DE4414083A1 - Low pressure plasma appts. for applying coatings onto or etching on plastic substrates - Google Patents

Low pressure plasma appts. for applying coatings onto or etching on plastic substrates

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DE4414083A1 DE19944414083 DE4414083A DE4414083A1 DE 4414083 A1 DE4414083 A1 DE 4414083A1 DE 19944414083 DE19944414083 DE 19944414083 DE 4414083 A DE4414083 A DE 4414083A DE 4414083 A1 DE4414083 A1 DE 4414083A1
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Abstract

Equipment for applying thin material layers onto plastic substrates (9) and also for etching of plastic substrates (9) using a low pressure plasma has two diametrically opposing plasma sources (2,3) at a distance from a coating chamber (1) in which the substrate (9) is held between the working areas (19,20) and connected to the chamber (1) by tubes (4). In a form of the equipment for etching plastic substrates (9), the latter (9) is held in the plane of symmetry (S) between both halves of the vacuum chamber (1). The plasma sources (2,3) are on opposite sides of the symmetrical plane (S) and excitation and/or reaction gas is fed to the chamber (1). Outlets (22,2') allow emptying of the chamber (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen dünner Schichten auf Kunsttoff-Substraten mittels chemischer Gasphasenabscheidung durch Niederdruckplasma und zum Ätzen von Kunststoffsubstraten mittels Nieder­ druckplasma mit zwei einander diametral gegenüberliegend angeordneten Quellen und einer Beschichtungskammer in der die Substrate zwischen den Wirkungsbereichen beider Quellen gehalten sind. The invention relates to a device for manufacturing thin layers on plastic substrates chemical vapor deposition by low pressure plasma and for etching plastic substrates using low pressure plasma with two diametrically opposite one another arranged sources and a coating chamber in the the substrates between the areas of action of both Sources are kept.  

Kunststoffteile, insbesondere transparente Kunststoff­ teile, benötigen zur Erhaltung ihrer technischen und op­ tischen Funktion in der Regel eine Schutzschicht, insbe­ sondere gegen Verkratzen. Weiterhin sind für viele Anwen­ dungen Antireflexschichten aufzubringen. Zur Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte werden hierzu bevorzugt "trockene", d. h. naßchemiefreie Vakuumprozesse einge­ setzt. Im Stand der Technik sind hierzu insbesondere die folgenden Vorrichtungen und Verfahren bekannt.Plastic parts, especially transparent plastic parts, need to maintain their technical and op table function usually a protective layer, esp especially against scratching. Furthermore, for many users anti-reflective coatings. For the production high quality products are preferred "dry", i.e. H. wet chemical-free vacuum processes puts. In the prior art, in particular, the following devices and methods known.

Durch die Plasmapolymerisation lassen sich optisch neu­ trale Kratzschutzschichten herstellen (A. Koller, M. Hofer, H. Zimmermann in Proc. 11th Int. Symp. Plasma Chem. 22.-27.08.1993, Loughbourogh, p. 1005 bis 1009). Hierbei werden die Teile, typischerweise Kunststoff­ brillengläser, mittels nicht näher genannter chemischer Verbindungen beidseitig beschichtet. Nachteilig ist je­ doch, daß bei der beschriebenen Chargenanlage, eine Charge besteht aus ca. 100 Gläsern, prinzipbedingt lange Taktzeiten auftreten und die erzielte Homogenität der Be­ schichtung relativ niedrig ist. Letzteres bedingt, daß Entspiegelungsschichten in dieser Anlage nicht herzu­ stellen sind.The plasma polymerization can be optically new Produce central scratch protection layers (A. Koller, M. Hofer, H. Zimmermann in Proc. 11th Int. Symp. Plasma Chem. 22.-27.08.1993, Loughbourogh, p. 1005 to 1009). Here the parts, typically plastic eyeglass lenses, by means of chemical not specified Connections coated on both sides. It is always a disadvantage but that in the batch system described, a Batch consists of approx. 100 glasses, long in principle Cycle times occur and the homogeneity achieved stratification is relatively low. The latter requires that Anti-reflective layers in this system do not are put.

Vielmehr müssen die kratzschutzbeschichteten Gläser ent­ nommen, umgeladen und in einer gesonderten zweiten An­ lage, üblicherweise durch Aufdampfen, mit Entspiegelungs­ schichten versehen werden. Bei den marktüblichen Auf­ dampfanlagen können die Teile so nur einseitig bedampft werden. Dies erhöht mit Nachteil zum einen die Taktzeit für beidseitige Beschichtungen, zum anderen tritt hierbei im Fall ionenunterstützten Aufdampfens in Randnähe eine unerwünschte Rückseitenbeschichtung auf. Da diese durch Abschneiden des Randes entfernt werden muß, ist es nicht praktikabel, bereits auf Endmaß zugeschnittene Gläser auf diese Weise zu entspiegeln.Rather, the scratch-resistant glasses have to be removed taken, reloaded and in a separate second delivery layer, usually by vapor deposition, with anti-reflective coating layers are provided. With the usual Auf steam systems can only steam the parts on one side become. On the one hand, this disadvantageously increases the cycle time for double-sided coatings, the other occurs here in the case of ion-supported evaporation near the edge undesirable back coating. Because this through Clipping the edge must be removed, it is not  practical, cut to size glasses to anti-reflective this way.

