DE102007004760A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten von plattenförmigen oder bandförmigen metallischen Substraten - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von mindestens einem plattenförmigen oder bandförmigen metallischen Substrat, wobei eine Vakuumkammer vorgesehen ist, in welcher ein Magnetron-Permanentmagnet derart auf der nicht zu beschichtenden Seite des Substrates angeordnet ist, dass dessen Magnetfeld über der Oberfläche der zu beschichtenden Seite des Substrates ausgebildet ist, wobei mittels einer Zuführung ein Precursor in die Vakuumkammer einlassbar ist und das Substrat zumindest zeitweise als Kathode einer Magnetronentladung geschaltet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Platten oder Bändern aus Metall unter Vakuumbedingungen, bei denen das Abscheiden einer Schicht vorrangig durch Prozesse der chemischen Dampfabscheidung erfolgt.
- Stand der Technik
- Vorrichtungen und Verfahren auf dem Gebiet der physikalischen Dampfabscheidung als auch auf dem Gebiet der chemischen Dampfabscheidung sind hinlänglich bekannt. Bei Vorrichtungen und Verfahren der chemischen Dampfabscheidung (auch unter dem Kürzel CVD bekannt) wird oftmals ein Precursorgas in eine Vakuumkammer eingelassen, wobei sich chemische Reaktionsprodukte des Precursorgases auf einem zu beschichtenden Substrat abscheiden. Derartige Vorrichtungen und Verfahren sind insbesondere geeignet, um großflächige Substrate zu beschichten bzw. um hohe Beschichtungsraten zu erzielen. Negativ wirkt sich bei CVD-Prozessen aus, dass es sich bei diesen um ungerichtete Prozesse handelt, bei denen sich die Reaktionsprodukte neben einem zu beschichtenden Substrat auch auf allen anderen ungeschützten inneren Bestandteilen einer Vakuumkammer niederschlagen.
- Bei der physikalischen Dampfabscheidung (auch unter dem Kürzel PVD bekannt) wird ein zu beschichtendes Material entweder durch Wärmezufuhr (Verdampfen) oder durch Zerstäuben (Sputtern) in die Dampfphase überführt und anschließend auf einem zu beschichtenden Substrat abgeschieden. Beim so genannten Magnetronsputtern brennt eine Magnetronentladung auf einem Target, welches als Kathode der Entladung geschaltet ist und das Beschichtungsmaterial bevorratet. Magnetronsputterprozesse sind ebenfalls zum Beschichten von Platten und Bändern geeignet, insbesondere auch dann, wenn dünne Schichten mit gleich bleibenden Schichteigenschaften abgeschieden werden sollen. Vorteilhaft ist ebenfalls, dass es sich beim Zerstäuben um einen gerichteten Prozess handelt. Durch geeignete Maßnahmen können die zerstäubten Partikel vorrangig in Richtung Substrat beschleunigt werden, wodurch Parasitärbeschichtungen an Teilen der Vakuumkammereinrichtung verringert werden können.
- Die Eigenschaften der beim Magnetronsputtern aufwachsenden Schichten werden auch durch das bei der Entladung entstehende Plasma beeinflusst. Oft ist ein intensives Plasma am Substrat erwünscht, um gute Schichteigenschaften zu erlangen. Die höchste Intensität des Plasmas befindet sich jedoch in der Nähe des Targets und nicht am Substrat, so dass die Wirkung des Plasmas für die am Substrat aufwachsenden Schichten begrenzt bleibt.
- Durch Einlass eines Reaktivgases in eine Vakuumkammer kann der Abscheideprozess auch reaktiv erfolgen, d. h. dass die Schicht als ein Produkt aus dem Material des Targets und dem Reaktivgas gebildet wird. Beim reaktiven Magnetronsputtern wird allerdings das Target ebenfalls mit Reaktionsprodukten belegt, wodurch Parameter der Entladung und die Eigenschaften der am Substrat aufwachsenden Schichten beeinflusst werden können. Bei vielen Schichtsystemen muss der Abscheideprozess durch aufwändige Regelprozesse stabilisiert werden.
