the substrate 14. The substrate 14 is, for example, a hollow cylinder whose inner surface is to be provided with a layer to be deposited.
Die Fig. 20 zeigt eine Anordnung zur Innenbeschichtung von hohlzylinderförmigen Körpern als Substrate 14 größerer Abmessungen in einer prinzipiellen Darstellung. Die Targets 15 in Zylinderform sind auf dem Targethalter 11 drehbar gelagert. Das zu ablatierende Target 15 wird mittels eines in den Targethalter 11 integrierten Antriebs axial und parallel zur Symmetrieachse des Substrats 14 in die Ablationsposition verschoben und in Rotationen mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel zur Symmetrieachse des Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt ein gleichmäßiger Targetabtrag durch Laserablation. Durch gleichzeitige Rotation des auf dem drehbaren Substrathalter 29 befestigten Substrats 14 um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit und gesteuerte axiale Relativbewegung zwischen Target 15 und Substrat 14 werden Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen Dickengradient in axialer Richtung abgeschieden. Der Substratlaserstrahl 13 zur Spannungsreduzierung der gerade abgeschiedenen Subschicht kann gleichzeitig auf die, der sich in Beschichtungsposition befindenden Substratfläche, gegenüber liegende beschichtete Innenfläche des Substrats 14 gerichtet werden. Die hohlzylinderförmigen, auf dem drehbaren Substrathalter 29 befestigten Substrate 14 können bei- Spiels weise auf einem scheibenringförmigen Carrier gemäß Ausführungsbeispiel 1 oder einem als Gestell ausgebildeten Carrier gemäß Ausführungsbeispiel 3 und 4 positioniert werden. Die Fig. 21 bis 24 zeigen eine weitere Anordnung zur Innenbeschichtung von langen hohlzylinderförmigen Körpern als Substrate 14 mit größerer Abmessungen in einer prinzipiellen Darstellung.20 shows an arrangement for the inner coating of hollow cylindrical bodies as substrates 14 of larger dimensions in a schematic representation. The targets 15 in cylindrical form are rotatably mounted on the target holder 11. The target 15 to be ablated is displaced axially and parallel to the axis of symmetry of the substrate 14 into the ablation position by means of a drive integrated in the target holder 11 and displaced in rotations at a predetermined angular velocity. By linear scanning of the focused on the target surface target laser beam 12 parallel to the axis of symmetry of the target 15 and the simultaneous Tarwidotation a uniform target removal by laser ablation. By simultaneous rotation of the mounted on the rotatable substrate holder 29 substrate 14 about its axis of symmetry at a predetermined angular velocity and controlled axial relative movement between the target 15 and substrate 14 layers are deposited with a homogeneous thickness or with a predetermined thickness gradient in the axial direction. The substrate laser beam 13 for reducing the voltage of the sub-layer just deposited may be simultaneously directed to the coated inner surface of the substrate 14 opposite the substrate surface located in the coating position. The hollow cylindrical substrates 14 mounted on the rotatable substrate holder 29 can be positioned on a disc-shaped carrier according to Embodiment 1 or a carrier configured as a frame according to Embodiments 3 and 4, for example. 21 to 24 show a further arrangement for the inner coating of long hollow cylindrical bodies as substrates 14 with larger dimensions in a schematic representation.
In Fig. 21 sind zwei Targets 15 in Plattenform auf einem keilförmigen Targethalter 11 mit einem Keilöffnungswinkel α im Bereich von vorzugsweise 40 bis 60 Grad befestigt. Durch mäanderförmigen oder spiralförmigen Scann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 über die Targetoberfläche erfolgt ein gleichmäßiger Targetabtrag durch Laserablation. Durch gleichzeitige Rotation des auf dem drehbaren Substrathalter 29 befestigten hohlzylinderförmigen Substrats 14 um seine Symmetrie- achse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit und gesteuerte axiale Relativbewegung zwischen Target 15 und Substrat 14 werden Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen Dickengradient in axialer Richtung abgeschieden. Durch Drehung des Targethalters 11 um einen Winkel von 180 Grad um seine Symmetrieachse kann jedes der beiden Targets in die Ablationsposition gebracht werden. Die hohlzylinder- förmige Blende 31, welche den Targethalter 11 mit den Targets 15 umgibt, wird synchron mit dem Laserstrahlscann über das Target bewegt, damit nur vom Target abla- tierte durch die Blendenöffnung gelangende und nahezu senkecht auf die Oberfläche des Substrats 14 auftreffende Teilchen 47 die Schichtbildung bewirken. An Stelle des keilförmigen Targethalters 11 mit zwei plattenförmigen Targets können alternativ auch die in Fig. 22 dargestellte scheibenförmige Targethalter 11 mit einem daran befestigten kegelstumpfförmigen Target 15 oder die in Fig. 23 dargestellte kegel- stumpfförmige Targethalterung mit einem daran befestigten kegelstumpfmantel- förmigen Target 15 eingesetzt werden. Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel und senkrecht zur Symmetrieachse des Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt dann eine gleichmäßiger Targetabtrag durch Laserablation.In Fig. 21, two targets 15 are fixed in a plate shape on a wedge-shaped target holder 11 having a wedge opening angle α in the range of preferably 40 to 60 degrees. A meander-shaped or spiral-shaped scan of the target laser beam 12 focused on the target surface over the target surface results in a uniform target removal by laser ablation. By simultaneous rotation of the hollow cylindrical substrate 14 fastened on the rotatable substrate holder 29 about its axis of symmetry at a given angular velocity and controlled relative axial movement between the target 15 and the substrate 14, layers with a homogeneous thickness or with a predetermined thickness gradient are deposited in the axial direction. By rotating the target holder 11 through an angle of 180 degrees about its axis of symmetry, each of the two targets can be brought into the ablation position. The hollow-cylindrical aperture 31, which surrounds the target holder 11 with the targets 15, is moved synchronously with the laser beam scan over the target, so that only particles ablated from the target and passing through the aperture and almost perpendicular to the surface of the substrate 14 are hit effect the layer formation. Instead of the wedge-shaped target holder 11 with two plate-shaped targets, the disc-shaped target holder 11 shown in FIG. 22 may alternatively be used with a frustoconical target 15 attached thereto or the frusto-conical target holder shown in FIG. 23 with a frustoconical target 15 attached thereto become. Linear scanning of the target laser beam 12 focused on the target surface parallel and perpendicular to the axis of symmetry of the target 15 and the simultaneous target rotation then results in uniform target removal by laser ablation.