Mit ionenunterstütztem Aufdampfen können einseitig Kratz­ schutz- und Entspiegelungsschichten in derselben Anlage erzeugt werden (S. Pongratz, A. Zöller, J. Vac. Sci. Technol. A, 10 (4), 1897-1904, 1992). Hierbei wird Siliziumdioxid mit einem Elektronenstrahlverdampfer ver­ dampft und dieser Dampfin einem Plasma teilweise ioni­ siert. Die Ionen werden in einem Potentialgefälle auf die Teile hin beschleunigt und übertragen ihre kinetische Energie auf die aufwachsende Siliziumoxidschicht. Unter diesen Bedingungen können sehr gute haftende und mecha­ nische stabile Kratzschutzschichten mit Entspiegelungs­ schichten bei reduzierter Taktzeit und Kosten hergestellt werden.With ion-assisted evaporation can scratch one side protective and anti-reflective coatings in the same system generated (S. Pongratz, A. Zöller, J. Vac. Sci. Technol. A, 10 (4), 1897-1904, 1992). Here will Verify silicon dioxide with an electron beam evaporator vapors and this vapor is partially ionic in a plasma siert. The ions are in a potential gradient on the Parts accelerate and transfer their kinetic Energy on the growing silicon oxide layer. Under these conditions can be very good adhesive and mecha niche stable scratch protection layers with anti-reflective coating layers with reduced cycle times and costs become.

Nachteilig ist jedoch, daß die Taktzeiten für sehr rasche Lieferung kleiner Stückzahlen - idealerweise zwei Gläser einer Brille - immer noch zu hoch sind und daß das Pro­ blem der Rückseitenbeschichtung besteht, zurechtge­ schnittene Teile also nicht ohne besonderen Aufwand be­ schichtet werden können.The disadvantage, however, is that the cycle times are very quick Delivery of small quantities - ideally two glasses glasses - are still too high and that the pro blem of the back coating, right cut parts can not be without special effort can be layered.

Durch Katodenzerstäubung (Sputtern) können sowohl kratz­ schützende als auch entspiegelnde Schichten hergestellt werden, die mechanische Beständigkeit der Schichten auf Kunststoffen ist jedoch noch problematisch. Nachteilig ist ferner, daß für chemisch verschiedene Schichten un­ terschiedliche Targets gegenüber den zu beschichtenden Teilen positioniert werden müssen, d. h. daß zum Aufbau von Mehrschichtsystemen bei höheren Homogenitätsanforde­ rungen die Teile vor ein anderes Target bewegt werden müssen. Cathode sputtering (sputtering) can both scratch protective as well as anti-reflective layers the mechanical resistance of the layers However, plastics are still problematic. Disadvantageous is further that un for chemically different layers Different targets compared to the ones to be coated Parts must be positioned, d. H. that to build of multi-layer systems with higher homogeneity requirements the parts are moved in front of another target have to.  

Bekannt ist auch eine Vorrichtung zur Herstellung von Magnetbändern bzw. von mit magnetisierbaren Schichten versehenen Kunststoffscheiben mit Hilfe von CVD-Quellen bei der Entladungsröhren beiderseits der durch die Be­ schichtungskammer transportierbaren Kunststoffsubstrate bzw. Folienbänder in der Kammer selbst angeordnet sind (EP 0 563 748 A2). Bei dieser bekannten Vorrichtung er­ folgt also die Beschichtung der beiden einander gegen­ überliegenden Flächen der scheiben- oder bandförmigen Substrate gleichzeitig, wobei die beiden Quellen jeweils von Abschirmungen umgeben sind, so daß die Wirkbereiche unmittelbar auf die beiden Substratflächen konzentriert sind.A device for producing is also known Magnetic tapes or with magnetizable layers provided plastic discs with the help of CVD sources in the discharge tubes on both sides of the through the Be stratification chamber transportable plastic substrates or foil tapes are arranged in the chamber itself (EP 0 563 748 A2). In this known device he so the coating of the two follows each other overlying surfaces of the disc or ribbon-shaped Substrates simultaneously, with the two sources each are surrounded by shields, so that the effective areas concentrated directly on the two substrate surfaces are.

Angesichts des Standes der Technik stellt sich die Auf­ gabe, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, transparente Formteile (Substrate) unter Vermeidung der oben genannten Nachteile des Standes der Technik mit ge­ ringer Taktzeit und preisgünstig in nur einer Vakuum­ kammer beidseitig zu beschichten. Die Vorrichtung soll hierbei hohe Beschichtungsraten, d. h. größer 0,1 µm pro Minute bei einer Inhomogenität der Schichtdicken und Schichteigenschaften von kleiner ± 1% ermöglichen. Weiterhin sollen die Formteile hierbei nur wenig erhitzt werden, so daß insbesondere auch die Beschichtung trans­ parenter Kunststoffe ohne gesonderte Kühleinrichtung möglich ist. Insbesondere soll die Vorrichtung in der Lage sein, flache Teile wie Scheiben oder Brillengläser oder dreidimensionale Körper von allen Seiten zugleich homogen zu beschichten und fertig ausgeformte Teile der­ art zu beschichten, daß formverändernde Nacharbeiten nicht mehr erforderlich sind.In view of the state of the art, the situation arises to provide a device that enables transparent molded parts (substrates) while avoiding the above-mentioned disadvantages of the prior art with ge short cycle time and inexpensive in just one vacuum to coat the chamber on both sides. The device is said to high coating rates, i. H. greater than 0.1 µm each Minute with an inhomogeneity of the layer thicknesses and Allow layer properties of less than ± 1%. Furthermore, the molded parts should only be heated slightly are, so that in particular the coating trans Parenter plastics without a separate cooling device is possible. In particular, the device in the Be able to find flat parts like panes or glasses or three-dimensional bodies from all sides at the same time to coat homogeneously and fully molded parts of the kind of coating that shape-changing rework are no longer required.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt da­ durch, daß die Quellen mit Abstand von der Beschichtungs­ kammer angeordnet und jeweils über Verbindungsrohre mit ihr verbunden sind.This object is achieved there through that the sources are spaced from the coating  chamber arranged and each with connecting pipes with connected to her.

