AT402945B

Process and apparatus for coating the surface of a substrate

Abstract

Process for coating the surface of a substrate in a vacuum or a reactive gas atmosphere, in which, in a first step, the substrate surface is treated, e.g. by coating etching, to improve adhesion of the layer to be applied and then, in a second step, a layer of a material is applied to the treated surface, e.g. by vapour deposition or sputtering, where, in the first step, a monoatomic or multiatomic layer is applied to the substrate surface in a manner known per se by means of a high-energy, ionizing particle beam.

AT402945B, drawing sheet 1
Sheet 1 of 9

Term

No projected expiry on record.

  1. Priority and filed
  2. Granted
  3. Today

24 claims: 24 independent, 0 dependent

  1. 1
    Patentansprüche claims 1. Process for coating the surface of a substrate in vacuum or reactive gas atmosphere, wherein the substrate surface in a first step for better adhesion of the applied layer, eg by a coating etch, and then in a second step a layer of a material, eg by vapor deposition or sputtering, is applied to the treated surface, characterized in that in the first step in a conventional manner by a high energy, ionized particle flow, a single or Mehratomlagenschicht is applied to the substrate surface. 1. Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eines Substrats in Vakuum- bzw. reaktiver Gas-Atmosphäre, wobei die Substratoberfläche in einem ersten Schritt zur besseren Haftung der aufzubringenden Schicht, z.B. durch ein Beschichtungsätzen, behandelt wird und dann in einem zweiten Schritt eine Schicht eines Materials, z.B. durch Aufdampfen oder Sputtern, auf die behandelte Oberfläche aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schritt in an sich bekannter Weise durch einen hochenergetischen, ionisierten Teilchenstrom eine Ein- oder Mehratomlagenschicht aufdie Substratoberfläche aufgebracht wird.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat z.B. durch Waschen, Beizen, Neutralisieren o.ä. vorgereinigt wird. Second A method according to claim 1, characterized in that the substrate, for example, by washing, pickling, neutralization or the like. is pre-cleaned.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- oder Mehratomlagenschicht am selben Ort aufgebracht wird wie die Materialschicht. Third A method according to claim 1 or 2, characterized in that the single or Mehratomlagenschicht is applied at the same location as the material layer. AT 402 945 Β AT 402 945 Β
  4. 4
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- oder Mehratomlagenschicht an einem anderen Ort aufgebracht wird wie die Materialschicht. 4th A method according to claim 1 or 2, characterized in that the single or Mehratomlagenschicht is applied to a different location than the material layer.
  5. 5
    Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im ersten Schritt hergestellte Haftschicht aus einem artgleichen oder artfremden Material wie die im zweiten Schritt aufgebrachte Schicht besteht. 5th A method according to claim 1 to 4, characterized in that the adhesive layer produced in the first step consists of a similar or dissimilar material as the layer applied in the second step.
  6. 6
    Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt die Materialschicht durch einen hochenergetischen und/oder stark ionisierten Teilchenstrom aufgebracht wird. 6th A method according to claim 1 to 5, characterized in that in the second step, the material layer is applied by a high-energy and / or strongly ionized particle flow.
  7. 7
    Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Schritt die Materialschicht durch einen niederenergetischen und/oder gering bzw. nicht ionisierten Teilchenstrom aufgebracht wird, dem gegebenenfalls ein hochenergetischer Teilchenstrom überlagert wird. 7th The method of claim 1 to 6, characterized in that in the second step, the material layer is applied by a low-energy and / or low or non-ionized particle flow, which optionally a high-energy particle flow is superimposed.
  8. 8
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hochenergetische, ionisierte Teilchenstrom durch die Wechselwirkung einer gepulsten Laserstrahlung mit der Oberfläche eines Targetmaterials erzeugt wird. 8th. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the high-energy, ionized particle flow is generated by the interaction of a pulsed laser radiation with the surface of a target material.
  9. 9
    Vorrichtung zur Beschichtung von Oberflächen nach Anspruch 1 bis 8, wobei die zu beschichtende Oberfläche in einer Vakuumkammer (4) z.B. einer Bedampfungs- oder Sputtereinrichtung angeordnet ist, wobei ein Laserstrahl (2) eines, vorzugsweise gepulsten, Lasers (1) zur Erzeugung eines hochenergetischen ionisierten Teilchenstromes auf ein Targetmaterial (5) gerichtet ist, sodaß die enstehende Dampfwolke (6) sich auf der Substratoberfläche (7) niederschlägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsdichte des, vorzugsweise gepulsten Lasers (1) in einem Bereich von 106 W/cm2 bis 1012 W/cm2 liegt. 9th Device for coating surfaces according to claim 1 to 8, wherein the surface to be coated in a vacuum chamber (4), for example a sputtering or sputtering device is arranged, wherein a laser beam (2) of a, preferably pulsed, laser (1) for generating a high-energy ionized particle stream is directed to a target material (5), so that the vapor cloud (6) formed on the substrate surface ( 7), characterized in that the power density of the, preferably pulsed laser (1) in a range of 106 W / cm2 until 1012 W / cm2 lies.