Der Substratlaserstrahl 13 zur Spannungsreduzierung der gerade abgeschiedenen Sub- schicht wird, wie in Fig. 24 dargestellt ist, mittels eines 90 Grad Umlenkspiegels 47, der an der Spiegelhalterung 48 befestigt ist, vorzugsweise senkrecht auf die Subschicht der beschichteten Innenfläche des hohlzylinderförmigen Substrats 14 gerichtet. Durch gesteuerte axiale Verschiebung der Spiegelhalterung 48 mit dem Umlenkspiegel 47 und gleichzeitige Rotation des auf dem drehbaren Substrathalter 29 befestigten hohlzylinder- förmigen Substrats 14 um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit wird bei vorgegebenen Laserstrahlparametern eine vorgegebene Spannungsreduzierung über die gesamte Fläche der abgeschiedenen Subschicht erreicht.As shown in FIG. 24, the substrate laser beam 13 for reducing the voltage of the newly deposited sublayer is preferably directed perpendicular to the sublayer of the coated inner surface of the hollow cylindrical substrate 14 by means of a 90 degree deflection mirror 47 attached to the mirror support 48. By controlled axial displacement of the mirror holder 48 with the deflecting mirror 47 and simultaneous rotation of the attached on the rotatable substrate holder 29 hollow cylinder shaped substrate 14 about its axis of symmetry at a predetermined angular velocity at predetermined laser beam parameters, a predetermined voltage reduction over the entire surface of the deposited sub-layer is achieved.
Mehrere drehbare Substrathalter 29 mit den hohlzylinderförmigen Substraten 14 können beispielsweise in einem als Gestell ausgebildeten Carrier 8 gemäß Ausfuhrungsbeispiel 3 positioniert werden, der wenigstens eine Antriebseinheit für die Rotation der Substrathalter 29 mit dem Substrat 14 um ihre Symmetrieachse besitzt (auch Darstellung der Fig. 16). Wenigstens ein Targethalter 11 mit einem Target 15 ist an einer Bewegungsvorrichtung zum Linearscann und zur Rotation des Targethalters 11 mit dem Target 15 befestigt, die vorzugsweise an der vorderen senkrechten Wand der Beschichtungskammer 5 so angebracht ist, dass eines der in der Beschichtungskammer 5 im Carrier 8 positionierten, sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 beschichtet werden kann (entspre- chend der Darstellung der Fig. 21).A plurality of rotatable substrate holders 29 with the hollow cylindrical substrates 14 can be positioned, for example, in a carrier 8 designed as a frame according to exemplary embodiment 3, which has at least one drive unit for rotating the substrate holder 29 with the substrate 14 around its axis of symmetry (also shown in FIG. 16). , At least one target holder 11 with a target 15 is attached to a moving device for linear scanning and rotation of the target holder 11 with the target 15, which is preferably attached to the front vertical wall of the coating chamber 5 so that one of the in the coating chamber 5 in the carrier. 8 positioned, located in coating position substrates 14 can be coated (as shown in FIG. 21).
Wenigstens eine Spiegelhalterung 48 mit dem Umlenkspiegel 47 ist an einer Bewegungsvorrichtung zum Linearscann der Spiegelhalterung 48 mit dem Umlenkspiegel 47 befestigt, die vorzugsweise an der vorderen senkrechten Wand der Beschichtungskammer 5 so angebracht ist, dass die Spannung der vorher abgeschiedenen Subschicht eines der in der Beschichtungskammer 5 im Carrier 8 positionierten, sich nicht in Beschichtungsposition sondern in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substrats 14 reduziert werden kann (entsprechend der Darstellung der Fig. 24). Sowohl der Targetlaserstrahl 12 als auch der Substratlaserstrahl 13 werden durch hochvakuumdicht angeflanschte Einkoppelfenster in der der Bewegungsvorrichtungs- befestigungen für den Targethalter 11 und die Spiegelhalterung 48 gegenüberliegenden senkrechten Wand der Beschichtungskammer 5 in die Beschichtungskammer 5 eingekoppelt und auf das Target 15 (entsprechend der Darstellung der Fig. 21) oder auf den Umlenkspiegel 47 gerichtet (entsprechend der Darstellung der Fig. 24). Die Fokussierund Bewegungsvorrichtungen für den Targetlaserstrahl 12 und den Substratlaserstrahl 13 sind außerhalb der Beschichtungskammer 5 angebracht.At least one mirror mount 48 with the deflecting mirror 47 is attached to a moving device for linear scanning of the mirror mount 48 with the deflecting mirror 47, which is preferably attached to the front vertical wall of the coating chamber 5 such that the tension of the previously deposited sublayer is one of those in the coating chamber 5 can be reduced in the carrier 8 positioned, not in the coating position but in voltage reduction position located substrate 14 (as shown in FIG. 24). Both the target laser beam 12 and the substrate laser beam 13 are coupled into the coating chamber 5 by coupling windows flanged high vacuum-tight in the coating chamber 5 opposite the movement device fastenings for the target holder 11 and the mirror holder 48, and onto the target 15 (corresponding to the representation of FIG 21) or directed to the deflection mirror 47 (as shown in Fig. 24). The focusing and moving devices for the target laser beam 12 and the substrate laser beam 13 are mounted outside the coating chamber 5.
Die Vorbehandlung des Substrats 14 durch lonenstrahleinwirkung kann gemäß Ausführungsbeispiel 3 in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 erfolgen (entsprechend der Darstellung der Fig. 16).The pretreatment of the substrate 14 by ion beam exposure can be carried out according to Embodiment 3 in the charging / pretreatment chamber 4 (corresponding to FIG the illustration of FIG. 16).
Die Fig. 25 zeigt eine Anordnung einer Ionenquelle 9, die einen Ionenstrahl mit vorzugsweise rechteckigem bandförmigen Querschnitt liefert, an einer Ionenquellenhal- terung 32 innerhalb eines hohlzylinderförmigen Substrats 14. Die Zuleitungen für die Strom-, Spannungs- und Gasversorgung sowie die Kühlung der Ionenquelle 9 erfolgen über die Ionenquellenhalterung 32. Diese ist an einer Bewegungsvorrichtung angebracht und an einer senkrechten Wand der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer angeflanscht. Durch gesteuerte axiale Verschiebung der Ionenquellenhalterung 32 mit der Ionenquelle 9 und gleichzeitige Rotation des auf dem drehbaren Substrathalter 29 befestigten hohlzylinderförmigen Substrats 14 um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit wird bei vorgegebenen Ionenstrahlparametern eine gleichmäßige Vorbehandlung über die gesamte zu beschichtende Fläche des Substrats 14 erreicht. Die hohlzylinderförmige Blende 31 , welche die Ionenquelle 9 umgibt und eine spalt- förmige Öffnung für den Ionenstrahl besitzt, ist an der Ionenquelle 9 befestigt, wird somit synchron mit der Ionenquelle 9 bewegt und verhindert, dass die während der Vorbehandlung abgestäubten Teilchen nicht wieder auf die zu beschichtende Substratfläche gelangen.FIG. 25 shows an arrangement of an ion source 9, which supplies an ion beam with a preferably rectangular band-shaped cross section, to an ion source holder 32 within a hollow cylindrical substrate 14. The supply lines for the power, voltage and gas supply and the cooling of the ion source 9 via the ion source holder 32. This is attached to a moving device and flanged to a vertical wall of the feed / pre-treatment chamber. By controlled axial displacement of the ion source holder 32 with the ion source 9 and simultaneous rotation of the hollow cylindrical substrate 14 mounted on the rotatable substrate holder 29 about its axis of symmetry at a predetermined angular velocity uniform pre-treatment over the entire surface to be coated of the substrate 14 is achieved at given ion beam parameters. The hollow cylindrical aperture 31, which surrounds the ion source 9 and has a gap-shaped opening for the ion beam, is fixed to the ion source 9, thus moved in synchronism with the ion source 9 and prevents the particles sputtered during the pretreatment from reverting to the ion source 9 get to be coated substrate surface.
