DE10145201C1 - Device for coating substrates having a curved surface contains a pair of rectangular magnetron sources and substrate holders arranged in an evacuated chamber - Google Patents
Device for coating substrates having a curved surface contains a pair of rectangular magnetron sources and substrate holders arranged in an evacuated chamberInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Beschichten von Substraten mit gekrümmter Oberfläche mittels Pulsmagnetron-Zerstäuben, in welcher die Substrate während der Beschichtung relativ zu den Magnetronquellen linear bewegt werden können. Solche Einrichtungen finden Anwendung beim Aufbringen dünner Schichten auf Werkstücke und Formteile, beispielsweise bei dem Beschichten optischer Linsen, Reflektoren oder geformter Automobilscheiben mit transparenten optischen Funktionsschichten.The invention relates to a device for coating substrates with a curved Surface by means of pulse magnetron sputtering, in which the substrates during the Coating can be moved linearly relative to the magnetron sources. Such Devices are used when applying thin layers on workpieces and Molded parts, for example in the coating of optical lenses, reflectors or molded Automotive windows with transparent optical functional layers.
Das Pulsmagnetron-Zerstäuben als Beschichtungsverfahren, kommt häufig zum Einsatz, wenn bestimmte Schichteigenschaften durch andere Beschichtungsverfahren nicht oder nur wesentlich unwirtschaftlicher erzielt werden können.Pulse magnetron sputtering is often used as a coating process, if certain coating properties are not or only by other coating processes can be achieved much less economically.
Es ist allgemein bekannt, Substrate mit gekrümmter Oberfläche mittels Magnetron- Zerstäuben zu beschichten, wobei die meist kleinformatigen Substrate auf einem Drehkorb oder einer Halterung mit planetenartiger Bewegung relativ zu den Magnetronquellen bewegt werden. Im Allgemeinen wird nur eine geringe Gleichmäßigkeit der Schichtdicke erreicht.It is generally known to use substrates with a curved surface using magnetron Spraying to coat, the mostly small-sized substrates on a rotating basket or a holder with planetary movement relative to the magnetron sources be moved. In general, there is little uniformity of layer thickness reached.
Aus DE 295 05 497 U1 ist eine Einrichtung zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit bei der Beschichtung gekrümmter Oberflächen mit einer flächigen Magnetronquelle in planeten artig bewegten Halterungen bekannt. Nachteilig ist, dass sich diese Einrichtung nicht in Beschichtungsanlagen mit linearem Substratfluss verwenden lässt.DE 295 05 497 U1 describes a device for improving the uniformity of the Coating of curved surfaces with a planar magnetron source in planets well-known mounts known. The disadvantage is that this facility is not in Coating systems with linear substrate flow can be used.
Es ist weiterhin bekannt, ebene Substrate ohne Substratbewegung mittels zweier Magnetronquellen mit ebenen Targets, die gegeneinander geneigt sind, zu beschichten (DE 40 10 495 C2, US 4,692,230). Solche Einrichtungen eignen sich z. B. zum gleichzeitigen Beschichten dieser ebenen Substrate mit zwei unterschiedlichen Materialien, dem sogenannten Ko-Zerstäuben. Die Gleichmäßigkeit der Beschichtung ist jedoch auch in derartigen Einrichtungen oft unzureichend.It is also known to use two substrates for flat substrates without substrate movement Coating magnetron sources with flat targets that are inclined towards one another (DE 40 10 495 C2, US 4,692,230). Such facilities are suitable for. B. for simultaneous Coating these flat substrates with two different materials, the so-called co-atomization. However, the uniformity of the coating is also in such facilities are often inadequate.