Die Beschichtung der Substrate erfolgt insbesondere im "Downstream" eines intensiven Niedertemperaturplasmas. Hierbei wird typischerweise ein Edelgas- oder Stick­ stoffstrom durch eine sehr intensive Entladung, z. B. eine Mikrowellenentladung hindurchgeführt. Der Stickstoff wird hierdurch zu einem hohen Grad elektronisch angeregt, zu ca. 1 bis 2% in Atome zerlegt und zu einem geringeren Grad ionisiert. Von diesen hochenergetischen Teilchen werden nur die elektrisch neutralen Atome und hochange­ regten Moleküle für die Reaktion verwendet. Die Ladungs­ träger werden bereits kurze Zeit, d. h. in einiger Entfer­ nung, nach Verlassen der "heißen" Plasmazone durch Rekom­ bination vernichtet, während die Atome und angeregten Mo­ leküle eine wesentlich längere Lebensdauer haben und auch zu einem beispielsweise 1 m entfernten, im Downstream des Plasmas gelegenen, Substrat gelangen und ein dort einge­ lassenes Monomer zur Reaktion bringen können. Durch Biegungen des Verbindungsrohres zwischen der Plasmaquelle und der Vakuumkammer kann weiterhin die direkte Bestrah­ lung des Substrats mit der sehr energiereichen UV-Strah­ lung des Plasmas vermieden werden. Als Anregungsgas für das Plasma werden vorzugsweise Gase verwendet, die unter Plasmabedingungen keine Schichten bilden, wie z. B. Sauer­ stoff, Stickstoff, Wasserstoff oder Edelgas. Als Monomer, d. h. Reaktivgas oder auch Reaktivgasgemisch werden mit Vorteil flüchtige Silizium-, Titan-, Zirkon-, und andere Metall- oder Halbmetallverbindungen allein oder im Ge­ misch mit Sauerstoff oder Stickstoff oder einfachen Gasen bzw. Dämpfen verwendet.The substrates are coated in particular in the "Downstream" of an intense low-temperature plasma. This is typically a rare gas or stick material flow through a very intensive discharge, e.g. Legs Microwave discharge passed through. The nitrogen will thereby electronically stimulated to a high degree about 1 to 2% broken down into atoms and to a lesser Degrees ionized. Of these high energy particles only the electrically neutral atoms and highly excited molecules used for the reaction. The cargo Carriers are already a short time, d. H. some distance away after leaving the "hot" plasma zone by Rekom bin annihilated while the atoms and excited mo and have a much longer lifespan to, for example, 1 m away, in the downstream of the Plasmas located, substrate arrive and one there allowed to react monomer. By Bends in the connecting tube between the plasma source and the vacuum chamber can continue direct irradiation treatment of the substrate with the very high-energy UV radiation the plasma can be avoided. As an excitation gas for The plasma is preferably used under gases Plasma conditions do not form layers, such as. B. Sauer substance, nitrogen, hydrogen or noble gas. As a monomer d. H. Reactive gas or reactive gas mixture are also Advantage volatile silicon, titanium, zirconium, and others Metal or semi-metal compounds alone or in Ge mixed with oxygen or nitrogen or simple gases or steaming used.

Die üblicherweise gegenüber einer direkten Plasmaein­ wirkung geringe Abscheiderate einer solchen Anordnung wird dadurch mehr als ausgeglichen, daß ohne die Not­ wendigkeit, auf die Substrate Rücksicht zu nehmen mit sehr hohen Plasmadichten gearbeitet werden kann. Das Er­ gebnis ist ein chemisch gut kontrollierter dabei inten­ siver Prozeß.The usually compared to a direct plasma effect low deposition rate of such an arrangement  is more than compensated for by the fact that without the need agility to take the substrates into consideration very high plasma densities can be worked. The he The result is a chemically well-controlled process process.

Durch die Anwendung eines chemischen Gasphasenabscheide­ verfahrens müssen vorteilhafterweise die zu beschichten­ den Substrate nicht gekühlt werden und können daher rela­ tiv einfach in der Vorrichtung gehalten werden, so daß die gesamten zu beschichtenden Flächen beidseitig frei liegen. Diese Substrathalterung ermöglicht bei Einsatz zweier erfindungsgemäßer gegenüberliegender Quellen die simultane beidseitige Beschichtung der Substrate.By using a chemical vapor deposition The process must advantageously be coated the substrates are not cooled and can therefore rela tiv simply be held in the device so that the entire surfaces to be coated are free on both sides lie. This substrate holder enables in use two sources according to the invention which simultaneous coating of the substrates on both sides.