In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann das Target 15 als Hohlzylin- der auch das Substrat 14 umgeben. Durch die Anordnung von mehreren Targets 15 in einem vorgegebenen Abstand und Einsatz von mehreren Target- 12 und Substratlaserstrahlen 13 können damit vorteilhafterweise lange Substrate 14 beschichtet werden. Die Fig. 26 zeigt eine Carrier-, Substrat- und Targetanordnung zur Beschichtung von Mantelflächen von Substraten 14 als lange Zylinder in einer prinzipiellen Darstellung. Das Substrat 14 ist drehbar und axial verschiebbar gelagert. Die Targets 15 als Hohl- zylinder sind nacheinander in einem vorgegebenen Abstand mit ihren Symmetrieachsen parallel zueinander und parallel zur Symmetrieachse des Substrats 14 angeordnet und umgeben das Substrat 14 vorzugsweise radialsymmetrisch. Jedes Target 15 wird mittels eines in der Aufhängung 46 des Targethalters 11 integrierten Antriebs in Rotationen mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel zur Symmetrieachse des Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt ein gleichmäßiger Abtrag der Target- innenfläche durch Laserablation. Durch gleichzeitige Rotation des Substrats 14 um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit und gesteuerte axiale hin und her Verschiebung des Substrats 14 relativ zu den Targets 15 werden Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen Dickengradient in axialer Richtung abgeschieden. Die Substratlaserstrahlen 13 zur Spannungsreduzierung werden vor, zwischen und nach den Targethaltern 11 auf die Oberfläche des Substrats 14 gerichtet, so dass während der gesteuerten axialen hin und her Verschiebung des Substrats 14 abschnittsweise eine alternierende Abscheidung von Subschichten und nachfolgende Spannungsreduzierung erfolgt.In a further embodiment of the device, the target 15 as a hollow cylinder can also surround the substrate 14. By arranging a plurality of targets 15 at a predetermined distance and using a plurality of target 12 and substrate laser beams 13, advantageously long substrates 14 can thus be coated. FIG. 26 shows a carrier, substrate and target arrangement for coating lateral surfaces of substrates 14 as long cylinders in a basic representation. The substrate 14 is rotatably and axially displaceably mounted. The targets 15 as hollow cylinders are arranged one after another at a predetermined distance with their axes of symmetry parallel to one another and parallel to the axis of symmetry of the substrate 14 and preferably surround the substrate 14 radially symmetrically. Each target 15 is rotated by means of a drive integrated in the suspension 46 of the target holder 11 in rotations at a predetermined angular velocity. By linear scanning of the focused on the target surface target laser beam 12 parallel to the axis of symmetry of the target 15 and the simultaneous tarot rotation, a uniform ablation of the target inner surface by laser ablation takes place. By simultaneous rotation of the substrate 14 about its axis of symmetry at a predetermined angular velocity and controlled axial back and forth displacement of the substrate 14 relative to the targets 15 layers are deposited with a homogeneous thickness or with a predetermined Dickengradient in the axial direction. The substrate laser beams 13 for voltage reduction are directed before, between and after the target holders 11 on the surface of the substrate 14, so that during the controlled axial back and forth displacement of the substrate 14 in sections, an alternating deposition of sub-layers and subsequent voltage reduction takes place.
Die Vorrichtungen der Ausfuhrungsbeispiele können auch zur produktiven Laserpuls- abscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN- Schichten) auf Substrate genutzt werden, wenn an Stelle der Targets aus Graphit Targets aus hexagonalem Bornitrid eingesetzt werden und während des Schichtabscheideprozesses gleichzeitig ein Substrationenstrahl, der wenigstens anteilig Stickstoffionen enthält, auf die aufwachsende Schichtoberfläche gerichtet wird. The devices of the exemplary embodiments can also be used for productive laser pulse deposition (PLD) of cubic boron nitride layers (c-BN layers) on substrates, if targets of hexagonal boron nitride are used instead of the targets of graphite and simultaneously a substrate beam during the Schichtabscheideprozesses, containing at least a proportion of nitrogen ions, is directed to the growing layer surface.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens eine Beschickungs-/Vorbehandlungskammer (4), eine Beschichtungskammer (5) und eine Entnahmekammer (6) nacheinander angeordnet, jeweils über eine Einrichtung zur Vakuumerzeugung separat evakuierbar sowie separat belüftbar und durch Vakuumschleusen (10) voneinander getrennt sind, so dass jeweils wenigstens ein Carrier (8) mit mindestens einem Substrathalter (29) zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat (14) mittels der Transportvorrichtung bei geöffneter Vakuumschleuse (10) von Kammer zu Kammer bewegbar ist, dass in der Beschickungs-A^orbehandlungskammer (4) entweder wenigstens eine Ionenquelle (9) zur Ionenstrahlvorbehandlung des Substrats (14) oder wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas zur Plasmavorbehandlung des Substrats (14) angeordnet ist, dass wenigstens eine Targetstation (44) bestehend aus wenigstens einem Targethalter (11) mit mindestens einem Target (15) in einem vorgegebenem Abstand zu den sich auf dem Carrier (8) in der Beschichtungsposition befindenden Substrat (14) in der Beschichtungskammer (5) und aus wenigstens einem Laser (1) mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen des Laserstrahles als Targetlaserstrahl (12) außerhalb der Beschichtungskammer (5) sowie eine Einrichtung zur Einkopplung des Targetlaserstrahls (12) in die Beschichtungskammer (5) so angeordnet ist, dass der Targetlaserstrahl (12) auf das sich in Ablationsposition befindende Target (15) gelangt, wobei der Targetlaserstrahl (12) unter einem vorgegebenen Einfallswinkel von kleiner 70 Grad auf die Targetoberfläche gerichtet ist und das sich in Ablationsposition befindende Target (15) und das sich auf dem Carrier (8) in Beschichtungsposition befindende Substrat (14) zueinander so angeordnet sind und relativ so zueinander bewegt werden, dass der vom Target (15) ablauerte, schichtbildende Teilchenstrom senkrecht oder weitestgehend senkrecht, jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad, auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Subschichten mit homogener und vorgegebener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden, dass wenigstens eine Spannungsreduzierungsstation zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen von abgeschiedenen Subschichten vorgegebener Dicke auf dem sich in Spannungsreduzierungsposition auf dem Carrier (8) befindendem Substrat (14) in der Beschichtungskammer (5) bestehend aus wenigstens einem Laser (2) mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen des Laserstrahles als Substratlaserstrahl (13) außerhalb der Beschichtungskammer (5) sowie eine Einrichtung zur Einkopplung des Substratlaserstrahls (13) in die Beschichtungskammer (5) so angeordnet ist, dass der Substratlaserstrahl (13) mit vorgegebenem Querschnitt auf die Oberfläche des beschichteten Substrats (14) gerichtet ist, wobei das sich auf dem Carrier (8) in Spannungsreduzierungsposition befindende Substrat (14) so angeordnet und das Substrat (14) sowie der Substratlaserstrahl (13) relativ zueinander so bewegt werden, dass die inneren Spannungen von Subschichten vorgegebener Dicke über die gesamte Subschichtfläche und die gesamte Subschichtdicke homogen oder mit vorgegebenem Gradienten lateral über die Subschichtfläche und über die Subschichtdicke reduziert werden, so dass die Abscheidung von Subschichten und die Spannungsreduzierung von Subschichten alternierend bis zum Erreichen der vorgegebenen Gesamtschichtdicke erfolgt, und dass die Bestandteile der Vorrichtung mit einem Datenverarbeitungssystem gekoppelt sind, so dass der Transport der Carrier (8) und eine vorgegebene Variation aller Parameter für den