- Als Reaktivgas beim Magnetronsputtern kann auch ein Precursor in eine Vakuumkammer eingelassen werden. Damit wird sowohl eine chemische Dampfabscheidung durch Aufspalten der Moleküle des Precursors im Plasma der Magnetronentladung und eine Kondensation der Spaltprodukte auf dem Substrat als auch ein physikalische Dampfabscheidung durch Zerstäuben und Abscheiden des Targetmaterials erreicht.
- Aus
sind Vorrichtungen und Verfahren bekannt, die sowohl Merkmale von CVD- als auch von PVD-Prozessen vereinen. Innerhalb einer Vakuumkammer wird auf einer Kathode angeordnetes Targetmaterial auf physikalischem Wege zerstäubt. Gleichzeitig kann auch ein Precursor in die Vakuumkammer eingelassen werden, wodurch sich Reaktionsprodukte aus dem zerstäubten Targetmaterial und dem Precursor auf einem zumindest in Anodennähe angeordneten plattenförmigen Substrat abscheiden. Dabei befindet sich auf der nicht zu beschichtenden Seite des Substrates ein Magnetron derart, dass dessen Magnetfeld vorrangig über der Oberfläche der zu beschichtenden Seite des Substrates ausgebildet wird. Auf diese Weise kann die Intensität des Plasmas in Substratnähe etwas erhöht werden. Nachteilig wirkt sich hierbei aber immer noch aus, dass aufgrund des Precursorgases alle Bestandteile im Inneren der Vakuumkammer beschichtet werden und hier insbesondere die Targetoberflächen, da in deren Umgebung die höchste Plasmadichte vorliegt. Insbesondere beim Abscheiden von elektrisch isolierenden Schichten wird der Prozess des Zerstäubens dadurch erheblich gestört, wobei die Entladung in kurzer Zeit auch vollständig ausfallen kann. Des Weiteren wird eine Erhöhung der Plasmaintensität in Substratnähe aufgrund des zusätzlichen Magnetfeldes nur in einem geringen Maße erzielt.WO 03/048406 - Aufgabenstellung
- Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mittels denen die Nachteile aus dem Stand der Technik überwunden werden können. Insbesondere sollen es Vorrichtung und Verfahren ermöglichen, Schichten auf plattenförmigen oder bandförmigen metallischen Substraten mittels CVD-Prozessen abzuscheiden, bei denen auch elektrisch isolierende Schichten langzeitstabil und mit homogenen Eigenschaften abgeschieden werden können.
- Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 16. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
- Eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beschichten von mindestens einem plattenförmigen oder bandförmigen metallischen Substrat zeichnen sich aus durch eine Vakuumkammer, in welcher ein Magnetron-Permanentmagnet derart auf der nicht zu beschichtenden Seite des Substrates angeordnet ist, dass dessen Magnetfeld über der Oberfläche der zu beschichtenden Seite des Substrates ausgebildet wird, wobei mittels einer Zuführung ein Precursor in die Vakuumkammer einlassbar ist und das Substrat zumindest zeitweise als Kathode einer Magnetronentladung geschaltet ist. Dadurch, dass die geschlossene Spur der Magnetronentladung (auch Rennbahn genannt) direkt über der zu beschichtenden Seite des Substrates brennt, wird dort ein Plasma mit einer sehr hohen Intensität erzeugt, was zum Erhöhen der Beschichtungsrate beiträgt. Vorteilhaft wirkt sich hierbei ebenfalls aus, dass es sich um ein kathodenseitiges Plasma handelt. Die ionisierten Materialpartikel im Plasma, welche überwiegend eine positive elektrische Ladung aufweisen, werden aufgrund des kathodisch geschalteten Substrats von diesem angezogen und somit noch einmal beschleunigt. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren sind daher besonders geeignet, dichte und gegebenenfalls harte Schichten abzuscheiden. Die elektrische Spannung zwischen Kathode und Anode beträgt erfindungsgemäß 100 V bis 500 V.