Für die Beschichtung stationärer Substrate mit gekrümmter Oberfläche wird gemäß DE 198 13 075 A1/EP 0 945 524 A1 eine Magnetron-Beschichtungseinrichtung mit einem mehrteiligen Target vorgeschlagen, bei der der Abstand der Teiltargets relativ zum Substrat je nach der Krümmung des Substrates eingestellt werden kann. Auch diese Lösung ist nicht auf einen linearen Fluss von Substraten relativ zu den Magnetronquellen anwendbar. Sie ist darüber hinaus auf Substrate mit rotationssymmetrischer, z. B. sphärisch gekrümmter Oberfläche beschränkt.For the coating of stationary substrates with a curved surface, according to DE 198 13 075 A1 / EP 0 945 524 A1 discloses a magnetron coating device with a multi-part target proposed, in which the distance of the partial targets relative to the substrate can be adjusted depending on the curvature of the substrate. This solution is also not applicable to a linear flow of substrates relative to the magnetron sources. she is moreover on substrates with rotationally symmetrical, for. B. spherically curved Limited surface.
Häufig werden linear bewegte Substrate mit schwach gekrümmten Oberflächen mittels Magnetronquellen beschichtet, wobei die Quellen parallel zur Bewegungsebene der Substrate positioniert sind und durch Ausblenden eines Teils des Stromes abgestäubter Teilchen eine Verbesserung der Schichtgleichmäßigkeit angestrebt wird. Solche Dampf blenden verschlechtern die Effizienz des Beschichtungsprozesses und die Stabilität des Prozesses infolge von Störwirkungen von Schichten, die zwangsläufig auf den Blenden aufwachsen. Insbesondere besteht die Gefahr des Abplatzens solcher Schichten von den Blenden bereits nach kurzer Betriebszeit. Dieser Nachteil ist besonders gravierend, wenn transparente, nichtleitende Verbindungen - wie sie z. B. als hoch- und niederbrechende optische Schichten zum Einsatz kommen - abgeschieden werden sollen. Außerdem ist durch die Verringerung der Effizienz ein häufigerer Wechsel der teuren Targets nötig.Linearly moving substrates with slightly curved surfaces are often used Magnetron sources coated, the sources parallel to the plane of movement of the Substrates are positioned and dusted by hiding part of the stream Particles an improvement in the layer uniformity is sought. Such steam blinds impair the efficiency of the coating process and the stability of the Process due to interference from layers that inevitably on the bezels grow up. In particular, there is a risk of such layers peeling off Blinds after a short operating time. This disadvantage is particularly serious, though transparent, non-conductive connections - as z. B. as high and low refractive index optical layers are used - to be deposited. Besides, is due to the reduction in efficiency, the expensive targets have to be changed more often.
Die Verwendung von Dual-Magnetron-Systemen, die vorzugsweise mit gepulster Elektro energie gespeist werden, ermöglicht prinzipiell die langzeitstabile Abscheidung auch von transparenten, nichtleitenden Verbindungen, weshalb derartige Systeme heute weit verbreitet sind. Die nachteiligen Wirkungen parasitärer Beschichtungen auf Blenden und ähnlichen Baugruppen und die damit verbundene Ausblendung eines Teiles des Materialstromes beieinträchtigen jedoch auch die Effizienz und Gleichmäßigkeit von Beschichtungen, die mit Hilfe von Dual-Magnetron-Systemen aufgetragen werden. Dual-Magnetron-Systeme können auch aus Magnetronquellen mit zylindrischen rotierenden Targets bestehen. Solche Magnetronquellen sind in DD 217 964 A3 und US 4,356,073 beschrieben und in zahlreichen weiteren Erfindungen verbessert worden. Sie sind auch als Rohrmagnetron, rotable magnetron oder C-Mag bekannt. Dual-Magnetron-Systeme mit solchen Magnetron-Quellen zur gleichmäßigen Beschichtung ebener, z. T. auch groß flächiger Substrate sind in EP 0 500 774 B1, US 5,645,699, US 5,338,422, US 5,108,574 beschrieben. Derartige Magnetronquellen bestehen zumeist aus einem in Form eines Hohl zylinders gefertigten Traget, in dessen Innerem eine magnetfelderzeugende Einrichtung untergebracht ist, die - ähnlich zu ebenen Rechteckmagnetrons - ein tunnelförmiges Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien die Mantelfläche des Hohlzylinders durchdringen. Die magnetfelderzeugende Einrichtung enthält in der Regel