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Patent Searching and Data


Title:
MODULAR DEVICE FOR COATING SURFACES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/038077
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a vacuum chamber for coating items (10) in which a physical vapor deposition method (PVD) is carried out. The aim of the invention is to create a vacuum chamber of the aforementioned kind which can be provided with modular cathodes. For this purpose, the vacuum chamber is provided with a plurality of receiving devices in which a plurality of cathodes each can be arranged. A first receiving device (30) for receiving one or more cathodes (40, 42, 44, 46) is provided substantially in the center of the vacuum chamber (20) and two additional receiving devices (32, 34) for receiving at least one cathode (48, 50, 52, 54) each are provided on the edges of the vacuum chamber (20) in a door-like manner.

Inventors:
CSELLE TIBOR (CH)
JILEK MOJMIR (CZ)
Application Number:
PCT/EP2004/011669
Publication Date:
April 28, 2005
Filing Date:
October 15, 2004
Export Citation:
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Assignee:
PLATIT AG (CH)
PIVOT A S (CZ)
CSELLE TIBOR (CH)
JILEK MOJMIR (CZ)
International Classes:
C23C14/34; H01J37/34; (IPC1-7): C23C14/32
Domestic Patent References:
WO1990002216A11990-03-08
WO2002050864A12002-06-27
Foreign References:
US5750207A1998-05-12
DE4443740A11996-06-13
US20020182448A12002-12-05
Other References:
See also references of EP 1673488A2
Attorney, Agent or Firm:
R.A. EGLI & CO. (Postfach, Zürich, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Modulare Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen (10) in einer Vakuumkammer (20), in der ein physikalisches Abscheideverfahren (PVD) durchgeführt werden kann, wo bei die Vakuumkammer (20), zumindest ein Anodenmittel so wie eine Vielzahl von Aufnahmeeinrichtungen für Katho den (40,42, 44,46, 48,50, 52,54) umfasst, wobei mehrere Lichtbögen zwischen dem zumindest einen Ano denmittel und den Kathoden (40,42, 44,46, 48,50, 52,54) gezündet werden können, wobei eine erste Aufnahmeeinrichtung (30) zur Aufnahme von zumindest einer Kathode (40,42, 44,46) im we sentlichen in der Mitte der Vakuumkammer (20) vorgese hen ist und zumindest eine zweite Aufnahmeeinrichtung (32,34) zur Aufnahme von zumindest einer Kathode (48,50, 52,54) am Rand der Vakuumkammer (20) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aufnahmeeinrichtung (32,34) oder die zwei ten Aufnahmeeinrichtungen (32,34) zur Aufnahme von zumindest einer Kathode (48,50, 52,54) am Rand der Vakuumkammer (20) als abnehmbare und/oder aufklappbare Türen für die Vakuumkammer (20) ausgebildet sind.
2. Modulare Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Aufnahmeeinrichtungen (32,34) zur Aufnahme von jeweils zumindest zwei Kathoden (48,50, 52,54) am Rand der Vakuumkammer (20) als abnehmbare und/oder aufklappbare Türen für die Vakuumkammer (20) ausgebil det sind, vorgesehen sind.
3. Modulare Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aufnahmeeinrichtung (32,34) oder die zweiten Aufnahmeeinrichtungen (32, 34) jeweils zur Aufnahme von zumindest zwei Kathoden (48,50, 52,54) am Rand der Vakuumkammer (20) zur Aufnahme von rotierenden, im wesentlichen senkrecht angeordneten, in etwa zylinderförmig ausgebildeten Ka thoden ausgebildet sind.
4. Modulare Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aufnahmeeinrichtung (32,34) oder die zweiten Aufnahmeeinrichtungen (32, 34) jeweils zur Aufnahme von einer Vielzahl von im we sentlichen übereinander angeordneten Kathoden (48,50, 52,54) am Rand der Vakuumkammer (20) ausgebildet ist, wobei die Kathoden als im wesentlichen horizontal an geordneten, in etwa zylinderförmig ausgebildete, in die Vakuumkammer hineinragende Kathoden ausgebildet sind.
5. Modulare Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte erste Aufnahmeein richtung (30) zur Aufnahme von Kathoden (40,42, 44, 46) in der Mitte der Vakuumkammer (20) zur Aufnahme von wahlweise ein bis vier Kathoden, vorzugsweise von rotierenden, im wesentlichen senkrecht angeordneten, in etwa zylinderförmig ausgebildeten Kathoden ausge bildet ist.
6. System zum Beschichten von Gegenständen (10) in einer Vakuumkammer (20), in der ein physikalisches Abscheideverfahren (PVD) durchgeführt werden kann, mit einer Vakuumkammer (20), zumindest ein Anodenmittel, zumindest einer Kathode (40,42, 44,46, 48,50, 52, 54), einem Substratanordnungsmittel (60) zur Aufnahme von einem oder mehreren zu beschichtenden Gegenständen (10), wobei ein Lichtbogen zwischen dem zumindest ei nen Anodenmittel und der zumindest einen Kathode (40, 42,44, 46,48, 50,52, 54) gezündet werden kann, gekennzeichnet durch eine modulare Kathodenanordnung gemäss der modularen Vor richtung nach Anspruch 1 bis 5.
7. System zum Beschichten von Gegenständen (10) nach An spruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkam mer (20) als das Anodenmittel ausgebildet ist.
8. System zum Beschichten von Gegenständen (10) nach An spruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sub stratanordnungsmittel (60) als Drehkarussell ausgebil det ist, wobei das Drehkarussell um die erste Aufnah meeinrichtung (30) zur Aufnahme von einer oder mehre rer Kathoden (40,42, 44,46) herum ausgebildet ist.
9. System zum Beschichten von Gegenständen (10) nach An spruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehkarus sell so ausgebildet ist, dass auf dem Drehkarussell Drehwagen zur Aufnahme von zu beschichtenden Gegens tänden und/oder zur Aufnahme von Satelliten zur Auf nahme von zu beschichtenden Gegenständen anordenbar sind.
Description:
Modulare Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen, ins- besondere zur modularen, dedizierten Beschichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine modulare Vorrich- tung zur Beschichtung von Oberflächen von Gegenständen (Substraten) durch das physikalische Aufbringen von Materi- al im Vakuum (PVD) mit Hilfe eines Lichtbogens oder mehre- ren Lichtbögen, einschliesslich der Beschichtung mit mehre- ren Schichten auf unterschiedlicher Weise, die im folgenden modulare, dedizierte Beschichtung genannt wird. Des weite- ren betrifft die Erfindung ein System mit einer solchen mo- dularen Vorrichtung.