- Beim Einspritzen des Precursors ist es vorteilhaft, wenn dieser mittels mehrerer gleichmäßig verteilter Düsen direkt in die Plasmazone über der zu beschichtenden Substratoberfläche eingelassen wird. Eine gleichmäßige Bewegung des Substrates in Beschichtungsrichtung mit konstanter Geschwindigkeit führt zu einer homogenen Schicht auf der Substratoberfläche.
- Bei einer Ausführungsform wird dem Substrat der Entladungsstrom gepulst zugeführt. Dies ist beispielsweise vorteilhaft beim Abscheiden von elektrisch isolierenden Schichten. Auch das Anlegen einer Wechselspannung ist möglich. Je nach Anforderung bezüglich der elektrischen Eigenschaften der abzuscheidenden Schichten und der Schichtdicke wird eine Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 500 kHz gewählt.
- Für die Entladung wird eine weitere Elektrode benötigt, die als Anode geschaltet wird. Als Anode kann beispielsweise eine metallische Vakuumkammerwand verwendet werden.
- Bei einer alternativen Ausführungsform weist ein zu beschichtendes Substrat das gleiche elektrische Potential auf wie die Vakuumkammer. Daher ist es erforderlich eine separate Anode in der Vakuumkammer einzubringen. Die Anode wird dabei vorzugsweise derart angeordnet, dass diese der zu beschichtenden Seite des Substrates gegenüber liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anode topfförmig ausgebildet, wobei die Öffnung dem Substrat zugewandt ist. Anode und Substrat begrenzen auf diese Weise zumindest teilweise ein Volumen, in welchem der Einlassstutzen des Precursors endet. Die Grundfläche des „Anodentopfes" kann dabei jegliche runde, ovale oder auch eckige Form aufweisen.
- Um zu verhindern, dass die Magnetronentladung in unerwünschter Weise auf andere Bestandteile innerhalb der Vakuumkammer überspringt, ist eine elektrische Abschirmung vorteilhaft, welche haubenförmig ausgebildet die Anode umschließt. Die zum Substrat hin gerichtete Öffnung der haubenförmigen Abschirmung (auch Dunkelfeldabschirmung genannt) wird nahe an das Substrat herangezogen. Hierdurch wird auch ein partieller Überdruck des einströmenden Precursors im von Anode und Substrat begrenzten Volumen erzeugt. Der Spalt zwischen dem Substrat und der metallischen Abschirmung wird dabei so klein ausgelegt, dass das Plasma im von Anode und Substrat begrenzten Volumen konzentriert bleibt. Für eine wirksame Dunkelfeldabschirmung sollte der Spalt zwischen Substrat und Abschirmung einen Bereich von 1 mm bis 10 mm nicht überschreiten. Dieser Spalt kann jedoch beispielsweise dann größer ausgebildet werden, wenn zwischen Substrat und Abschirmung ein metallisches Blech oder ein Stapel voneinander beabstandeter metallischer Bleche, welche im Wesentlichen parallel zur Substratoberfläche verlaufen, angeordnet wird/werden. Dabei sollte jedoch auch der Abstand zwischen Abschirmung und benachbartem Blech, zwischen den einzelnen benachbarten Blechen und zwischen Substrat und benachbartem Blech nicht größer als jeweils 1 mm bis 10 mm sein. Auf diese Weise kann einerseits der Querschnitt vergrößert werden, durch den das Gas aus dem von Anode und Substrat begrenzten Volumen in den äußeren Bereich der Vakuumkammer strömen kann, andererseits wird verhindert, dass die Entladung aus dem von Abschirmung und Substrat begrenzten Volumen heraus brennt.
- Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Magnetron innerhalb der Vakuumkammer angeordnet, mittels dem ein Anteil des für die Schichtabscheidung benötigten Materials durch Zerstäuben eines Targets auf dem Magnetron bereitgestellt wird. Dabei ist eine Elektrode des Magnetrons zeitweise als Anode bezüglich der Substrat-Kathode geschaltet. Substrat und Elektrode werden periodisch abwechselnd als Kathode bzw. Anode geschaltet. Für das Zerstäuben des Targets ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zum Precursor noch ein Sputtergas in die Vakuumkammer eingelassen wird.