einen längserstreckten Mittelpol, dessen Pollinie parallel zur Längsachse des Hohlzylinders verläuft. The use of dual magnetron systems, preferably with pulsed electro energy supply, in principle enables the long-term stable separation of transparent, non-conductive connections, which is why such systems are widely used today are common. The adverse effects of parasitic coatings on panels and Similar assemblies and the associated masking of part of the However, material flow also affect the efficiency and uniformity of Coatings that are applied using dual magnetron systems. Dual magnetron systems can also rotate from magnetron sources with cylindrical ones Targets exist. Such magnetron sources are in DD 217 964 A3 and US 4,356,073 described and improved in numerous other inventions. They are also as Rohrmagnetron, rotable magnetron or C-Mag known. Dual magnetron systems with such magnetron sources for even coating even, z. T. also big Flat substrates are described in EP 0 500 774 B1, US 5,645,699, US 5,338,422, US 5,108,574 described. Such magnetron sources usually consist of one in the form of a hollow cylinder-made carrier, inside of which a magnetic field generating device is housed, which - similar to flat rectangular magnetrons - a tunnel-shaped Magnetic field generated, the field lines penetrate the outer surface of the hollow cylinder. The Magnetic field generating device usually contains an elongated central pole, whose pole line runs parallel to the longitudinal axis of the hollow cylinder.
In WO 96/34124 und DE 196 10 253 C2 werden solche Einrichtungen auch für die Ein speisung mittelfrequenter Wechselspannung zur Verhinderung von Arcing beschrieben (Pulsmagnetron-Zerstäuben). Allen Anordnungen ist gemein, dass die Magnetronquellen quer zur Transportrichtung der Substrate angeordnet sind und dass eine hohe Schicht gleichmäßigkeit nur für ebene Substrate erreichbar ist.In WO 96/34124 and DE 196 10 253 C2 such devices are also for the one supply of medium-frequency AC voltage to prevent arcing (Pulsmagnetron sputtering). All arrangements have in common that the magnetron sources are arranged transversely to the transport direction of the substrates and that a high layer uniformity can only be achieved for flat substrates.
US 4,417,968 = EP 0 119 631 B1 beschreibt eine Einrichtung mit einem rohrförmigen Magnetron und einer Vielzahl von rohrförmigen Hilfselektroden zur Beschichtung von Substraten auf rotierenden Halterungen (Drehkorb). Die Einrichtung ist technisch aufwendig und ist nur für die gleichmäßige Beschichtung ebener oder einachsig gekrümmter Substrate bestimmter Geometrie geeignet.US 4,417,968 = EP 0 119 631 B1 describes a device with a tubular Magnetron and a variety of tubular auxiliary electrodes for coating Substrates on rotating brackets (rotating basket). The device is technically complex and is only for the uniform coating of flat or uniaxially curved substrates suitable geometry.
Es wurde auch vorgeschlagen, die Gleichmäßigkeit der Beschichtung gekrümmter Substrate durch Abweichung von der zylindrischen Form der Targets zu verbessern (US 4,445,997). Diese Lösung erfordert teure speziell geformte Targets, die jeweils nur für eine bestimmte Substratgeometrie geeignet sind.It has also been suggested the uniformity of the coating of curved substrates to improve by deviation from the cylindrical shape of the targets (US 4,445,997). This solution requires expensive specially shaped targets, each for a specific one Substrate geometry are suitable.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zum Beschichten von Substraten mit gekrümmter Oberfläche mittels Pulsmagnetron-Zerstäuben, die unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik bei einem linearen Substrat fluss zu Beschichtungen mit gegenüber dem Stand der Technik erhöhter Gleichmäßigkeit der Schichtdicke führt und eine bessere Ausnutzung des Stromes zerstäubter Teilchen ermöglicht.The object of the present invention is to provide a device for Coating of substrates with a curved surface by means of pulsed magnetron sputtering, avoiding the disadvantages of the prior art with a linear substrate flow to coatings with increased uniformity compared to the prior art the layer thickness and better utilization of the stream of atomized particles allows.
Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 13 beschreiben zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung.The object is achieved by a device having the features of claim 1. The Claims 2 to 13 describe expedient embodiments of the invention Facility.
Eine Beschichtungsanlage enthält neben bekannten Vakuumerzeugungsmitteln mechanische Vorrichtungen, die einen linearen Transport gekrümmter Substrate ermöglichen. Die Einrichtung enthält außerdem Magnetronquellen mit rohrförmigen rotierenden Targets, die paarweise angeordnet und mit ihrer zerstäubenden Fläche auf die gekrümmten Substrate gerichtet sind. Die Ausrichtung der Normalen auf den Pollinien der Mittelpole auf den Targets erfolgt so, dass sie während der Beschichtung zumindest zeitweise etwa auf den jeweils nächstgelegenen Randbereich der gekrümmten Substrate weist. Die Einrichtung kann weiterhin Mittel zur Durchführung eines reaktiven Zerstäubungsvorganges enthalten. Diese umfassen in erster Linie die Gaseinlässe für Reaktivgase und bekannte Baugruppen zur Prozessregelung. Die Magnetronquellen sind derart angeordnet, dass die Rotationsachsen der Magnetronquellen parallel zur Bewegungs richtung der Substrate ausgerichtet sind. Die Targets weisen ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens 2 : 1, vorzugsweise mindestens von 3 : 1 auf. Sowohl der Ab stand der besagten Pollinien auf den Targets eines Paares von Magnetronquellen als auch der kürzeste Abstand zwischen den Targets und den Substraten ist mindestens so groß wie die Ausdehnung der Substrate quer zu ihrer Bewegungsrichtung, im Allgemeinen jedoch größer. Beide geometrischen Größen hängen im Übrigen von der Größe und dem Krümmungsradius der Substrate sowie vom Durchmesser der Targets der Magnetronquellen ab und lassen sich deshalb nicht in allgemeiner Form angeben. Ihre Bestimmung erfolgt gegebenenfalls durch schrittweise Optimierung durch Beschichtung und Auswertung der erreichten Schichtdickenverteilung. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Abstand zwischen den Pollinien der Mittelpole größer ist, als die Ausdehnung der Substrate quer zu ihrer Transportrichtung, wobei die Normalen auf den Mittelpollinien der Targets ständig oder zumindest zeitweise jeweils etwa auf den nächstgelegenen Substratrand ausgerichtet sind. In bestimmten Fällen, z. B. wenn der Krümmungsradius quer zur Bewegungsrichtung nicht konstant ist, kann es zusätzlich erforderlich sein, durch eine Aperturblende eine Korrektur des Stromes der zerstäubten Teilchen vorzunehmen. Diese Ausblendung ist jedoch größenordnungsmäßig geringer als eine solche, die bei Verwendung von Einrichtungen nach dem Stand der Technik erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Targets der Magnetron quellen einerseits und die erfindungsgemäße Ausrichtung auf die Randbereiche der linear bewegten Substrate andererseits bewirken offenbar eine Quelldichteverteilung der abgestäubten Teilchen, die den Erfordernissen einer homogenen Beschichtung der gekrümmten Substrate optimal gerecht werden. Die wesentlichen Beiträge zum Dampf strom werden in den geraden, der Bewegungsrichtung der Substrate parallelen Bereichen der Emissionszonen auf den beiden Targets der paarweise angeordneten Magnetronquellen zerstäubt. Der Neigungswinkel der Normalen auf den Mittelpollinien der Targets des Paares sowie deren Abstand bewirken durch Superposition besagter Dampfströme die best mögliche Schichtdickengleichmäßigkeit.A coating system contains known vacuum generating means mechanical devices that provide a linear transport of curved substrates enable. The facility also includes tubular magnetron sources rotating targets that are arranged in pairs and with their atomizing surface on the curved substrates are directed. The alignment of the normals on the pollinia of the Center poles on the targets are such that they at least during the coating at times, for example, to the nearest edge area of the curved substrates has. The facility may continue to carry out a reactive Atomization process included. These primarily include gas inlets for Reactive gases and known assemblies for process control. The magnetron sources are arranged such that the axes of rotation of the magnetron sources parallel to the movement direction of the substrates are aligned. The targets have a ratio of length to Diameter of at least 2: 1, preferably at least 3: 1. Both the Ab said pollinia stood on the targets