Schon aus der WO-A-02/50865 ist eine Vorrichtung bekannt, durch die eine Beschichtung auf einem Werkstück durch das Abscheiden von typischerweise zwei in etwa zylindrischen Targets bewirkt wird, wobei dann das Material auf dem Werk- stück niederschlägt und so eine Schicht ausbildet. In der WO-A-02/50865 wird dazu vorgeschlagen, das Target durch ei- ne bestimmte Magnetfeldanordnung so auszubilden, dass ein gerichtetes Materialabdampfen stattfinden kann und so be- stimmte Effekte erzielt werden können.

Aus der EP-A-1357577 ist ein Verfahren dazu bekannt, opti- male Effekte der selektiven Beschichtung durchzuführen.

In der Beschichtungskammer sind dabei ein oder mehrere, im wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Kathoden angeord-

net und mit Hilfe von Magnetquellen wird die Abscheidung des Materials gesteuert. Die Magnetquellen sind dabei vor- zugsweise in den Kathoden angeordnet und die Kathode wird gegenüber der Magnetfeldquelle oder die Magnetfeldquelle gegenüber der Kathode verdreht, um so ein gleichmässiges Abtragen des Materials vom Target zu bewirken. Dieses Mate- rial wird dann auf den Substraten abgeschieden.

In einer solchen Kammer werden dabei üblicherweise Substra- te auf einem Drehteller platziert und-unter Drehung des Tellers-sukzessive beschichtet. Nach dem Stand der Tech- nik ist es bekannt, die Kathode z. B. in die Mitte des Dreh- tellers zu platzieren, um so eine Beschichtung von mehreren Gegenständen in einer Kammer durchführen zu können.

Die beiden vorstehend genannten Patentanmeldungen werden hiermit durch Referenznahme vollumfänglich Inhalt dieser Patentanmeldung.

Eine Anordnung nach der WO-A-02/50865 kann als erfolgreiche Vorrichtung angesehen werden, wenn in etwa stabförmige Ge- genstände beschichtet werden sollen. Für diesen Fall wird man eine entsprechende Beschichtungskammer auswählen. Es hat sich aber herausgestellt, dass eine Beschichtungskam- mer, die für eine Vielfalt von zu beschichtenden Gegenstän- den geeignet sein soll, vielseitiger sein muss.