Es kann bei bestimmten Prozessen notwendig oder wünschenswert sein, zusätzliche Energie auf die aufwach­ sende Schicht einwirken zu lassen, z. B. zum Reinigen der Substrate oder Verdichten einzelner Schichten.It may be necessary in certain processes or be desirable to wake up additional energy to let the layer work, e.g. B. to clean the Substrates or densification of individual layers.

Dies kann z. B. durch Einwirkung eines Zusatz-Plasmas auf die Substrate geschehen. Zu diesem Zweck wird während des entsprechenden Prozeßschrittes entwederThis can e.g. B. by the action of an additional plasma the substrates happen. For this purpose, during the corresponding process step either

  • - ein zusätzliches Plasma in der Nachbarschaft der Substrate über eine spezielle Anordnung (z. B. RF- Elektroden, gesonderte MW-Einspeisevorrichtung) er­ zeugt oder- an additional plasma in the neighborhood of the Substrates via a special arrangement (e.g. RF Electrodes, separate MW feed device) er testifies or
  • - ein von den Substraten ausgehend weiter ausgedehntes Plasma erzeugt, das nach Beendigung des entsprechen­ den Prozeßschrittes durch geeignete Maßnahmen von den Substraten weg verlagert wird, so daß im wesent­ lichen eine Downstream-Anordnung entsteht. Dies kann durch Zuschalten eines Elektromagneten erzielt wer­ den, wodurch das Plasma nahe dem Elektromagneten konzentriert und somit von der Substratoberfläche weg verlagert wird.- one that extends further from the substrates Generates plasma that correspond to when finished the process step through suitable measures by the substrates is shifted away so that essentially A downstream arrangement is created. This can by switching on an electromagnet who achieved which, causing the plasma near the electromagnet  concentrated and thus from the substrate surface is shifted away.

Die Verwendung von Elektromagneten eröffnet die zusätz­ liche vorteilhafte Möglichkeit, die Linsen bei bestimmten Prozeßschritten, z. B. der Vorbehandlung, gezielt einem Plasma auszusetzen. Hierdurch ließe sich beispielsweise eine Haftvorbehandlung durchführen oder eine Vernetzung, bzw. Verdichtung bestimmter Schichten. Falls auf ein oben beschriebenes Abwinkeln des Verbindungsrohres verzichtet wird, sollte zur Abschirmung der UV-Strahlung eine Blende vorgesehen werden.The use of electromagnets opens the additional Liche advantageous way to use the lenses at certain Process steps, e.g. B. the pretreatment, targeted one Expose to plasma. This could, for example carry out pretreatment or networking, or compaction of certain layers. If on one above described bending the connecting tube dispensed with a shield should be used to shield the UV radiation be provided.

Das Vakuumsystem der Vorrichtung kann aufgrund des recht hohen Prozeßdrucks von ca. 0,0005 bis 5 mbar sehr einfach gehalten werden.The vacuum system of the device can be due to the right high process pressure of approx. 0.0005 to 5 mbar very easily being held.

Die kritischste Baugruppe ist die Gasversorgung, insbe­ sondere die Zufuhr von Momomer und Sauerstoff, da sowohl das Mischungsverhältnis als auch der Gesamtfluß deut­ lichen Einfluß auf die Schichtaufwachsrate und die Schichteigenschaften haben. Bei den genannten hohen Ab­ scheideraten von beispielsweise 10 Nanometer pro Sekunde dauert die Abscheidung einer SiO₂-Schicht des Ent­ spiegelungspakets ca. 1 bis 8 Sekunden.The most critical component is the gas supply, in particular especially the supply of momomer and oxygen, since both the mixing ratio as well as the total flow influence on the layer growth rate and the Have layer properties. At the high Ab cutting rates of, for example, 10 nanometers per second takes the deposition of a SiO₂ layer of the Ent mirroring package approx. 1 to 8 seconds.

Die Gaseinlässe in die Plasmazonen der Vakuumkammer sind vorteilhafterweise so optimiert worden, daß einerseits eine ausgeprägte Strömung in Richtung der Substrate hin gegeben ist, sich andererseits aber die Einsprühkegel nicht in Form von Inhomogenitäten auf den Linsen ab­ bilden. Entsprechend ist auch die Form und die Anordnung der Pumpöffnungen optimiert. Hierbei sind insbesondere lange Strömungswege entlang der Substratoberfläche ver­ mieden worden, da sich andernfalls deutliche Inhomogeni­ täten der Beschichtung ausbilden könnten.The gas inlets into the plasma zones of the vacuum chamber are advantageously optimized so that on the one hand a pronounced flow towards the substrates is given, but on the other hand the spray cone not in the form of inhomogeneities on the lenses form. The shape and the arrangement are corresponding of the pump openings optimized. Here are in particular long flow paths along the substrate surface ver  have been avoided, otherwise there would be significant inhomogeneities could form the coating.

Weitere Einzelheiten und- Merkmale sind in den Patentan­ sprüchen näher gekennzeichnet.Further details and features are in the patents sayings marked in more detail.