Vorbehandlungs-, für den Beschichtungs- und den Spannungsreduzierungsprozess gesteuert erfolgt.A device for laser pulse deposition (PLD) of layers, preferably of diamond-like carbon layers (DLC layers) with predominantly tetrahedral bonds (ta-C layers) and cubic boron nitride layers (c-BN layers), on substrates with means for generating vacuum, with at least one Device for ion beam or plasma generation, comprising lasers with devices for guiding, shaping, focusing and scanning laser beams and with at least one transport device for at least one carrier, characterized in that in each case at least one feed / pretreatment chamber (4), a coating chamber ( 5) and a removal chamber (6) arranged in succession, each separately via a device for vacuum generation evacuated and separately ventilated and separated by vacuum locks (10), so that in each case at least one carrier (8) with at least one substrate holder (29) for receiving from at least one substrate (14) is movable from chamber to chamber by means of the transport device with the vacuum lock (10) open, that in the feed treatment chamber (4) either at least one ion source (9) for ion beam pretreatment of the substrate (14) or at least one device for generating a plasma for plasma pretreatment of the substrate (14) is arranged, that at least one target station (44) consisting of at least one target holder (11) with at least one target (15) at a predetermined distance to the on the carrier (8) in the coating position substrate (14) in the coating chamber (5) and at least one laser (1) with devices for guiding, shaping, focusing and scanning the laser beam as a target laser beam (12) outside the coating chamber (5) and means for coupling the target laser beam (12) in the coating chamber (5) is arranged so that the target laser beam (12) in the Ablati Onsposition located target (15) passes, wherein the target laser beam (12) is directed at a predetermined angle of incidence of less than 70 degrees to the target surface and located in Ablationsposition target (15) and on the carrier (8) in the coating position located substrate (14) are arranged to each other so and are moved relative to each other such that the layer-forming particle stream, which has sloughed off from the target (15), impinges on the respective substrate or growing layer surface perpendicularly or substantially perpendicularly, but not at an angle of incidence of greater than 60 degrees, and with homogeneous and predetermined thicknesses or sublayers with a predetermined lateral thickness gradient, in that at least one stress reduction station for laser-induced reduction of the stresses of deposited sublayers of predetermined thickness on the substrate (14) located in the stress reduction position on the carrier (8) in the coating chamber (5) consists of at least one laser ( 2) with devices for guiding, shaping, focusing and scanning the laser beam as a substrate laser beam (13) outside the coating chamber (5) and a device for coupling the substrate laser beam (13) in the coating chamber (5) is arranged in that the substrate laser beam (13) with a predetermined cross section is directed onto the surface of the coated substrate (14), the substrate (14) located in the voltage reduction position on the carrier (8) being arranged and the substrate (14) and the substrate laser beam ( 13) are moved relative to one another such that the internal stresses of sublayers of predetermined thickness over the entire sublayer area and the entire sublayer thickness are reduced laterally or homogeneously over the sublayer area and over the sublayer thickness such that the deposition of sublayers and the stress reduction of Sublayers alternately until reaching the predetermined total layer thickness, and that the components of the device are coupled to a data processing system, so that the transport of the carrier (8) and a predetermined variation of all parameters for the pretreatment, for the coating and the Spannungsr Eduction process controlled.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Carrier (8) als Träger des mindestens einen Substrathalters (29) und des wenigstens einen Substrats (14) die Form einer Scheibe, eines Scheibenrings, einer Platte, eines Gestells oder eines Prismas besitzt und dass der Carrier (8) wenigstens in der Beschichtungskammer (5) zur Realisierung einer vorgegebenen lateralen Relativbewegung des Substrats (14) vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) mit wenigstens einem Antrieb gekoppelt ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the carrier (8) as a carrier of the at least one substrate holder (29) and the at least one substrate (14) has the shape of a disc, a disc ring, a plate, a frame or a prism and that the carrier (8) at least in the coating chamber (5) for Realization of a predetermined lateral relative movement of the substrate (14) is preferably coupled to at least one drive parallel to the surface of the located in ablation position target (15).
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Carrier (8) als Scheibe oder Scheibenring ausgebildet und zur Realisierung entweder einer kontinuierlichen Rotation mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit oder stufenweisen Drehung um vorgegebene Winkel um seine Symmetrieachse mit wenigstens einem weiteren Antrieb gekoppelt ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier (8) is formed as a disc or disc ring and coupled to realize either a continuous rotation at a predetermined angular velocity or stepwise rotation by a predetermined angle about its axis of symmetry with at least one further drive.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Carrier (8) als Prisma so angeordnet und mit einem Antrieb so gekoppelt ist, dass dieses um seine vorzugsweise parallel zur Targetoberfläche gerichteten Symmetrieachse stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der mit Substraten (14) belegten Prismenmantelflächen drehbar ist.4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier (8) is arranged as a prism and coupled to a drive so that this about its preferably parallel to the target surface symmetry axis gradually by predetermined angle corresponding to the number of substrates (14) occupied prism shell surfaces is rotatable.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Carrier (8) wenigstens eine Bewegungsvorrichtung für den Substrathalter (29) so integriert ist, dass das Substrat (14) um seine Symmetrieachse oder um sein Symmetriezentrum mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit rotiert und/oder zyklisch über einen vorgegeben Winkelbereich zur Targetoberfläche geneigt wird.5. The device according to claim 2, characterized in that in the carrier (8) at least one moving device for the substrate holder (29) is integrated so that the substrate (14) rotates about its axis of symmetry or about its center of symmetry with a predetermined angular velocity and / or is tilted cyclically over a predetermined angular range to the target surface.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) scheibenförmig oder scheibenringförmig ausgebildet ist und mehrere kreisförmig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von vorzugsweise scheibenförmigen Targets (15) oder von radial oder tangential auf dem Targethalter (11) angeordneten Targets (15) in Zylinderform aus einem Targetmaterial oder verschiedenartigen Targetmaterialien und eine Vorrichtung zur stufenweisen Rotation des Targethalters (11) um seine Symmetrieachse um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targets (15) besitzt.6. The device according to claim 1, characterized in that the target holder (11) is disc-shaped or disc-ring-shaped and a plurality of circularly arranged target holders for receiving and cooling or heating of preferably disc-shaped targets (15) or of radial or tangential on the target holder (11 ) arranged targets (15) in cylindrical form of a target material or different target materials and a device for stepwise rotation of the target holder (11) about its axis of symmetry by predetermined angle has according to the number of targets (15).
