PECVD Quelle

Lineare, selbstreinigende PECVD Beschichtungsquelle

Die Abscheidung dünner keramischer oder polymerer Schichten mit sehr hohen Raten ist wirtschaftlich sinnvoll, hat aber einen entscheidenden Nachteil: Die Beschichtungswerkzeuge beschichten nicht nur die Substrate, sondern auch sich selbst. Wenn dünne Schichten eine bestimmte Schichtdicke überschritten haben, übersteigt die intrinsische Schichtspannung die Adhäsionkräfte zur Substratoberfläche. Das bedeutet, die Schichten reißen auf und platzen ab. Im schlimmsten Fall landen die Schichtfragmente auf den Substraten. Es ist daher unumgänglich, die Beschichtungswerkzeuge in bestimmten zeitlichen Abständen zu reinigen. Je höher die Abscheideraten, desto kürzer die zeitlichen Abstände. Und bei Vakuumanlagen bedeutet Reinigung nicht nur kurzzeitiger Maschinenstop sondern Belüften der Anlage, eventuell Abkühlen, danach Reinigung mit anschließendem Pumpen bis wieder zufriedenstellende Vakuumbedingungen hergestellt sind. Dies kann im Einzelfall bis zu einigen Stunden dauern und wenn dieser Schritt in kurzen Abständen unternommen werden muss, vielleicht alle 2 bis 3 Tage, ist die Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahren fragwürdig.

W&L Coating Systems hat eine linear Mikrowellen PECVD Quelle entwickelt, deren Abscheideraten erheblich höher sind als Magnetron Sputterquellen, die aber nicht öfter gereinigt werden muss.

 

 

 

       

 

 

Technische Spezifikation

Länge: derzeit 700 mm (Labormaschine), theoretisch erweiterbar bis 3500 mm
Betriebsfrequenz: 2,45 GHz Dauerstrich oder gepulst, auch mit Radiofrequenz und Mittelfrequenz in symmetrischer Elektrodenanordnung betreibbar
Verbrauchsmaterial: Gasförmige oder dampfförmige Materialien in geheizter, verstellbarer Zuführung bis 100°C, zweite Gaszuführung für Plasmagas
Betriebsdruck: 10-4 mbar bis 10 mbar, Quelle besitzt verstellbaren, linearen magnetischen Plasmaeinschluss
Selbstreinigung: Mechanisch, elektrisch
Merkmale: Entladungsbereich ist elektrisch isoliert (Bias fähig) Plasmaentladung im niedrigen Druckbereich remote oder direkt am Substrat
 

 

       

 


 

Das Konzept

Zwei Hohlzylinder bilden eine „Taille“ und trennen den Plasmaraum vom Beschichtungsraum. Das Reaktivgas bzw. dasTrägergas wird jenseits der Plasmaquelle eingebracht (Gaseinlaß 1). Das schichtbildende Gas (Gaseinlaß 2) wird über einen oder beide Hohlzylinder  zwischen Plasmaquelle und Substrat  eingebracht. Die unerwünschte Selbstbeschichtung findet hauptsächlich auf den Hohlzylindern statt. Die Hohlzylinder können unter Vakuumbedingungen bei Bedarf von Zeit zu Zeit mechanisch mit rotierenden Bürsten gereinigt werden. Die Magnetfelder und der Gaseinlaß 2 können unter Vakuumbedingungen zur Prozessoptimierung geschwenkt werden.

 

Grafik Prinzip

 

Mechanische Reinigung der Hohlzylinder

 

 


 

Ergebnisse

  • Schichten mit Oberflächenenergien von > 70 mN/m (mit Wasser gut benetzbar)
  • Schichten mit Oberflächenenergien von < 20 mN/m (weitgehend Wasser abweisend)

FT-IR Spektrum einer dünnen Acylschicht auf organisch modifiziertemr, dicken Quarzschicht. Die Acyrlsäure typischen Schwingungsbande sind deutlich erkennbar (blau markiert, gemessen von Nico Dams)

Acryl DE

Massenspektrum im Abgasstrom. Das Ausgangsmolkül Hexamethydisiloxan wird auch im Remote Prozess durch Sauerstoff deutlich fragmentiert (gemessen von Nico Dams)

Massenspektrum DE

 

 

Beschichtungstechnologie

 

Wir bieten kundenspezifische Lösungen im Bereich des Magnetron Sputterns und der plasmachemischen Gasphasenabscheidung (PECVD), sei es als es Komponenten oder Komplettlösungen. Komplettiert wird unser Portfolio durch Verbesserungen und Umbauten bestehender Systeme.

Prozesse

 

Unser umfangreiches Know-How in der Vakuumbeschichtung ermöglicht es uns, Lösungen für ein breites Spektrum an Oberflächenfunktionalisierungen kostengünstig anzubieten. Sollte unsere eigene Kompetenz nicht ausreichend sein, können wir durch unsere gute Vernetzung gegebenenfalls auch auf externes Fachwissen zurückgreifen.

Schichtanalyse / QS

 

Neben der Wirtschaftlichkeit ist die Gewährleistung der Eigenschaften von wesentlicher Bedeutung für die Abscheidung dünner Schichten. Wir verfügen über notwendige Analysemethoden zur Beurteilung der Qualität dünner Schichten und möglicher Ursachen im Versagensfall.

Beratung

 

Wir stellen unsere langjährigen Erfahrungen auch als Beratungsleistungen zur Verfügung. Ob es sich um Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen oder um technologische Verbesserungen, Produktivitätssteigerungen oder Fehleranalysen an Vakuumbeschichtungsanlagen handelt, unsere Spezialisten können (fast) immer helfen.