Die Erfindung läßt die verschiedenartigsten Ausführungs­ beispiele zu. Einige davon sind in den anhängenden Zeich­ nungen schematisch näher dargestellt, es zeigen im einzelnen:The invention allows the most varied execution examples of. Some of them are in the attached drawing nations schematically shown in more detail single:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Downstream-Plasmaquellen, welche beider­ seits der Beschichtungskammer quer zur Symmetrieebene angeordnet sind, in Schnittdarstellung, Fig. 1 shows a device according to the invention with two downstream plasma sources, which are arranged on both sides of the coating chamber transversely to the plane of symmetry in sectional view,

Fig. 2 eine Vorrichtung ähnlich der in Fig. 1, wobei jedoch die Plasmaquellen in der Sym­ metrieebene angeordnet sind, Fig. 2 shows a device of the said, however, the plasma sources are arranged in the Sym metrieebene similarly in Fig. 1,

Fig. 3 eine Vorrichtung als Kombination einer Downstream- und einer direkten Plasma­ quelle in der Seitenansicht sowie Fig. 3 shows a device as a combination of a downstream and a direct plasma source in side view

Fig. 4 eine Vorrichtung mit einer RF-Downstream- Plasmaquelle in der Seitenansicht. Fig. 4 shows a device with an RF downstream plasma source in side view.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung (Fig. 1) besteht aus einer im wesentlichen zylindrischen Beschichtungskammer 1 und zwei Plasmaquellen 2 und 3. Die Kammer 1 ist durch eine horizontale Symmetrieebene S geteilt und die beiden Quellen 2 und 3 sind an den beiden gegenüberliegenden Kammerwänden ober- und unterhalb der Symmetrieebene S an­ geordnet. A device according to the invention ( FIG. 1) consists of an essentially cylindrical coating chamber 1 and two plasma sources 2 and 3 . The chamber 1 is divided by a horizontal plane of symmetry S and the two sources 2 and 3 are arranged on the two opposite chamber walls above and below the plane of symmetry S.

Da die beiden Vorrichtungshälften spiegelsymmetrisch aus­ geführt sind, wird nachfolgend nur die eine obere Hälfte der Vorrichtung im Detail beschrieben.Since the two halves of the device are mirror-symmetrical only one upper half is listed below the device described in detail.

Die Plasmaquelle 2 besteht im wesentlichen aus einem Ver­ bindungsrohr 4, in welchem eine Mikrowellen-Quelle 5 vor­ gesehen ist. Durch diese wird ein Anregungsgasstrom 6, beispielsweise N₂, von einem nicht gezeigten Gasvorrats­ system hindurchgeführt und erzeugt in Zusammenwirkung mit einer Spulenanordnung 7 eine erste Plasmazone P. In dem Rohr 4 sind Schikanen bzw. Blenden 8, 8′, . . . zur Ab­ schirmung der harten UV-Strahlung von dem zu beschichten­ den Substrat 9 vorgesehen.The plasma source 2 consists essentially of a Ver connecting tube 4 , in which a microwave source 5 is seen before. Through this an excitation gas stream 6 , for example N₂, is passed through a gas supply system, not shown, and generates a first plasma zone P in cooperation with a coil arrangement 7. In the tube 4 , baffles or apertures 8 , 8 ',. . . To shield the hard UV radiation from the substrate 9 to be provided.

Das scheibenförmige Substrat 9 wird mittels eines Substrathalters 10 in der Symmetrieebene S gehalten. Der Substrathalter 10 greift dabei an den äußeren Umfangs­ flächen des Substrats 9 an und läßt somit die Ober- und Unterseite des Substrats 9 für die Beschichtung frei. Eine Substratheizung 11 ist innerhalb der Vakuumkammer so angeordnet, daß diese optional eine Temperierung des Substrats 9 ermöglicht.The disk-shaped substrate 9 is held in the plane of symmetry S by means of a substrate holder 10 . The substrate holder 10 engages the outer peripheral surfaces of the substrate 9 and thus leaves the top and bottom of the substrate 9 free for coating. A substrate heater 11 is arranged within the vacuum chamber so that it optionally enables the substrate 9 to be tempered.

Zur Erzeugung der Schichten auf dem Substrat 9 ist ein ringförmiges Gasführungssystem 12 vorgesehen, welches die Vakuumkammer 1 außen umgibt. Dieses System 12 besteht aus einem inneren Ringkanal 13 zur Führung eines ersten Mono­ mers, sowie aus einem äußeren Ringkanal 14 zur Führung eines zweiten Monomers, wobei der innere Ringkanal 13 in dem äußeren Ringkanal 14 angeordnet ist. Durch einen weiteren Ringkanal 15 ist die Zufuhr von z. B. Sauerstoff in das Kammerinnere ermöglicht. Aus den Ringkanälen 13, 14, 15 werden die Reaktionsgase durch ein Düsensystem in die Kammer 1 eingelassen. Dabei ist für jedes Gas eine separate Reihe von Düsen 16, 16′, . . ., 17, 17′, . . ., 18, 18′, . . . vorgesehen, alternativ ist auch eine Ausführung mit umlaufenden Schlitzdüsen möglich. Diese Düsen 16, 16′, . . ., 17, 17′, . . . 18, 18′, . . . sind in drei Reihen übereinander angeordnet und so ausgerichtet, daß die Gase in Richtung auf das Substrat hin geführt werden. Dadurch werden im "Downstream" der Plasmaquelle 2 in der Vakuum­ kammer 1 zu beiden Seiten des Substrats 9 zwei Reaktions­ zonen 19, 20 erzeugt.To produce the layers on the substrate 9 , an annular gas routing system 12 is provided which surrounds the vacuum chamber 1 on the outside. This system 12 consists of an inner ring channel 13 for guiding a first monomer, and an outer ring channel 14 for guiding a second monomer, the inner ring channel 13 being arranged in the outer ring channel 14 . By a further annular channel 15, the supply of z. B. allows oxygen into the interior of the chamber. The reaction gases are admitted into the chamber 1 through a nozzle system from the ring channels 13 , 14 , 15 . A separate row of nozzles 16 , 16 ',. . ., 17 , 17 ',. . ., 18 , 18 ′,. . . provided, alternatively a version with circumferential slot nozzles is also possible. These nozzles 16 , 16 ',. . ., 17 , 17 ',. . . 18 , 18 ′,. . . are arranged in three rows one above the other and aligned so that the gases are directed towards the substrate. As a result, two reaction zones 19 , 20 are generated in the "downstream" of the plasma source 2 in the vacuum chamber 1 on both sides of the substrate 9 .