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) mindestens eine Vorrichtung zur Rotation des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit besitzt.7. Device according to claim 6, characterized in that the target holder (11) has at least one device for rotating the target located in ablation position (15) about its axis of symmetry with predetermined angular velocity.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) oder wenigstens einzelne Targethalterungen des Targethalters (11) so ausgebildet sind, dass die Targetoberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) parallel oder unter einem vorgegebenen einstellbaren Winkel zur Oberfläche des sich in Beschichtungsposition befindenden Substrats (14) gerichtet ist.8. The device according to claim 1, characterized in that the target holder (11) or at least individual target holders of the target holder (11) are formed so that the target surface of the target located in Ablationsposition (15) parallel or at a predetermined adjustable angle to the surface of the coating position substrate (14).
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Targethalter (11) oder mehrere Targethalter (11), vorzugsweise rotationssymmetrisch und prismenförmig angeordnete Targethalter, zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von aus einem Targetmaterial bestehenden Targets (15) in Zylinderform oder von Targets (15) in aus mehreren Segmenten aus verschiedenartigen Targetmaterialien zusammengesetzten Zylinderform und mindestens eine Vorrichtung zur Rotation wenigstens des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit um seine Symmetrieachse Bestandteile der Targetstation sind.9. Device according to claim 1, characterized in that a target holder (11) or a plurality of target holders (11), preferably rotationally symmetrical and prismatic arranged target holder, for receiving and for cooling or heating of a target material targets (15) in cylindrical form or of Targets (15) in a composite of several segments of different target materials cylinder shape and at least one device for rotation of at least the target located in ablation position (15) with predetermined angular velocity about its axis of symmetry components of the target station.
10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Rotation mit jeweils einer Einrichtung zur vorgegebenen Verschiebung der Targetsegmente parallel zur Symmetrieachse des jeweiligen Targets (15) in die Ablationsposition versehen ist. 10. The device according to claim 9, characterized in that the device is provided for rotation with in each case a device for predetermined displacement of the target segments parallel to the axis of symmetry of the respective target (15) in the ablation position.
11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) prismenförmig ausgebildet ist, dass der Targethalter (11) prismenmantelflächenartig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von Targets (15) als ebene Platten besitzt und dass der Targethalter (11) stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targethalterungen drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target (15) und den sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat (14) lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar ist.11. The device according to claim 1, characterized in that the target holder (11) is prism-shaped, that the target holder (11) has prism envelope surface arranged target holders for receiving and cooling or heating of targets (15) as flat plates and that the target holder ( 11) is rotatable in steps by predetermined angles corresponding to the number of target holders and is displaceable in a controlled manner laterally and preferably parallel relative to the substrate surface in order to realize a predetermined relative movement between the target (15) located in the ablation position and the substrate (14) located in the coating position.
12. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) keilförmig ausgebildet ist, dass eine Targethalterung für ein Target (15) als ebene Platte auf wenigstens einer der Keilflächen angeordnet ist, und dass der Targethalter (11) zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target (15) und den sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat (14) lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar ist.12. The device according to claim 1, characterized in that the target holder (11) is wedge-shaped, that a target holder for a target (15) is arranged as a flat plate on at least one of the wedge surfaces, and that the target holder (11) for realizing a predetermined relative movement between the located in ablation position target (15) and located in the coating position substrate (14) laterally and preferably parallel relative to the substrate surface is displaced controlled.
13. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) scheibenförmig oder kegelstumpfförrnig ausgebildet ist und dass der scheibenförmig ausgebildete Targethalter (11) eine Targethalterung zur Aufnahme eines kegelstumpfförmigen Targets (15) besitzt oder dass der kegelstumpfförmig ausgebildete Targethalter eine Targethalterung zur Aufnahme eines kegelstumpfmantelförmigen Targets 15 aufweist und dass der Targethalter (11) um seine Symmetrieachse drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target (15) und den sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat (14) lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar ist. 13. The device according to claim 1, characterized in that the target holder (11) is disk-shaped or frusto-conical and that the disc-shaped target holder (11) has a target holder for receiving a frusto-conical target (15) or that the frusto-conical target holder has a target holder for Receiving a frustoconical target 15 and that the target holder (11) rotatable about its axis of symmetry and for realizing a predetermined relative movement between the located in Ablationsposition target (15) and in the coating position located substrate (14) laterally and preferably parallel relative to the Substrate surface is controlled displaced.
14. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schutzblende für wenigstens ein sich nicht in Ablationsposition befindenden Targets (15) und wenigstens ein sich nicht in Beschichtungsposition befindenden Substrats (14) in der Beschichtungskammer (5) angeordnet ist.14. Device according to claim 1, characterized in that at least one protective screen is arranged in the coating chamber (5) for at least one target (15) not in ablation position and at least one substrate (14) not in coating position.
15. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einkopplung des Targetlaserstrahls (12) auf das sich in Ablationsposition befindende Target (15) aus einem an einem Einkoppelflansch (35) hochvakuumdicht angeflanschten Einkoppelfenster (36) aus einem für die Wellenlänge des Targetlaserstrahls (12) transparenten Material besteht, wobei der Einkoppelflanschquerschnitt und das Einkoppelfenster (36) in ihrer Größe so bemessen sind, dass der Targetlaserstrahl (12) über die gesamte Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) entweder nur linear mit konstanter Geschwindigkeit oder vorgegeben variierter Geschwindigkeit oder zweidimensional flächenhaft gescannt wird und dass die Symmetrieachse des Einkoppelflansches (35) unter einem vorgegebenen Winkel zur Targetoberfläche geneigt ist oder mittels Faltenbalgzwischenstück unter mehreren vorgegebenen Winkeln zur Targetoberfläche neigbar ist.15. The device according to claim 1, characterized in that the means for coupling the target laser beam (12) to the located in Ablationsposition target (15) from a coupling flange (35) high vacuum-tight flanged coupling window (36) from a for the wavelength of Targetlaserstrahls (12) transparent material, wherein the Einkoppelflanschquerschnitt and the coupling window (36) are sized so that the target laser beam (12) over the entire surface of the ablation position target (15) either only linearly at constant speed or given varied speed or two-dimensionally scanned surface and that the axis of symmetry of Einkoppelflansches (35) is inclined at a predetermined angle to the target surface or tiltable by Faltenbalgzwischenstück at several predetermined angles to the target surface.
16. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung bis zur Vermeidung der Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters (36) für den Targetlaserstrahl (12) mit ablatiertem Targetmaterial die Länge des Einkoppelflansches (35) unter Beachtung der erforderlichen Brennweite des außerhalb der Beschichtungskammer (5) angeordneten Objektivs (18) zur Fokussierung des Targetlaserstrahls (12) auf das Target (15) so lang wie möglich ist und/oder zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target (15) und dem Einkoppelfenster (36) eine synchron mit dem Targetlaserstrahlscann und senkrecht zum Targetlaserstrahl (12) bewegbare, nur den Laserstrahl querschnitt freigebende Blende (31) angebracht ist und/oder magnetfelderzeugende Anordnungen zur Ablenkung des ablatierten, ionisierten Targetteilchenstromanteils von der Fensterinnenfläche vorhanden sind. 16. The device according to claim 1 and 15, characterized in that to reduce to avoid occupancy of the inner surface of the coupling window (36) for the target laser beam (12) with ablated target material, the length of the Einkoppelflansches (35), taking into account the required focal length of the outside the coating chamber (5) arranged lens (18) for focusing the target laser beam (12) on the target (15) as long as possible and / or between the located in Ablationsposition target (15) and the coupling window (36) synchronously with the Targetlaserstrahlscann and perpendicular to the target laser beam (12) movable, only the laser beam cross-section releasing aperture (31) is mounted and / or magnetic field generating arrangements for deflecting the ablated, ionized Zielteilchenstromanteils of the window inner surface are present.
17. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einkopplung des Substratlaserstrahls (13) mit vorgegebenem Querschnitt auf die Schichtoberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats (14) aus einem hochvakuumdicht angeflanschten Fenster aus einem für die Wellenlänge des Substratlaserstrahls (13) transparenten Materials besteht, welches in seiner Größe so bemessen, so geformt und so angeordnet ist, dass der Substratlaserstrahl (13) während der Relativbewegung zwischen Substratlaserstrahl (13) und der Oberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats (14), vorzugsweise durch Bewegung des Carriers (8) und/oder des Substrats (14) und/oder durch Scannen des Substratlaserstrahls (13) über die Schichtoberfläche, entweder senkrecht oder unter einem vorgegebenen variierbaren Winkel auf die Schichtoberfläche gerichtet ist.17. The device according to claim 1, characterized in that the means for coupling the substrate laser beam (13) with a predetermined cross section on the layer surface of the located in the relaxation position of the substrate (14) from a high vacuum-tight flanged window from one for the wavelength of the substrate laser beam (13). transparent material sized, shaped and arranged so that the substrate laser beam (13) during relative movement between the substrate laser beam (13) and the surface of the relaxation position substrate (14), preferably by movement of the carrier (8) and / or the substrate (14) and / or by scanning the substrate laser beam (13) over the layer surface, either perpendicular or at a predetermined variable angle to the layer surface is directed.
18. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in und/oder außerhalb der Beschichtungskammer (5) Bestandteile wenigstens einer der in situ Messeinrichtungen zur Ermittlung der Pulsenergie, der Fluenz und der Fluenzverteilung des Target- (12) und des Substratlaserstrahls (13), zur Ermittlung der Schichtabscheiderate und der Schichtdicke, zur Ermittlung der Schichtspannung, zur Ermittlung der Substrat- und Schichtoberflächentemperatur sowie zur Ermittlung der Targetoberflächentemperatur und zur Beurteilung der Schichtqualität angeordnet sind und dass die in situ Messeinrichtung mit dem Datenverarbeitungssystem zusammengeschaltet ist.18. The device according to claim 1, characterized in that both in and / or outside of the coating chamber (5) components of at least one of in situ measuring means for determining the pulse energy, the fluence and the fluence distribution of the target (12) and the substrate laser beam (13 ), for determining the layer deposition rate and the layer thickness, for determining the layer tension, for determining the substrate and layer surface temperature and for determining the target surface temperature and for assessing the layer quality are arranged and that the in situ measuring device is connected to the data processing system.
19. Vorrichtung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur in situ Kontrolle der Pulsenergie, der Fluenz und der Fluenzverteilung der Laserstrahlen Laserleistungs- und Laserpulsenergiemessgeräte sowie Laserstrahlprofilometer und dass zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate, der Schichtdicke, der Dicke der jeweiligen abgeschiedenen Subschicht und der Schichtqualität ein in situ Eilipsometer angeordnet sind. 19. The device according to claim 18, characterized in that for in situ control of the pulse energy, the fluence and the fluence distribution of the laser beam laser power and Laserpulsenergiemessgeräte and laser beam profilers and that for in situ control of the Schichtabscheiderate, the layer thickness, the thickness of the respective deposited sublayer and the layer quality an in situ ellipsometer are arranged.
20. Vorrichtung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Interferenz-Messeinrichtung so angeordnet ist, dass der Laserstrahl (24) vorzugsweise eines Diodenlasers (23), der vom Schichtmaterial nur wenig absorbiert wird, unter einem vorgegebenem, von Null Grad verschiedenen Einfallswinkel auf die aufwachsende Schicht gerichtet und sowohl an der aufwachsenden Schichtoberfläche (25) als auch an der Schicht-Substratgrenzfläche (26) reflektiert wird, wobei die reflektierten Strahlanteile (27) interferieren und die mit zunehmender Schichtdicke entstehenden periodischen Intensitätsschwankungen mit Hilfe eines in Reflexionsrichtung des Laserstrahls (24) angeordneten Fotodetektors (28) registriert und als Messsignal zum Datenverarbeitungssystem geleitet werden.20. The device according to claim 18, characterized in that an optical interference measuring device is arranged so that the laser beam (24), preferably a diode laser (23), which is absorbed by the layer material only slightly below a predetermined angle different from zero degrees is directed onto the growing layer and is reflected both at the growing layer surface (25) and at the layer-substrate interface (26), the reflected beam portions (27) interfering and the periodic intensity variations resulting with increasing layer thickness with the aid of a reflection direction of the laser beam (24) arranged photodetector (28) registered and passed as a measurement signal to the data processing system.
21. Vorrichtung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur in situ Messung der Target-, Substrat- und Schichtoberflächentemperatur vorzugsweise Pyrometer angeordnet sind.21. The device according to claim 18, characterized in that preferably pyrometers are arranged for in situ measurement of the target, substrate and layer surface temperature.
22. Vorrichtung nach Patentanspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur in situ Bestimmung der Schichtspannung während des Beschichtungsprozesses und zur Kontrolle der Spannungsreduzierung während des Spannungsreduzierungsprozesse auf dem Carrier (8) in der Nähe eines Substrats (14) ein nur an einem Ende befestigter Cantilever angebracht ist, dessen während des Beschichtungsprozesses mit zunehmender Dicke der aufwachsenden Subschicht zunehmender Radius der Verbiegung und während des Spannungsreduzierungsprozesses dieser Subschicht wieder abnehmender Radius der Verbiegung ermittelt und ausgewertet wird.22. The device according to claim 18, characterized in that for in situ determination of the layer stress during the coating process and for controlling the voltage reduction during the voltage reduction processes on the carrier (8) in the vicinity of a substrate (14) mounted attached only at one end cantilever is, is determined during the coating process with increasing thickness of the growing sublayer increasing radius of the bending and during the voltage reduction process of this sublayer again decreasing radius of bending and evaluated.
23. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtungskammer (5) mindestens eine Ionenstrahlstation zur Ionenbestrahlung des sich vorzugsweise in oder unmittelbar neben der Beschichtungsposition befindenden Substrats (14) und der Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen superdünnen Schicht mit Ionenstrahlen (Substrationenstrahlen) vorgegebener Masse, Ladung, Energie und Ionenstromdichte angeordnet ist. 23. Device according to claim 1, characterized in that in the coating chamber (5) at least one ion beam station for ion irradiation of preferably located in or immediately adjacent to the coating position substrate (14) and the surface of the respective growing or just deposited super thin layer of ion beams ( Substrate beams) of predetermined mass, charge, energy and ion current density is arranged.