of a pair of magnetron sources as well the shortest distance between the targets and the substrates is at least as large as the extent of the substrates transverse to their direction of movement, but generally greater. Both geometric sizes depend on the size and the Radius of curvature of the substrates and the diameter of the targets of the magnetron sources and therefore cannot be given in general terms. Your determination is made if necessary by gradual optimization by coating and evaluating the reached layer thickness distribution. It has proven to be particularly advantageous if the The distance between the pole lines of the central poles is greater than the extent of the substrates transverse to their direction of transport, with the normals on the center lines of the targets constantly or at least temporarily in each case approximately on the closest substrate edge are aligned. In certain cases, e.g. B. if the radius of curvature transverse to Direction of movement is not constant, it may also be necessary to use a Aperture diaphragm to correct the flow of atomized particles. This Fading out is, however, of an order of magnitude lower than that at Use of state of the art equipment is required. The ratio according to the invention of the length to the diameter of the targets of the magnetron swell on the one hand and the alignment according to the invention on the edge regions of the linear moving substrates on the other hand apparently cause a source density distribution of the dusted particles that meet the requirements of a homogeneous coating of the curved substrates optimally. The main contributions to steam current in the straight areas parallel to the direction of movement of the substrates the emission zones on the two targets of the magnetron sources arranged in pairs atomized. The angle of inclination of the normals on the center poles of the pair's targets and their spacing cause the best by superposition of said steam flows possible layer thickness uniformity.
Besonders vorteilhaft für die Beschichtung rotationssymmetrisch gekrümmter Substrate, also beispielsweise sphärischer Linsen, ist es, die Substrate so zu führen, dass sie eine zusätzliche Rotationsbewegung um eine Körperachse vollführen. Besonders vorteilhaft ist dabei die Eigenrotation um eine Achse, welche senkrecht zur Transportebene durch die jeweilige Substratmitte verläuft. Durch eine solche Rotationsbewegung werden Unterschiede in der Schichtdickengleichmäßigkeit längs und quer zur Transportrichtung der Substrate durch eine Körperachse ausgeglichen.Particularly advantageous for the coating of rotationally symmetrical curved substrates, that is for example spherical lenses, it is to guide the substrates so that they have an additional Carry out a rotational movement around a body axis. The is particularly advantageous Self-rotation about an axis, which is perpendicular to the transport plane through the respective The middle of the substrate runs. Such a rotational movement makes differences in the Uniformity of layer thickness along and across the transport direction of the substrates balanced a body axis.
Bei der Beschichtung von Substraten, die zwei deutlich voneinander abweichende Krümmungsradien längs und quer zur Hauptbewegungsrichtung der Substrate aufweisen, wie z. B. bei der Beschichtung von Windschutzscheiben für PKW, ist es besonders vorteil haft, wenn die Substrate während ihres Transportes durch die Beschichtungszone eine zusätzliche Taumelbewegung ausführen. Die Substrate werden auf entsprechenden Halterungen linear durch die Zerstäubungsanlage bewegt. Die Halterungen sind in einer Weise beweglich angeordnet, dass das Substrat beispielsweise in Bewegungsrichtung mit einem positiven Neigungswinkel gegen die Senkrechte in die Beschichtungszone eintritt und die Beschichtungszone mit einem negativen Neigungswinkel verlässt. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Substratachse mit der größten Krümmung der Bewegungsrichtung parallel ist.When coating substrates, the two clearly differing from each other Have radii of curvature along and across the main direction of movement of the substrates, such as B. in the coating of windshields for cars, it is particularly advantageous adheres when the substrates are in the process of being transported through the coating zone perform additional wobble. The substrates are on appropriate Brackets moved linearly through the atomization system. The brackets are in one Arranged movably in such a way that the substrate, for example, in the direction of movement a positive angle of inclination against the vertical enters the coating zone and leaves the coating zone with a negative angle of inclination. Particularly advantageous is there when the substrate axis with the greatest curvature of the direction of movement is parallel.