Ferner ist in der Vakuumkammer 1 in unmittelbarer Nähe des Substrats 9 eine RF-Ringelektrode 21 zur Erzeugung eines beschichtungswirksamen Zusatzplasmas vorgesehen. Zum Abpumpen des Innenraums der Vakuumkammer 1 sind in der Symmetrieebene S Auslaßöffnungen 22, 22′, . . . ange­ ordnet, welche über einen Pumpkanal 23 mit einer, der Einfachheit halber nicht dargestellten Vakuumpumpe ver­ bunden sind.Furthermore, an RF ring electrode 21 is provided in the vacuum chamber 1 in the immediate vicinity of the substrate 9 for generating a coating-effective additional plasma. For pumping out the interior of the vacuum chamber 1 , outlet openings 22 , 22 ',. . . is arranged, which are connected via a pump channel 23 with a, for the sake of simplicity, a vacuum pump a related party.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung dargestellt, die in den meisten ihrer Merkmale der Darstellung in Fig. 1 ent­ spricht. Der wesentliche Unterschied besteht jedoch darin, daß die Symmetrieebene S um 90 Grad gedreht wurde und die beiden Plasmaquellen 25, 26 nun in der Symmetrie­ ebene S liegen. Der Substrathalter 27 ist nun so ausge­ führt, daß die zu beschichtenden Substrate 30, 31, in diesem Fall handelt es sich um Brillengläser, in der Substratebene S angeordnet sind.In Fig. 2 a device is shown, which speaks ent in most of its features of the representation in Fig. 1. The main difference, however, is that the plane of symmetry S has been rotated by 90 degrees and the two plasma sources 25 , 26 are now in plane S of symmetry. The substrate holder 27 is now out so that the substrates to be coated 30 , 31 , in this case it is glasses, are arranged in the substrate plane S.

Weitere alternative Ausführungsformen der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung sind in den Fig. 3 und 4 darge­ stellt, wobei der Einfachheit halber jeweils nur eine Hälfte der Vorrichtung schematisch gezeigt ist, da diese wiederum spiegelsymmetrisch zu beiden Seiten der Symme­ trieebenen S ausgeführt sind. Die Kombination einer Mikrowellen-"Downstream"-Plasmaquelle mit einer "direkten"-Mikrowellen-Plasmaquelle ist in Fig. 3 ausge­ führt. Eine Vakuumkammer 44 ist mit einem Gasführungs­ system 45 ausgerüstet und mit einem Verbindungsrohr 46 senkrecht zur Symmetrieebene S verbunden. Am unteren Ende des Verbindungsrohrs 46 ist unmittelbar an der Wand der Vakuumkammer 44 eine Mikrowellenquelle 47 angeordnet. In einem Abstand zu dieser Quelle 47 ist eine weitere Quelle 48 vorgesehen, wobei beide Quellen von einem Anregungs­ gasstrom 49 durchquert werden.Further alternative embodiments of the device according to the invention are shown in FIGS . 3 and 4, wherein for the sake of simplicity only one half of the device is shown schematically, since these are in turn mirror-symmetrical on both sides of the symmetry planes S. The combination of a microwave "downstream" plasma source with a "direct" microwave plasma source is shown in FIG. 3. A vacuum chamber 44 is equipped with a gas routing system 45 and connected to a connecting tube 46 perpendicular to the plane of symmetry S. At the lower end of the connecting tube 46 , a microwave source 47 is arranged directly on the wall of the vacuum chamber 44 . A further source 48 is provided at a distance from this source 47 , both sources being crossed by an excitation gas stream 49 .

Zur Erzeugung eines "Downstream"-Plasmas mittels einer Radiofrequenz-Quelle (Fig. 4) ist eine RF-Spule in einiger Entfernung von der Vakuumkammer 50 um das Verbin­ dungsrohr 52 angeordnet. Diese Spule 53 ist mit einem nicht gezeigten RF-Generator und einem Anpaßnetzwerk mittels der RF-Anschlüsse 54 verbunden. Am unteren Ende des Verbindungsrohres 52 ist ein ringförmiger Elektro­ magnet 55 zur wahlweisen Konzentration des Plasmas in Entfernung von den Substraten vorgesehen.To generate a "downstream" plasma by means of a radio frequency source ( FIG. 4), an RF coil is arranged at a distance from the vacuum chamber 50 around the connecting pipe 52 . This coil 53 is connected to an RF generator (not shown) and a matching network by means of the RF connections 54 . At the lower end of the connecting tube 52 , an annular electric magnet 55 is provided for optional concentration of the plasma at a distance from the substrates.