24. Vorrichtung nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenstrahlstation aus einer hochvakuumdicht angeflanschten oder in die Beschichtungskammer (5) eingebauten Ionenquelle (9) und einer Elektronenquelle zur Ladungskompensation sowie einer Energie-, Gasversorgungs- und Kühleinheit besteht, wobei die Ionenstrahlzusammensetzung, die Ionenenergie und die Ionenstromdichte des auf das Substrat (14) und wahlweise auch auf die aufwachsende oder gerade abgeschiedene superdünne Schicht auftreffenden Ionenstrahls vorgegeben eingestellt oder variiert wird und dass der Übergang von der Ionenbestrahlung der Substratoberfläche zur Schichtabscheidung und zur wahlweisen Ionenbestrahlung der aufwachsenden Schicht kontinuierlich ohne zeitliche Unterbrechung und ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgt.24. The device according to claim 23, characterized in that the ion beam station consists of a highly vacuum-tight flanged or in the coating chamber (5) built-in ion source (9) and an electron source for charge compensation and an energy, gas supply and cooling unit, wherein the ion beam composition, the Ion energy and the ion current density of the incident on the substrate (14) and optionally also on the growing or superposed super thin layer ion beam predetermined or varied and that the transition from the ion irradiation of the substrate surface for layer deposition and selective ion irradiation of the growing layer continuously without temporal Interruption and without interruption of the vacuum.
25. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target (15) und dem sich in25. Device according to claim 1, characterized in that between the located in Ablationsposition target (15) and in the
Beschichtungsposition befindenden Substrat (14) Magnetfelder vorhanden sind, deren Magnetfeldlinien vorzugsweise senkrecht von der gerade ablauerten Oberfläche des Targets (15) bis senkrecht auf die gerade beschichtete Oberfläche des Substrats (14) verlaufen, wobei das Target (15) und das Substrat (14) gegenüberliegend mit parallelen oder zueinander unter einem vorgegebenen Winkel geneigten Mittelsenkrechten oder geneigt und zueinander versetzt mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten von wenigstens 90 Grad angeordnet sind.Magnetic fields are present, the magnetic field lines are preferably perpendicular from the surface of the currently tarried surface (15) extend perpendicular to the currently coated surface of the substrate (14), wherein the target (15) and the substrate (14). are arranged opposite to each other with parallel or with each other at a predetermined angle inclined mid-perpendicular or inclined and offset from each other with a predetermined angle between the bisectors of at least 90 degrees.
26. Vorrichtung nach Patentanspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Target (15) und hinter dem Substrat (14) Polschuhe (20) angeordnet sind und dass die Polschuhe (20) über wenigstens ein in der Beschichtungskammer (5) angeordnetes oder durch die Wände der Beschichtungskammer (5) hochvakuumdicht eingeführtes magnetisches Joch (21) mit wenigstens einer Stromspule (22) verbunden sind, so dass die Erzeugung des Magnetfeldes zur Konzentration des ionisierten26. The device according to claim 25, characterized in that behind the target (15) and behind the substrate (14) pole pieces (20) are arranged and that the pole pieces (20) via at least one in the coating chamber (5) arranged or through the Walls of the coating chamber (5) high-vacuum-tight inserted magnetic yoke (21) are connected to at least one current coil (22), so that the generation of the magnetic field to the concentration of the ionized
Targetteilchenstromanteils auf das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat (14) und zur Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablauerten Targetteilchenstrom bei gegenüberliegender Anordnung des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) und des Substrats (14) mittels eines magnetischen Kreises erfolgt.Target particle flow rate on the coating position substrate (14) and increasing the degree of ionization in the trailed target particle stream upon opposing placement of the ablation position target (15) and the substrate (14) by means of a magnetic circuit.
27. Vorrichtung nach Patentanspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Magnetfeldes unmittelbar vor dem Target (15) sowie unmittelbar vor dem Substrat (14) und zwischen Target (15) und Substrat (14) Magnetspulen oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten angeordnet sind.27. The device according to claim 25, characterized in that arranged to generate the magnetic field immediately before the target (15) and immediately in front of the substrate (14) and between the target (15) and substrate (14) magnetic coils or in the axial direction magnetized annular permanent magnet are.
28. Vorrichtung nach Patentanspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten so angeordnet sind, dass zur zusätzlichen Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablauerten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei zueinander versetzter und geneigter Anordnung von Target (15) und Substrat (14) mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten der gerade ablauerten Targetoberfläche und der gerade zu beschichtenden Substratoberfläche von wenigstens 90 Grad ein vorzugsweise ringsektorförmiges Magnetfeld zwischen dem Target (15) und dem Substrat (14) vorhanden ist.28. The device according to claim 25, characterized in that magnetic coils and / or magnetized in the axial direction annular permanent magnets are arranged so that for additional reduction to avoid the installation of ablauerten particles in the growing layer with staggered and inclined arrangement of the target (15 ) and substrate (14) having a predetermined angle between the mid-perpendiculars of the just-baked target surface and the substrate surface being coated of at least 90 degrees, a preferably ring-sector magnetic field is present between the target (15) and the substrate (14).
29. Vorrichtung nach Patentanspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten so angeordnet sind, dass zur zusätzlichen Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablauerten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei gegenüberliegender und vorzugsweise geneigter Anordnung von Target (15) und Substrat (14) ein Magnetfeld in Form wenigstens eines Teils eines sinuswellenförmigen Toms zwischen dem Target (15) und dem Substrat (14) vorhanden ist.29. The device according to claim 25, characterized in that magnetic coils and / or magnetized in the axial direction annular permanent magnets are arranged so that for additional reduction to avoid the installation of ablauerten particulates in the growing layer in opposite and preferably inclined arrangement of target (15 ) and substrate (14), there is a magnetic field in the form of at least a portion of a sinusoidal wave between the target (15) and the substrate (14).
30. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Target (15) und dem Substrat (14) wenigstens eine Blende (31) mit vorgegebener Öffnungsgeometrie so angeordnet ist und so bewegt wird, dass der vom Target (15) ablatierte, schichtbildende Teilchenstrom möglichst senkrecht jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden.30. The device according to claim 1, characterized in that between the target (15) and the substrate (14) at least one aperture (31) having a predetermined opening geometry is arranged and moved so that the ablated from the target (15), layer-forming Particle stream as vertical as possible but not under one Incident angle of greater than 60 degrees to the respective substrate or growing layer surface hits and deposited layers with a homogeneous thickness or with a predetermined lateral Dickengradienten.
31. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmekammer (6) mit einer Oberflächenstrukturierungsstation zur Laser- Mikro- und/oder Laser-Nano- Strukturierung wenigstens der abgeschiedenen Schichten auf das sich in Strukturierungsposition befindende beschichtete Substrat (14) mittels Fokus- oder Maskenproj ektionsverfahren ausgestattet ist.31. The device according to claim 1, characterized in that the removal chamber (6) with a surface structuring station for laser micro- and / or laser nano-structuring of at least the deposited layers on the located in structuring position coated substrate (14) by means of focus or mask projection process.