- Eine weitere Ausführungsform ergibt sich, wenn die für die Magnetronentladung auf dem Substrat erforderliche Anode durch ein heißes verdampfendes Material gebildet wird. Das Verdampfungsmaterial wird hierbei in einem Tiegel gelagert und als Anode der Magnetronentladung geschaltet. Als Energiequelle für das Verdampfen wird vorzugsweise ein Elektronenstrahl verwendet, der von einer Elektronenkanone generiert wird. Je nach Verdampfungsmaterial kann die Energiequelle für die Verdampfung auch eine andere sein, wie beispielsweise ein Strahlungsheizer oder Induktionsverdampfer. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Anode durch die Verdampfung stets von Ablagerungen des CVD-Prozesses freigehalten wird und dem Prozess über eine lange Zeit eine metallische Oberfläche mit gutem Kontakt zum Plasma anbietet. Auf diese Art und Weise wird Material vom Verdampfungsgut zusätzlich in die abzuscheidende Schicht eingebaut. Diese Ausführungsform eignet sich daher auch besonders zum Abscheiden von elektrisch isolierenden Schichten.
- Ausführungsbeispiel
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
- Die Fig. zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 eine schematische Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen Vorrichtung. - In
1 ist schematisch eine Vorrichtung101 dargestellt, mittels der innerhalb einer Vakuumkammer102 auf einem 100 m langen, 50 cm breiten und 0,5 mm dicken bandförmigen Stahl-Substrat103 eine transparente und harte Schicht abgeschieden werden soll. Hierzu wird über einen Einlass104 der Precursor HMDSO in die Vakuumkammer102 eingelassen. Auf der nicht zu beschichtenden Seite des Substrates103 ist ein Magnetron-Permanentmagnet105 derart angeordnet, dass dessen Magnetfeld über der Oberfläche der zu beschichtenden Seite des Substrates103 ausgebildet wird. Auf der zu beschichtenden Seite des Substrates103 befindet sich innerhalb der Vakuumkammer102 eine topfförmige Anode106 , welche aus Kupfer besteht und wassergekühlt ausgebildet ist. Mittels einer nicht dargestellten Stromversorgungseinrichtung wird zwischen dem über einen Schleifkontakt als Kathode geschalteten Substrat103 und der Anode106 eine elektrische Spannung von etwa 200 V angelegt, wodurch eine Entladung zwischen Kathode103 und Anode106 gezündet und ein Plasma107 ausgebildet wird. Dabei weist das Plasma107 die höchsten Intensitäten in den Bereichen auf, in denen das Magnetfeld des Magnetron-Permanentmagneten105 über der Substratoberfläche ausgebildet wird. - Damit sich das Plasma hauptsächlich in dem von Anode
105 und Substrat103 begrenzten Bereich ausbildet, umschließt eine haubenförmige Abschirmung108 , deren Öffnung zum Substrat hin ausgerichtet ist, die Anode105 . Die Abschirmung108 besteht aus Stahlblech und ist als so genannte Dunkelfeldabschirmung ausgebildet. Zwischen dem Rand der Abschirmung108 und dem Substrat103 ist ein Stapel von 2 mm dicken Kupferblechen109 angeordnet, die jeweils 3 mm voneinander beabstandet und weitgehend parallel zur Substratoberfläche ausgerichtet sind. Durch die Kupferbleche wird einerseits die Dunkelfeldabschirmung aufrechterhalten und andererseits der Querschnitt vergrößert, durch den das Precursorgas bzw. dessen Spaltprodukte aus dem von Abschirmung und Substrat begrenzten Bereich entweichen und von Pumpeinrichtungen der Vakuumkammer abgepumpt werden können. - Mittels der beschriebenen Einrichtung konnte eine transparente Schicht abgeschieden werden, welche vorrangig die Elemente Si, C und O umfasst, die eine Härte von 18 GPa aufweist und bei der das Verhältnis von Sauerstoff und Silizium eins zu drei bezüglich derer Atomprozente beträgt.
- Eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
201 ist in2 schematisch dargestellt. Innerhalb einer Vakuumkammer202 soll auf einem 200 m langen, 30 cm breiten und 1 mm dicken bandförmigen Aluminium-Substrat203 eine Ti:C:H-Schicht abgeschieden werden. Hinter dem Substrat203 ist wiederum ein Magnetron-Permanentmagnet205 angeordnet, welcher über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrates203 ein Magnetfeld ausbildet. Die für die Schichtabscheidung erforderlichen chemischen Elemente werden einerseits über einen Zufluss204 , durch den der Precursor Azetylen in die Vakuumkammer202 gelangt und andererseits in einem Verdampfertiegel210 , in welchem Titanmaterial211 gelagert ist, bereitgestellt. Eine Elektronenkanone212 erzeugt einen Elektronenstrahl213 , mittels dem die Oberfläche des Titanmaterials211 periodisch abgerastert, dadurch erhitzt und letztendlich in die Dampfphase überführt wird. Das Anlegen einer Spannung von 300 V zwischen dem als Kathode geschalteten Substrat203 und dem als Anode geschalteten Verdampfertiegel210 samt Titanmaterial211 führt zu einer Magnetronentladung zwischen Kathode und Anode sowie zum Ausbilden eines Plasmas207 mit einer hohen Plasmadichte direkt über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrates203 . Die Reaktionspartikel aus dem verdampften Titan und den Precursorbestandteilen werden an der Substratoberfläche abgeschieden. Der Abscheidevorgang wird dabei noch durch den Sachverhalt, dass das Substrat als Kathode geschaltet ist, verstärkt, da der überwiegende Anteil der ionisierten Materialpartikel im Plasma mit einer positiven elektrischen Ladung versehen sind. - Auch hier ist, wie bereits zu
1 beschrieben, die Anode (Verdampfertiegel210 und Titanmaterial211 ) mit einer elektrischen Abschirmung208 versehen, welche die Anode umschließt und substratseitig offen ausgebildet ist, wobei zwischen dem Rand der Abschirmung und dem Substrat203 ebenfalls wieder ein Stapel voneinander beabstandeter Bleche209 aus Kupfer angeordnet ist. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - WO 03/048406 [0007]
Claims (26)
- Vorrichtung zum Beschichten von mindestens einem plattenförmigen oder bandförmigen metallischen Substrat, umfassend eine Vakuumkammer, in welcher ein Magnetron-Permanentmagnet derart auf der nicht zu beschichtenden Seite des Substrates angeordnet ist, dass dessen Magnetfeld über der Oberfläche der zu beschichtenden Seite des Substrates ausgebildet ist, wobei mittels einer Zuführung ein Precursor in die Vakuumkammer einlassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat zumindest zeitweise als Kathode einer Magnetronentladung geschaltet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer als Anode der Magnetronentladung ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Anode für die Magnetronentladung innerhalb der Vakuumkammer auf der zu beschichtenden Seite des Substrates angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit der elektrischen Vakuumkammermasse verbunden ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Substrat hin offene elektrische Abschirmung die Anode umschließt.
- Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, das zwischen dem Substrat und der Abschirmung ein Metallblech oder ein Stapel mehrerer voneinander beabstandeter Metallbleche angeordnet ist, wobei das Metallblech oder die Metallbleche weitgehend parallel zur Substratoberfläche ausgerichtet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aneinandergrenzenden Elemente Abschirmung, Metallblech und Substrat einen Abstand von jeweils 1 mm bis 10 mm aufweisen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, das die Zuführung für den Precursor in das von Abschirmung und Substrat begrenzte Volumen hineingeführt ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode eines Magnetrons als Anode für die Magnetronentladung ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat und die Elektrode abwechselnd Kathode oder Anode der Magnetronentladung sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen Sputtergas-Einlass.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial einer Verdampfereinrichtung als Anode der Magnetronentladung geschaltet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfereinrichtung als Elektronenstrahlverdampfer ausgebildet ist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Substrat gepulste Energie zuführbar ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit Wechselspannung beaufschlagbar ist.