BezugszeichenlisteReference list

1 Vakuumkammer, Beschichtungskammer
2 Plasmaquelle
3 Plasmaquelle
4 Verbindungsrohr
5 Mikrowellen-Quelle
6 Anregungsgasstrom
7 Spulenanordnung
8, 8′, . . . Blende, Schikane
9 Substrat
10 Substrathalter
11 Substratheizung
12 Gasführungssystem
13 innerer Ringkanal
14 äußerer Ringkanal
15 Ringkanal
16, 16′, . . . Düse
17, 17′, . . . Düse
18, 18′, . . . Düse
19 Reaktionszone
20 Reaktionszone
21 Ringelektrode
22, 22′, . . . Auslaßöffnung
23 Pumpkanal
24 Vakuumkammer
25 Plasmaquelle
26 Plasmaquelle
27 Substrathalter
28 Plasmazone
29 Plasmazone
30 Substrat
31 Substrat
44 Vakuumkammer
45 Gasführungssystem
46 Verbindungsrohr
47 Mikrowellen-Quelle
48 Mikrowellen-Quelle
49 Anregungsgasstrom
50 Vakuumkammer
51 Gasführungssystem
52 Verbindungsrohr
53 Radiofrequenz-Spule
54 Radiofrequenz-Anschluß
55 Elektromagnet
S Symmetrieebene
P Plasmazone 1 vacuum chamber, coating chamber
2 plasma source
3 plasma source
4 connecting pipe
5 microwave source
6 excitation gas flow
7 coil arrangement
8 , 8 ' , . . . Aperture, chicane
9 substrate
10 substrate holders
11 substrate heating
12 gas routing system
13 inner ring channel
14 outer ring channel
15 ring channel
16 , 16 ' , . . . jet
17 , 17 ' , . . . jet
18 , 18 ′ , . . . jet
19 reaction zone
20 reaction zone
21 ring electrode
22 , 22 ' , . . . Outlet opening
23 pump channel
24 vacuum chamber
25 plasma source
26 plasma source
27 substrate holder
28 plasma zone
29 plasma zone
30 substrate
31 substrate
44 vacuum chamber
45 Gas routing system
46 connecting pipe
47 Microwave source
48 microwave source
49 excitation gas flow
50 vacuum chamber
51 Gas routing system
52 connecting tube
53 radio frequency coil
54 Radio frequency connection
55 electromagnet
S plane of symmetry
P plasma zone

Claims (20)