32. Vorrichtung nach Patentanspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierungsstation aus außerhalb der Entnahmekammer (6) angeordneten wenigstens eines Lasers und Einrichtungen zur Führung, Formung und Fokussierung sowie Fokusnachführung oder Maskenabbildungsebene-Nachführung des Laserstrahls und zur Realisierung einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substratoberfläche sowie einer Einrichtung zur Einkopplung dieses Laserstrahls als Strukturierungslaserstrahl mit vorgegebenem Fokus- oder Maskenabbildungs- Querschnitt auf die Schichtoberfläche sowie wenigstens einer in situ Lagemess- und Justiereinrichtung für das sich in Strukturierungsposition befindende Substrat (14) und Einrichtungen zur Messung und Justierung sowie Nachführung der Fokuslage oder der Maskenabbildungsebene des Strukturierungslaserstrahls relativ und senkrecht zur Schichtoberfläche besteht.32. The apparatus according to claim 31, characterized in that the surface structuring station from outside the removal chamber (6) arranged at least one laser and means for guiding, shaping and focusing and focus tracking or mask image plane tracking of the laser beam and to realize a relative movement between the laser beam and the substrate surface and a device for coupling this laser beam as structuring laser beam with a predetermined focus or mask imaging cross-section on the layer surface and at least one in situ position measuring and adjusting device for the in-structuring position substrate (14) and means for measuring and adjusting and tracking the focus position or the Mask imaging plane of the structuring laser beam is relatively and perpendicular to the layer surface.
33. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmekammer (6) wenigstens eine Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern aufweist.33. The device according to claim 1, characterized in that the removal chamber (6) has at least one station for reducing the voltage of the deposited layers by thermal annealing.
34. Vorrichtung nach Patentanspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern aus einem Strahlungsheizer besteht.34. Device according to claim 33, characterized in that the station for reducing the voltage of the deposited layers by thermal annealing a radiant heater exists.
35. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer (4), die Beschichtungskamraer (5) und die Entnahmekammer (6) zur Aufnahme von mehreren Carrier (8) und entsprechend die Beschickungs-/Vorbehandlungskarnmer (4) für den Einsatz von mehreren Ionenquellen (9) oder Einrichtungen zur Erzeugung eines Plasmas, die Beschichtungskammer (5) für den Einsatz von mehreren Targetstationen, mehreren Spannungsreduzierungsstationen und sowie alle Energieversorgungseinheiten und die Steuereinheiten für einen automatischen Prozessablauf durch einen modularen Aufbau gekennzeichnet und somit erweiterbar sind. 35. The device according to claim 1, characterized in that the loading / pretreatment chamber (4), the coating chamber (5) and the removal chamber (6) for receiving a plurality of carriers (8) and corresponding to the feed / Vorbehandlungskarnmer (4) the use of multiple ion sources (9) or devices for generating a plasma, the coating chamber (5) for the use of multiple target stations, multiple voltage reduction stations and all power supply units and the control units for an automatic process flow are characterized by a modular structure and thus expandable.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101988186A (en) * 2009-08-04 2011-03-23 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 Workpiece vacuum sputtering method and device
DE102013109078A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 Von Ardenne Gmbh Process arrangement and method for operating a process arrangement
CN111929127A (en) * 2020-07-23 2020-11-13 核工业西南物理研究院 Method for diagnosing corrosion deposition of surface wall part of fusion device in situ, real-time and quantitatively
JP2021508786A (en) * 2017-12-22 2021-03-11 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド Ion beam sputtering equipment and method
CN115369364A (en) * 2022-07-29 2022-11-22 松山湖材料实验室 Curved surface film deposition method and device

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011000357A2 (en) 2009-06-30 2011-01-06 Vascotec Gmbh Method and device for the deposition of thin layers, particularly for producing multi-layer coatings, nanolayers, nanostructures and nanocomposites
DE102009031768A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-13 Vascotec Gmbh Deposition of thin layers such as multi-layer coatings, nanolayers, nanostructures and nanocomposites by laser deposition from target materials on a substrate surface, comprises dividing the target into segments with materials
DE102015120252A1 (en) 2015-11-23 2017-05-24 Franz Herbst Process for the deposition of thin layers
DE102016100725A1 (en) * 2016-01-18 2017-07-20 Phitea GmbH Method and device for coating a substrate
DE102016002036B4 (en) 2016-02-17 2018-10-25 Jürgen Fleischfresser Device for distributing fluid flows
DE102021103257A1 (en) 2021-02-11 2022-08-11 Jenoptik Optical Systems Gmbh Device and method for detecting an optical property of a workpiece

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030157271A1 (en) * 2001-01-19 2003-08-21 Duignan Michael T. Method and apparatus for pulse-position synchronization in miniature structures manufacturing processes
DE10319206A1 (en) * 2003-04-25 2004-11-11 Reisse, Günter Methods and devices for reducing stress in thin layers
DE102004057956A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-01 Universität Augsburg Increasing the wear resistance of hard material layers, comprises irradiating the precipitated material in situ with an additional laser

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4417114A1 (en) 1994-05-16 1995-11-23 Fraunhofer Ges Forschung Appts. for particle-selective deposition of thin films
DE20120783U1 (en) 2001-12-21 2002-05-29 Axyntec Duennschichttechnik Gm Plant for the deposition of thin layers

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030157271A1 (en) * 2001-01-19 2003-08-21 Duignan Michael T. Method and apparatus for pulse-position synchronization in miniature structures manufacturing processes
DE10319206A1 (en) * 2003-04-25 2004-11-11 Reisse, Günter Methods and devices for reducing stress in thin layers
DE102004057956A1 (en) * 2004-11-30 2006-06-01 Universität Augsburg Increasing the wear resistance of hard material layers, comprises irradiating the precipitated material in situ with an additional laser

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GÜNTER REISSE ET AL: "Pulsed laser deposition and modification of diamondlike carbon films", APPLIED SURFACE SCIENCE, vol. 127-129, 1998, pages 500 - 506, XP002484406 *
WEISSMANTEL S ET AL: "Preparation of superhard amorphous carbon films with low internal stress", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 188-189, 1 November 2004 (2004-11-01), pages 268 - 273, XP004622220, ISSN: 0257-8972 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101988186A (en) * 2009-08-04 2011-03-23 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 Workpiece vacuum sputtering method and device
CN101988186B (en) * 2009-08-04 2013-08-21 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 Workpiece vacuum sputtering method and device
DE102013109078A1 (en) * 2013-08-22 2015-02-26 Von Ardenne Gmbh Process arrangement and method for operating a process arrangement
JP2021508786A (en) * 2017-12-22 2021-03-11 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド Ion beam sputtering equipment and method
JP7299235B2 (en) 2017-12-22 2023-06-27 インスティテュート オブ ジオロジカル アンド ニュークリア サイエンシズ リミティド Ion beam sputtering apparatus and method
CN111929127A (en) * 2020-07-23 2020-11-13 核工业西南物理研究院 Method for diagnosing corrosion deposition of surface wall part of fusion device in situ, real-time and quantitatively
CN111929127B (en) * 2020-07-23 2023-06-13 核工业西南物理研究院 Method for in-situ real-time quantitative diagnosis of corrosion deposition of fusion device wall part
CN115369364A (en) * 2022-07-29 2022-11-22 松山湖材料实验室 Curved surface film deposition method and device

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