Es ist also zunächst einmal die Aufgabe der Erfindung, eine variable Beschichtungskammer bzw. eine variable Anordnung von Beschichtungsmitteln anzugeben, die für auch andere zu beschichtende Gegenstände geeignet und damit variabler ist, als nach dem vorbekannten Stand der Technik.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Dabei haben die Massnahmen der Erfindung zu- nächst einmal zur Folge, dass durch die modulare Anordnung eine Vielzahl von Beschichtungssituationen behandelt werden kann.

Die Anordnung dient zur Aufnahme in ein Beschichtungssys- tem, welches ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den ab- hängigen Ansprüchen angegeben.

Ein entsprechendes System zur Lösung des Problems ist in Anspruch 6 beansprucht.

Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den nach- folgenden Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfindungs- gemäss zu verwendenden Verfahrenschritte und die dazugehö- rigen Elemente unterliegen in ihrer Grösse, Formgestaltung, Materialverwendung und technischen Konzeption keinen beson- deren Ausnahmebedingungen, so dass die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstan- des der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- schreibung der dazugehörigen Zeichnungen, in denen-bei- spielhaft-eine modulare Vorrichtung gemäss der vorliegen- den Erfindung erläutert wird.

In den Zeichnungen zeigen : Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer Beschich- tungskammer, in der die Anordnung gemäss der vor- liegenden Erfindung realisiert ist ; Figur 2 ebenfalls eine perspektivische Darstellung des Gegenstandes nach Figur 1 ; Figur 3 eine erste Konfiguration der modularen Anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung in perspektivi- scher Darstellung ; Figur 4 eine zweite Konfiguration der modularen Anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung in perspektivi- scher Darstellung ; Figur 5 die Konfiguration nach Figur 4 von oben ; Figur 6 eine dritte Konfiguration der modularen Anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung in perspektivi- scher Darstellung ; Figur 7 die Konfiguration nach Figur 6 von oben ; Figur 8 eine vierte Konfiguration der modularen Anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung in Darstellung von oben ; Figur 9 eine fünfte Konfiguration der modularen Anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung in Darstellung von oben ;

Figur 10 eine Konfiguration mit horizontalen Kathoden (sechste Konfiguration) in perspektivischer Dar- stellung ; Figur 11 die Konfiguration mit horizontalen Kathoden nach Figur 10 von der Seite ; Figur 12 die Konfiguration mit horizontalen Kathoden nach Figur 10 von oben ; Figur 13 eine Konfiguration gemäss Figur 1, aber mit einer planaren Kathode, (siebte Konfiguration) in per- spektivischer Darstellung ; Figur 14 die Konfiguration nach Figur 13 von der Seite ; Figur 15 eine Kathodenanordnung für das System zur Erfin- dung.

In Figur 1 ist eine Beschichtungsanlage als Gesamtsystem 100 mit der dazu gehörenden Elektronik 200 dargestellt. Das Kernstück des Systems ist die Beschichtungskammer, die- wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich-zwei oder mehre- re türartige Einrichtungen 32,34 an den Seiten aufweist.

In diesen Einrichtungen können Kathoden-zusätzlich zu den bereits aus dem Stand der Technik bekannten, innenliegenden Aufnahmeeinrichtungen für Kathoden-aufgenommen werden und zwar in sehr unterschiedlichen Konfigurationen, von denen einige prinzipiell im nachfolgenden beschrieben werden.

Als erste Konfiguration gibt Figur 3 die Vollkonfiguration für die modulare Anordnung nach dem hier beschriebenen Aus-

führungsbeispiel wieder. In der Kammer 100 mit einer Zu- gangstür 110 ist mittig eine Anordnung mit 4 Rotationska- thoden 40,42, 44,46 ausgebildet. Weiterhin sind an den beschriebenen türartigen Einrichtungen 32,34 an den Seiten jeweils zwei weitere Kathoden 48,50, 52 und 54 unterge- bracht. Um die mittig angeordneten Kathoden herum ist ein drehtellerartiger Substrathalter angeordnet, auf dem eine Vielzahl von Substraten untergebracht ist. Bei der Be- schichtung in dieser Konfiguration sind-aber nicht zwangsläufig-alle Kathoden allenfalls aus dem gleichen Material. In dieser Konfiguration wird dann die höchste Ab- scheidungsrate bzw. die grösste Beschichtungsrate erzielt.