- Verfahren zum Beschichten von mindestens einem plattenförmigen oder bandförmigen metallischen Substrat in einer Vakuumkammer, in welcher ein Magnetron-Permanentmagnet derart auf der nicht zu beschichtenden Seite des Substrates angeordnet wird, dass dessen Magnetfeld über der Oberfläche der zu beschichtenden Seite des Substrates ausgebildet wird, wobei mittels einer Zuführung ein Precursor in die Vakuumkammer einlassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat zumindest zeitweise als Kathode einer Magnetronentladung geschaltet wird.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer als Anode der Magnetronentladung geschaltet wird.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Anode für die Magnetronentladung innerhalb der Vakuumkammer auf der zu beschichtenden Seite des Substrates angeordnet wird.
- Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit der elektrischen Vakuumkammermasse verbunden wird.
- Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Substrat hin offene elektrische Abschirmung, welche die Anode umschließt, verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, das zwischen dem Substrat und der Abschirmung ein Metallblech oder ein Stapel mehrerer voneinander beabstandeter Metallbleche angeordnet wird, wobei das Metallblech oder die Metallbleche weitgehend parallel zur Substratoberfläche ausgerichtet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteile des abzuscheidenden Schichtmaterials durch Magnetronsputtern innerhalb der Vakuumkammer bereitgestellt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass Bestandteile des abzuscheidenden Schichtmaterials durch Verdampfen innerhalb der Vakuumkammer bereitgestellt werden, wobei das zu verdampfende Material als Anode der Magnetronentladung geschaltet wird.
- Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsmaterial mittels eines Elektronenstrahls verdampft wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Substrat gepulste Energie zugeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit Gleichspannung oder Wechselspannung beaufschlagt wird.
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008028542A1 (de) * | 2008-06-16 | 2009-12-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat mittels einer plasmagestützten chemischen Reaktion |
| US20120164353A1 (en) * | 2009-09-05 | 2012-06-28 | John Madocks | Plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus |
| DE102012107630B3 (de) * | 2012-08-20 | 2014-01-23 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Magnetronsputterätzvorrichtung mit Anodengehäuse und Anlage zur Vakuumbehandlung von bandförmigen Substraten |
| DE102012111186A1 (de) * | 2012-11-20 | 2014-05-22 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung |
| CN115354289A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-18 | 松山湖材料实验室 | 一种离子源辅助沉积系统、沉积方法及真空镀膜设备 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003048406A2 (de) | 2001-12-06 | 2003-06-12 | Interpane Entwicklungs- Und Beratungsgesellschaft Mbh & Co. | Beschichtungsverfahren und beschichtung |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4981713A (en) * | 1990-02-14 | 1991-01-01 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Low temperature plasma technology for corrosion protection of steel |
| JP2001192837A (ja) * | 2000-01-14 | 2001-07-17 | Tdk Corp | プラズマcvd装置 |
-
2007
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003048406A2 (de) | 2001-12-06 | 2003-06-12 | Interpane Entwicklungs- Und Beratungsgesellschaft Mbh & Co. | Beschichtungsverfahren und beschichtung |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008028542A1 (de) * | 2008-06-16 | 2009-12-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat mittels einer plasmagestützten chemischen Reaktion |
| DE102008028542B4 (de) * | 2008-06-16 | 2012-07-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht auf einem Substrat mittels einer plasmagestützten chemischen Reaktion |
| US20120164353A1 (en) * | 2009-09-05 | 2012-06-28 | John Madocks | Plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus |
| DE102012107630B3 (de) * | 2012-08-20 | 2014-01-23 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Magnetronsputterätzvorrichtung mit Anodengehäuse und Anlage zur Vakuumbehandlung von bandförmigen Substraten |
| DE102012111186A1 (de) * | 2012-11-20 | 2014-05-22 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung |
| DE102012111186B4 (de) * | 2012-11-20 | 2017-01-26 | Von Ardenne Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer Magnetron-Entladung |
| CN115354289A (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-18 | 松山湖材料实验室 | 一种离子源辅助沉积系统、沉积方法及真空镀膜设备 |
| CN115354289B (zh) * | 2022-08-26 | 2023-09-05 | 松山湖材料实验室 | 一种离子源辅助沉积系统、沉积方法及真空镀膜设备 |
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