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Magnetronquellen und/oder ihre Ausrichtung auf den Randbereich der Substrate nach einem vorgegebenen Programm veränderbar ist. Dazu sind bewegliche und kippbare Halterungen für die Magnetronquellen, vorzugsweise rechnergesteuerte mehr achsige Antriebe, wie sie aus dem Werkzeugmaschinenbau bekannt sind, enthalten. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Einrichtung mit elektrischen Baugruppen aus gerüstet ist, welche die Energie zum Betreiben der Magnetronquellen in Form unipolarer Pulse mit einer vorzugsweise einstell- oder regelbaren Frequenz im Bereich von 10 bis 100 kHz einspeisen. Damit lassen sich Schichteigenschaften, z. B. die Dichte der Schicht oder andere physikalisch-technische Eigenschaften in gewünschtem Sinne beeinflussen. Es kann auch zweckmäßig sein, die Einrichtung mit elektrischen Baugruppen auszurüsten, die eine bipolare pulsförmige Energieeinspeisung im Frequenzbereich von 10 bis 100 kHz ermöglichen. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn elektrisch isolierende Schichten mit hoher Abscheiderate auf den Substraten abgeschieden werden sollen. Schließlich kann es zweckmäßig sein, die Einrichtung mit Umschalteinrichtungen auszu statten, die eine wahlfreie Speisung der Magnetronquellen mit unipolaren oder bipolaren Pulsen mit einer einstell- oder regelbaren Frequenz im Bereich von 10 bis 100 kHz zulassen. Die Form der Energieeinspeisung steht dann als frei wählbarer Parameter zur Verbesserung von Schichteigenschaften zur Verfügung, z. B. für die Minimierung innerer Spannungen in den abgeschiedenen Schichten. Insbesondere bei der Abscheidung von spannungsarmen Oxidschichten auf organischen Substraten können durch Wahl optimaler Pulsparameter für die in die Magnetronquellen eingespeiste Energie Arbeitsdruck und Abstand zwischen Substrat und Magnetronquellen so gewählt werden, dass sich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung bei hoher Schichtdickengleichmäßigkeit eine sehr gute Ausnutzung des Stroms zerstäubter Teilchen realisieren lässt.Another expedient embodiment of the invention is characterized in that the position of the magnetron sources and / or their orientation on the edge region of the Substrates can be changed according to a predetermined program. These are agile and tiltable brackets for the magnetron sources, preferably computer-controlled more axis drives, as they are known from machine tool construction, contain. It can also be advantageous if the device is made up of electrical assemblies is equipped, which has the energy to operate the magnetron sources in the form of unipolar Pulses with a preferably adjustable or controllable frequency in the range from 10 to Feed in 100 kHz. This allows layer properties, e.g. B. the density of the layer or influence other physical-technical properties in the desired sense. It may also be expedient to equip the device with electrical assemblies, which is a bipolar pulse-shaped energy feed in the frequency range from 10 to 100 kHz enable. This configuration is particularly advantageous if electrically insulating Layers with a high deposition rate are to be deposited on the substrates. Finally, it may be expedient to design the device with switching devices provide an optional supply of the magnetron sources with unipolar or bipolar Allow pulses with an adjustable or adjustable frequency in the range from 10 to 100 kHz. The form of the energy supply is then available as a freely selectable parameter for improvement of layer properties available, e.g. B. for minimizing internal stresses in the deposited layers. Especially when separating low-tension Oxide layers on organic substrates can be selected by choosing optimal pulse parameters the energy fed into the magnetron sources working pressure and distance between Substrate and magnetron sources can be chosen so that with the invention Setup with a high layer thickness uniformity, a very good utilization of the current atomized particles can be realized.