Es sollte nur der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen werden, dass die Rotationskathoden vorzugsweise in der Art betrieben werden, wie sie in dem zitierten Stand der Tech- nik vorgeschlagen wurde, also mit einer Einrichtung zur ge- richteten Ausbildung von Lichtbögen.

Die zweite Konfiguration gemäss Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten, auf den ers- ten Blick nur dadurch, dass neben den vier Kathoden 40,42, 44 und 46-wie gehabt-im Innenbereich jede der beiden Aussenstationen 32 und 34 nur mit jeweils einer Kathode 48 und 52 bestückt sind. Bei dieser Konfiguration werden mit einer hohen Abscheidrate im Innenbereich die Aussenkathoden 48 und 52 für Spezialaufgaben, z. B. zum Ionenätzen oder zum Abscheiden von Alternativschichten, verwendet. Solche Al- ternativschichten können Diamantbeschichtungen sein oder aber z. B. Schmierschichten. Es sollte betont werden, dass die Aussenkathoden gleichzeitig oder auch zeitlich getrennt von den Innenkathoden-oder auch zueinander-betrieben werden können, je nach der speziellen Beschichtungsaufgabe.

Die anderen Merkmale der zweiten Konfiguration entsprechen der ersten.

In der dritten Konfiguration gemäss Fig. 6 und 7 werden nur die beiden Aussenstationen 32 und 34-jeweils mit zwei Ka- thoden-bestückt, um z. B. grosse Teile (Gesenke oder Kreissägeblätter etc. ) von aussen beschichten zu können.

Die Innenstation 30 bleibt in dieser Konfiguration frei.

Die anderen Merkmale der dritten Konfiguration entsprechen der zweiten.

Die vierte Konfiguration gemäss Fig. 8 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten dadurch, dass neben den 4 Kathoden 48,50, 52 und 54 im Aussenbereich auf der Innenstation 30 nur zwei Kathoden vorgesehen sind, nämlich die den Aussenstationen entfernt angeordneten Kathoden 40 und 46. Bei dieser Konfiguration wird die Beeinflussung der Plasmen zwischen den Kathoden der Aussenstationen 32 und 34 und denen der Innenstation 30 ausgeschlossen.

Die fünfte Konfiguration gemäss Fig. 9 unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten dadurch, dass nur zwei Kathoden 48 und 52 im Aussenbereich und auf der Innen- station 30 auch nur zwei Kathoden vorgesehen sind, nämlich die den Aussenstationen entfernt angeordneten Kathoden 40 und 46. Dies ist eine weitere typische Konfiguration für eine Alternativbeschichtung, wobei wiederum die Kathoden der Aussenstationen und der Innenstation typischerweise un- terschiedliche Materialien aufweisen.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Kon- figuration gemäss den Fig. 10 bis 12 besonders gut mit der erfindungsgemässen Anordnung hergestellt und betrieben wer-

den kann. In dieser Konfiguration sind die beiden Aussen- stationen 32 und 34 mit jeweils zwei horizontal angeordne- ten Rotationskathoden bestückt. In diesem Falle werden ho- rizontale Wirkflächen ausgebildet, wie sie z. B. für Bandsä- gen und andere flache Gegenstände nützlich sind. In der vorliegenden Konfiguration werden mit den jeweils zwei Ka- thoden insgesamt vier Flächen beschichtet, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Der besondere Vorteil dieser Konfiguration ist es, dass grosse Durchmesser beladbar sind und eine ho- mogene Beschichtung an der Wirkfläche, z. B. die Freifläche von Bandsägen oder die Stirnfläche von Mold and dies, ohne schädliche Schichtdickenunterschiede ermöglicht werden.

Die siebte Konfiguration gemäss Fig. 13 und 14 unterschei- det sich von der vorstehend beschriebenen ersten dadurch, dass neben den vier Kathoden 40,42, 44 und 46-wie gehabt - im Innenbereich nur eine Aussenstation 32 mit zwei Rota- tionskathoden 48 und 50 bestückt ist. Die andere Aussensta- tion 34 ist mit einer oder mehreren herkömmlichen, planaren Kathode bestückt.

In Figur 15 ist eine Kathodenanordnung dargestellt.

Der Fachmann wird erkennen, dass die vorstehend beschriebe- nen Konfigurationen nicht abschliessend sind, sondern nur beispielhaft innerhalb des Bereichs der nachstehenden Pa- tentansprüche dem Fachmann Ausführungen an die Hand geben.