1. Vorrichtung zum Herstellen dünner Schichten auf Kunststoff-Substraten mittels chemischer Gasphasenab­ scheidung durch Niederdruckplasma und zum Ätzen von Kunsttoff-Substraten mittels Niederdruckplasmas mit zwei einander diametral gegenüberliegend angeordneten Quellen (2, 3) und einer Beschichtungskammer (1) in der die Substrate (9) zwischen den Wirkungsbereichen (19, 20) beider Quellen (2, 3) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen (2, 3) mit Abstand von der Beschichtungskammer (1) angeordnet und je­ weils über Verbindungsrohre (4) mit ihr verbunden sind.1. Device for producing thin layers on plastic substrates by means of chemical gas phase separation by low pressure plasma and for etching plastic substrates by means of low pressure plasma with two diametrically opposed sources ( 2 , 3 ) and a coating chamber ( 1 ) in which the substrates ( 9 ) between the effective areas ( 19 , 20 ) of both sources ( 2 , 3 ), characterized in that the sources ( 2 , 3 ) are arranged at a distance from the coating chamber ( 1 ) and each connected to it via connecting pipes ( 4 ) are. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsrohre (4) mit Schikanen (8, 8′) versehen sind, die eine direkte optische Verbindung zwischen den Quellen (2, 3) und den Substraten (9) verhindern.2. Device according to claim 1, characterized in that the connecting tubes ( 4 ) with baffles ( 8 , 8 ') are provided, which prevent a direct optical connection between the sources ( 2 , 3 ) and the substrates ( 9 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den beiden einander diametral gegenüberliegenden Quellen weitere Quellen (47) un­ mittelbar an der Wand der Beschichtungskammer (1) an­ geordnet sind.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that in addition to the two diametrically opposite sources other sources ( 47 ) are arranged un indirectly on the wall of the coating chamber ( 1 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung der Plasmaquellen (2, 3) mittels Mi­ krowellen und/oder Radiofrequenz erfolgt.4. The device according to claim 1, characterized in that the excitation of the plasma sources ( 2 , 3 ) by means of Mi krowellen and / or radio frequency. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungen der Plasmaquellen (2, 3) unab­ hängig voneinander regelbar sind. 5. The device according to claim 4, characterized in that the powers of the plasma sources ( 2 , 3 ) can be regulated independently of one another. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaquellen unmittelbar an der Kammerwand angeordnet sind und die Plasmen in Zonen erzeugt wer­ den, welche unmittelbar an das Substrat angrenzen.6. The device according to claim 3, characterized in that the plasma sources directly on the chamber wall are arranged and the plasmas are generated in zones those that directly adjoin the substrate. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung von Anregungsgas zur Erzeugung eines Plasmas mittels diskreter Düsen erfolgt.7. The device according to claim 1, characterized in that that the supply of excitation gas for generation of a plasma is carried out by means of discrete nozzles. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung von Anregungsgas zur Erzeugung eines Plasmas mittels poröser Körper mit einer Viel­ zahl von Gas-Austrittsöffnungen erfolgt.8. The device according to claim 1, characterized in that that the supply of excitation gas for generation of a plasma using a porous body with a lot number of gas outlet openings. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung von Reaktivgas in eine Reaktions­ zone (19, 20) mittels eines Ringkörpers (13, 14) er­ folgt.9. The device according to claim 1, characterized in that the supply of reactive gas in a reaction zone ( 19 , 20 ) by means of an annular body ( 13 , 14 ) it follows. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (13, 14) eine Vielzahl diskreter Düsen (16, 16′, . . ., 17, 17′, . . .) oder ringförmiger Schlitzdüsen aufweist.10. The device according to claim 9, characterized in that the annular body ( 13 , 14 ) has a plurality of discrete nozzles ( 16 , 16 ',..., 17 , 17 ',...) Or annular slot nozzles. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (16, 16′, . . ., 17, 17′, . . .) so ausge­ richtet sind, damit eine Gasströmung in Richtung auf das zu beschichtende Substrat (9) hin entsteht.11. The device according to claim 10, characterized in that the nozzles ( 16 , 16 ',.., 17 , 17 ',...) Are aligned so that a gas flow in the direction of the substrate ( 9 ) to be coated there arises. 12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (22, 22′, . . .) so angeordnet sind, daß eine Gasströmung parallel zur Symmetrie­ ebene (S) und vom Kammermittelpunkt zu den Kammer­ wänden hin entsteht. 12. The apparatus according to claim 1, characterized in that the outlet openings ( 22 , 22 ',...) Are arranged so that a gas flow parallel to the plane of symmetry (S) and from the chamber center to the chamber walls. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen so angeordnet sind, damit eine Gasströmung senkrecht von der Symmetrieebene (S) weg entsteht.13. The apparatus according to claim 1, characterized in that the outlet openings are arranged so that a gas flow perpendicular to the plane of symmetry (S) path arises. 14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Magnete (7) zur Konzentration des Plasmas in Substratnähe oder entfernt von dem Substrat (9) vor­ gesehen sind.14. The apparatus according to claim 1, characterized in that magnets ( 7 ) for concentrating the plasma near the substrate or removed from the substrate ( 9 ) are seen before. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Magnete zur Beeinflussung der Plasmadichte in der Nähe des Substrats vorgesehen sind.15. The apparatus according to claim 1, characterized in that magnets to influence the plasma density in the Proximity of the substrate are provided. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete innerhalb oder außerhalb der Vakuum­ kammer (32, 50) angeordnet sind.16. The apparatus according to claim 14, characterized in that the magnets are arranged inside or outside the vacuum chamber ( 32 , 50 ). 17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Substratheizung (11) in der Vakuumkammer (1) vorgesehen ist.17. The apparatus according to claim 1, characterized in that a substrate heater ( 11 ) in the vacuum chamber ( 1 ) is provided. 18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Regelung der Oberflächen­ temperatur der Innenwände der Vakuumkammer (1) vor­ gesehen ist.18. The apparatus according to claim 1, characterized in that a device for controlling the surface temperature of the inner walls of the vacuum chamber ( 1 ) is seen before. 19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer (1) mit einem Vakuumpumpstand verbunden ist.19. The apparatus according to claim 1, characterized in that the vacuum chamber ( 1 ) is connected to a vacuum pumping station. 20. Vorrichtung zum Ätzen von Kunststoffsubstraten mittels Niederdruckplasma in einer Vakuumkammer (1), wobei die Vorrichtung spiegelsymmetrisch ausgebildet ist und die zu ätzenden Substrate (9) mittels Substrathalter (10) in der Symmetrieebene (S) be­ festigbar sind dadurch gekennzeichnet, daß
  • - mindestens zwei diskrete Plasmaquellen (2, 3) zur Erzeugung je einer Reaktionszone (19, 20) zu beiden Seiten der Symmetrieebene (S) sowie
  • - Einrichtungen für die Zuführung von Anregungs­ und/oder Reaktivgas und
  • - Auslaßöffnungen (22, 22′, . . ) zum Anpumpen des Innenraums der Kammer (1) vorgesehen sind.
20. Device for etching plastic substrates by means of low-pressure plasma in a vacuum chamber ( 1 ), the device being mirror-symmetrical and the substrates to be etched ( 9 ) can be fastened by means of substrate holders ( 10 ) in the plane of symmetry (S), characterized in that
  • - At least two discrete plasma sources ( 2 , 3 ) for generating a reaction zone ( 19 , 20 ) on each side of the plane of symmetry (S) and
  • - Devices for the supply of excitation and / or reactive gas and
  • - Outlet openings ( 22 , 22 ',..) Are provided for pumping the interior of the chamber ( 1 ).
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