Alle diese Mittel können ebenfalls erfolgreich bei der Beschichtung von Substraten angewendet werden, deren Krümmungsradien sich längs und/oder quer zur Transport richtung der Substrate ändern. Sie dienen in erster Linie zur Einstellung von Schicht eigenschaften wie Dichte, Härte oder innerer Spannung, die für viele Materialien in einem gewissen Bereich durch Variation der Energieeinspeisung und der Pulsparameter beeinflusst werden können.All of these agents can also be successful in coating substrates are used, the radii of curvature of which are longitudinal and / or transverse to the transport change the direction of the substrates. They are primarily used to adjust shifts properties such as density, hardness or internal tension, which are common to many materials certain area influenced by variation of the energy supply and the pulse parameters can be.
In einem Ausführungsbeispiel wird eine vorteilhafte Ausgestaltung der Einrichtung näher erläutert.In one embodiment, an advantageous embodiment of the device is closer explained.
Dabei zeigt die zugehörige Abbildung den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanordnung senkrecht zur Transportrichtung der Substrate.The associated figure shows the cross section of an inventive Coating arrangement perpendicular to the transport direction of the substrates.
Die Einrichtung dient der einseitigen Beschichtung von Linsen mit rotationssymmetrisch gekrümmten Oberflächen.The device is used for the one-sided coating of lenses with rotational symmetry curved surfaces.
Innerhalb einer evakuierbaren Beschichtungskammer sind zwei Magnetronquellen 1; 2 mit rohrförmigen rotierenden Targets angeordnet. Die Abmessungen der Targets der Magnetronquellen betragen 80 mm ∅ × 300 mm. Die Rotationsachsen 1a; 2a beider Targets liegen parallel zur Transportrichtung der Substrate. Den Magnetronquellen 1; 2 gegenüber befinden sich auf drehbaren und in Transportrichtung linear bewegbaren Substrathaltern (hier nicht dargestellt) Substrate 3 mit rotationssymmetrisch konvex gekrümmten Oberflächen. Die weiteren Positionsparameter der Magnetronquellen 1; 2 werden in Abhängigkeit von Durchmesser und Krümmungsradius der zu beschichtenden Substrate 3 festgelegt. Der Substratdurchmesser im vorliegenden Beispiel beträgt 70 mm, der Krümmungsradius der konvexen Oberfläche beträgt 130 mm. Der Abstand 4 zwischen den Pollinien der magnetischen Mittelpole auf den Targetoberflächen beträgt 130 mm und die kürzesten Abstände 5; 6 von diesen Pollinien auf den Targetoberflächen zum jeweils nächstgelegenen Substratrand betragen 85 mm. Die Normalen der Mittelpollinien sind etwa in Richtung Substratrand ausgerichtet. Sie stehen im Winkel von 30° zueinander.Within an evacuable coating chamber are two magnetron sources 1 ; 2 arranged with tubular rotating targets. The dimensions of the targets of the magnetron sources are 80 mm × 300 mm. The axes of rotation 1 a; 2 a of both targets are parallel to the transport direction of the substrates. The magnetron sources 1 ; 2 opposite are substrates 3 with rotationally symmetrically convex curved surfaces on rotatable substrate holders (not shown here) which can be moved linearly in the transport direction. The further position parameters of the magnetron sources 1 ; 2 are determined depending on the diameter and radius of curvature of the substrates 3 to be coated. The substrate diameter in the present example is 70 mm, the radius of curvature of the convex surface is 130 mm. The distance 4 between the pole lines of the magnetic center poles on the target surfaces is 130 mm and the shortest distances 5 ; 6 of these pollinia on the target surfaces to the nearest substrate edge are 85 mm. The normals of the center pole lines are aligned approximately in the direction of the substrate edge. They are at an angle of 30 ° to each other.
Die Schichtdicke nimmt hierbei ohne Rotation der Substrate um ihre Symmetrieachse am Rand bis auf maximal 93% des Maximums ab. Mit einer zusätzlichen Rotation der Substrate um die Symmetrieachse lässt sich die maximale Abweichung der Schichtdicke am Rand auf 3% reduzieren, d. h. die Schichtdicke beträgt überall auf dem Substrat mindestens 97% des Maximums.The layer thickness increases without rotating the substrates around their symmetry axis Edge up to a maximum of 93% of the maximum. With an additional rotation of the The maximum deviation of the layer thickness can be measured on substrates around the axis of symmetry Reduce margin to 3%, d. H. the layer thickness is everywhere on the substrate at least 97% of the maximum.