  10. 10
    Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl durch eine optische Linse (9) fokussiert ist. 10th Apparatus according to claim 9, characterized in that the laser beam is focused by an optical lens (9).
  11. 11
    Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (9) dichtend in der Wand der Vakuumkammer (4) angeordnet ist. 11th Apparatus according to claim 10, characterized in that the lens (9) is arranged sealingly in the wall of the vacuum chamber (4).
  12. 12
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der gepulste Laser (1), z.B. ein Nd:YAG-Laser, ein Excimer-Laser, ein TEA-CO2-Laser oder ein Kupferdampf-Laser ist. 12th Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the pulsed laser (1), for example a Nd: YAG laser, an excimer laser, a TEA-CO2 laser or a copper vapor laser.
  13. 13
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer des Lasers (1) in einem Bereich von 1011 s bis 10-3 s liegt. 13th Device according to one of Claims 9 to 12, characterized in that the pulse duration of the laser (1) is within a range of 1011 s to 10-3 s is.
  14. 14
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsdauer des Lasers (1) in einem Bereich von 10“10 s bis 10-7 s liegt. 14th Device according to one of Claims 9 to 12, characterized in that the pulse duration of the laser (1) is within a range of 10 ".10 s to 10-7 s is.
  15. 15
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsdichte des gepulsten Lasers (1) in einem Bereich von 109 W/cm2 bis 101T W/cm2 beträgt. 15th Device according to one of Claims 9 to 14, characterized in that the power density of the pulsed laser (1) is in a range of 109 W / cm2 until 101T W / cm2 is.
  16. 16
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial (5) zylinder- oder scheibenförmig ausgebildet ist. 16th Device according to one of claims 9 to 15, characterized in that the target material (5) is cylindrical or disk-shaped.
  17. 17
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial (5) durch Abrastern mittels einer bewegbaren Spiegeloptik erodierbar ist. 17th Device according to one of claims 9 to 16, characterized in that the target material (5) can be eroded by scanning by means of a movable mirror optics.
  18. 18
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftreffwinkel zwischen Laserstrahl (2) und Targetoberflächennormale (5) in einem Bereich von 30’ bis 90’ liegt. 18th Device according to one of Claims 9 to 17, characterized in that the angle of incidence between the laser beam (2) and the target surface normal (5) lies in a range from 30 'to 90'.
  19. 19
    Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenbrennweite der Fokussierlinse (9) in einem Bereich von 300 mm bis 1000 mm liegt. 19th Device according to one of the preceding claims 9 to 18, characterized in that the lens focal length of the focusing lens (9) is in a range of 300 mm to 1000 mm.
  20. 20
    Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen der Fokussierlinse (9) und dem Targetmaterial (5) eine Blende (11) angeordnet 20th Device according to one of the preceding claims 9 to 19, characterized in that a diaphragm (11) is arranged in the beam path between the focusing lens (9) and the target material (5) AT 402 945 Β is. AT 402 945 Β ist.
  21. 21
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer ein zylindrischer oder kubischer Rezipient (4) ist und der Rezipientendruck in einem Bereich zwischen 21st Device according to one of claims 9 to 20, characterized in that the vacuum chamber is a cylindrical or cubic recipient (4) and the recipient pressure is in a range between 5. 10-6 mbar und 5.10-2 mbar liegt. 5th 10-6 mbar and 5.10-2 mbar is located.
  22. 22
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Targetmaterial metallisch, z.B. Titan, Eisen, Chrom, Silizium, Zirkon, oder nichtmetallisch, z.B. Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Lanthanhexaborid, ist. ist. 22nd Device according to one of Claims 9 to 21, characterized in that the target material is metallic, for example titanium, iron, chromium, silicon, zirconium or nonmetallic, for example aluminum oxide, zirconium oxide or lanthanum hexaboride. is.
  23. 23
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Gas aus Stickstoff, Sauerstoff, einem kohlenstoffhaltigen Trägergas oder deren Mischungen gebildet ist. 23rd Device according to one of claims 9 to 22, characterized in that the reactive gas is formed from nitrogen, oxygen, a carbon-containing carrier gas or mixtures thereof.
  24. 24
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (2) zur Anpassung der Absorption am Target und der Wechselwirkung mit dem absorbierenden Dampf vor seinem Auftreffen auf das Targetmaterial durch eine Frequenzvervielfachungs-Eimichtung geführt ist. 24th Device according to one of claims 9 to 23, characterized in that the laser beam (2) for adjusting the absorption at the target and the interaction with the absorbing vapor is guided before its impact on the target material by a frequency multiplier Eimichtung.
Independent claims24