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UNIVEX Coating Process

UNIVEX-Beschichtungsverfahren

UNIVEX-Dünnfilmbeschichtungsverfahren

UNIVEX umfasst Mehrzweck-Beschichtungssysteme für die Herstellung funktioneller physikalischer Dampfbeschichtungen.

Die Eigenschaften dünner Filme hängen von der verwendeten Prozesstechnologie ab. Verschiedene Prozessparameter haben einen Einfluss auf das Verhalten eines Dünnfilms. In unseren UNIVEX-Systemen können verschiedene Beschichtungsmethoden sowie eine Reihe von Substratbehandlungen angewendet werden. Unsere Leybold-Beschichtungssysteme basieren auf einer modularen Bauweise, die die Möglichkeit bietet, die spezifischen Anforderungen unserer Kunden zu erfüllen.

Prozessvariationen der UNIVEX-Beschichtung

Thermische Verdampfung

Thermisches Verdampfungsverfahren

Die thermische oder resistive Verdampfung ist die am besten etablierte Methode für die Dünnfilmbeschichtung. Diese Technik wird in einer Hochvakuumkammer wie unserem UNIVEX-System verwendet. Ein einzelner thermischer Verdampfer besteht aus zwei wassergekühlten Stromdurchführungen, die über eine Quelle wie Schiffchen oder Heizdraht verbunden sind. Das Material wird in der Quelle platziert, und durch den Strom steigt die Temperatur, bis das Material verdampft ist. 

Thermisches Verdampfungsverfahren

Unsere thermischen Standard-Verdampfungspakete sind in einfacher, zweifacher oder zweifacher unabhängigen Konfiguration erhältlich und eignen sich für Einfach- oder Co-Beschichtungsanwendungen.

Eine Vielzahl von Materialien wie Gold, Silber, Aluminium, Kupfer und viele andere Materialien kann mit thermischer Verdampfungstechnologie aufgetragen werden.

Elektronenstrahlverdampfung

Die Elektronenstrahlverdampfung ist eine weitere bewährte Verdampfungstechnologie, die in einer Umgebung mit hohem Vakuum eingesetzt wird. Das zu verdampfende Material befindet sich in einem Kupfertiegel. 

Elektronenstrahlverdampfung

Aus einem Wolframdraht wird ein Elektronenstrahl erzeugt, der durch Magnetfelder in ein „Pocket“ im Tiegel abgelenkt wird. Die Energie dieses Elektronenstrahls wird auf das Material gerichtet, das dadurch verdampft oder sublimiert wird.

Elektronenstrahlverdampfung

Die Elektronenstrahlpistole kann mehrere Konfigurationen haben. Es sind Einzel-Pocket-Tiegel oder Multi-Pocket-Tiegel mit unterschiedlichen Kapazitäten erhältlich. 

Verschiedene Stromversorgungen ermöglichen die Verdampfung von Materialien mit hohen Schmelzpunkten (z. B. Mo) oder sogar die Umsetzung von Prozessen mit hohen Beschichtungsraten.

Verdampfung von organischen Substanzen

Ein organischer Verdampfer wird auch als Knudsen-Zelle bezeichnet. Dabei handelt es sich um einen Effusionsverdampfer zur Verdampfung von Material mit niedrigem Partialdruck, der eine präzise Temperaturregelung erfordert, um funktionale Dünnfilme aufzutragen.

Das Material wird in einen Tiegel gelegt, der z. B. aus Quarz oder Keramik bestehen kann. Durch elektrische Erwärmung wird das Material bis zum Verdampfen aufgeheizt. Zur Temperaturregelung enthält der Verdampfer ein integriertes Thermoelement. Diese Art von Quelle eignet sich sehr gut zum Verdampfen organischer Materialien.

Process organics evaporation

Sputtern

Magnetron-Sputtern ist eine äußerst nützliche und produktive Methode, um schwer verdampfbare oder komplexe Materialien auf verschiedenen Substraten aufzutragen.

Leybold verwendet ein hochwertiges Edelstahlgehäuse und zylindrische oder rechteckige Magnetrons in unseren Sputter-Beschichtungssystemen. Wir empfehlen Drosseldruckregelventile in Verbindung mit unseren hochpräzisen Keramikmembran-Messgeräten für die Regelung des Sputter-Verfahrens und für reproduzierbare Prozesse.