In beiden Fällen kommen keine Korrekturblenden zum Einsatz. Die Effizienz des Beschichtungsprozesses erlaubt eine 40% längere Gebrauchsdauer der Targets unter sonst gleichen Bedingungen im Vergleich zu bekannten Beschichtungsanordnungen, bei denen die Rotationsachsen der Targets quer zur Transportrichtung der Substrate ausgerichtet sind.In both cases, correction screens are not used. The efficiency of the Coating process allows a 40% longer service life of the targets under otherwise same conditions compared to known coating arrangements in which the axes of rotation of the targets are aligned transversely to the transport direction of the substrates.
Die beiden Magnetronquellen 1; 2 werden von einer geeigneten Energieversorgung 7 entweder mit bipolaren oder unipolaren Pulsen gespeist. Die Wahl der Energie- und Pulsparameter hängt von dem Material der zu beschichtenden Linsen und von den erforderlichen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten ab.The two magnetron sources 1 ; 2 are fed by a suitable energy supply 7 with either bipolar or unipolar pulses. The choice of energy and pulse parameters depends on the material of the lenses to be coated and on the required properties of the deposited layers.
Im vorliegenden Fall wird von metallischen Silizium-Targets in einem geregelten reaktiven Sputterprozess durch Hinzugabe von Sauerstoff in den Beschichtungsraum transparentes Siliziumoxid abgeschieden. Die Magnetronquellen 1; 2 werden mit sinusförmigen Energiepulsen bipolar mit einer elektrischen Leistung von 4 kW gespeist.In the present case, transparent silicon oxide is deposited from metallic silicon targets in a controlled reactive sputtering process by adding oxygen to the coating space. The magnetron sources 1 ; 2 are fed with sinusoidal energy pulses bipolar with an electrical power of 4 kW.
Claims (13)
dass die Magnetronquellen (1; 2) rohrförmige rotierende Targets besitzen, deren Verhältnis von Länge zu Durchmesser der Targets mindestens 2 : 1 beträgt,
dass die Magnetronquellen (1; 2) längs zur Transportrichtung der Substrate (3) ange ordnet sind,
dass die Pollinien der magnetischen Mittelpole der Magnetronquellen auf den zugehörigen Targetoberflächen einen Abstand (4) zueinander haben, der mindestens der Substratausdehnung quer zur Transportrichtung entspricht,
dass der kürzeste Abstand (5; 6) jedes Targets zur Oberfläche der Substrate (3) eben falls mindestens der Substratausdehnung quer zur Transportrichtung entspricht und
dass die Normalen auf den Targets im Bereich der mittleren Pollinien zumindest zeitweise jeweils etwa auf den nächstgelegenen Substratrand ausgerichtet sind.1. Device for coating substrates ( 3 ) with a curved surface by means of pulsed magnetron sputtering, containing in an evacuable coating chamber at least a pair of magnetron sources ( 1 ; 2 ) and substrate holders, moved linearly through the substrates ( 3 ) during the coating relative to the magnetron sources can be characterized by
that the magnetron sources ( 1 ; 2 ) have tubular rotating targets whose ratio of length to diameter of the targets is at least 2: 1,
that the magnetron sources ( 1 ; 2 ) are arranged along the transport direction of the substrates ( 3 ),
that the pole lines of the magnetic center poles of the magnetron sources on the associated target surfaces are at a distance ( 4 ) from one another which corresponds at least to the substrate extent transverse to the transport direction,
that the shortest distance ( 5 ; 6 ) of each target to the surface of the substrates ( 3 ) also corresponds at least to the substrate extent transverse to the transport direction and
that the normals on the targets in the area of the middle pollinia are at least temporarily aligned with the nearest substrate edge.
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