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Sputtern

DC-Sputtern

Das Gleichstrom-(DC-)Sputtern wird häufig für metallische oder leitfähige Materialien verwendet, z. B. Al, Ti und ITO.

Bei solchen leitfähigen Materialien hat das DC-Sputtern eine höhere relative Beschichtungsrate als das HF-Sputtern und wird deshalb allgemein bevorzugt.

HF-Sputtern

Hochfrequenz-(HF-)Sputtern ist besonders nützlich, um nichtleitende oder keramische Materialien wie Oxide oder Sulfide zu sputtern. Es kann auch für leitfähige Materialien verwendet werden, hat jedoch eine geringere Beschichtungsrate als DC-gesputterte Materialien.

Das HF-Sputtern wird häufig für eine flache Dotierung während des Co-Sputterns mit einem DC-basierten Prozess mit höherer Rate verwendet.

Reaktives Sputtern

Beim reaktiven Sputtern wird mit einem elementaren Zielmaterial begonnen und ein Gas hinzugefügt, um ein neues Material auf dem Substrat zu bilden.

Es kann schwierig sein, Oxide, Nitride und Sulfide mit der für die jeweilige Anwendung angemessenen Reinheit zu erhalten. Kostengünstiger ist es, mit einem metallischen Ziel zu beginnen und dieses innerhalb der Kammer reagieren zu lassen.

Gepulstes DC-Sputtern

Das gepulste DC-Sputtern (PDC) wird in reaktiven Sputter-Prozessen verwendet, in denen Isolierfilme entstehen. Es kann zur Vergiftung des Metallziels durch das reaktive Gas kommen, was zu Lichtbögen und einem Verlust der Plasmastabilität führt.

Bei der gepulsten Gleichstromtechnik wird eine Wechselspannungsumkehr mit Hochfrequenzimpulsen verwendet, um eine höhere relative Leistung an das Ziel abzugeben und aufrechtzuerhalten. Die Reinigung der isolierenden Beschichtungen auf der Zieloberfläche führt zu höheren Beschichtungsraten und zu einem konsistenteren Prozess.

PDC-Stromversorgungen verfügen in der Regel über eine „aktive“ Lichtbogenunterdrückung, die zusätzliche Umkehrimpulse hinzufügen kann, falls Lichtbögen erkannt werden.

Ionenquelle

Die Ionenquelle ist eine Vorrichtung, die energetische Ionen erzeugt, die auf ein Substrat gerichtet werden. Die Ionenquellen sind ohne Gitter und mit Gitter verfügbar. Sie werden häufig für die ionenstrahlgestützte Beschichtung (IBAD), Vorreinigung, Modifikation und Aktivierung der Substratoberfläche verwendet.

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Ionengestützte Beschichtung

Bei einem Beschichtungsprozess erreicht das Material die Oberfläche des Substrats mit einem Flussmittel, Ionisierungspotenzial und einer bestimmten Temperatur. Diese Faktoren haben einen enormen Einfluss auf die Dichte, Reinheit und Kristallinität des aufgetragenen Films.

Unter Verwendung einer Ionenquelle kann zusätzliche Energie über energetische Ionen auf das Gasphasenmaterial und den Dünnfilm angewendet werden. 

Dies beeinflusst die Filmeigenschaften wie Adhäsion, Zusammensetzung, interne Filmbelastung und Kristallinität.

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Prozessgaseinlass

Für verschiedene Beschichtungsprozesse ist eine Gaszufuhr erforderlich, bei der es sich um Argon, Stickstoff, Sauerstoff und andere handeln kann. Wir bieten geeignete Massendurchflussregler und Durchführungen für diese Anwendungen.

Messung der Filmdicke

In den UNIVEX-Einheiten können verschiedene Dünnfilm-Dickenmessgeräte installiert werden. Die Auswahl hängt von den erforderlichen Messungen und dem erforderlichen Automatisierungsgrad ab. Standardmäßig werden oszillierende Kristallsysteme verwendet.

Diese können aus einem oder mehreren Sensorköpfen mit oder ohne Blende bestehen. Der Sensorkopf wird entweder von einer Überwachung oder einer Steuerung (Mess-/Regelrate und Dicke) angetrieben.

Zusätzliche UNIVEX-Beschichtungsverfahren

Substratbehandlung

Um die Filmeigenschaften während des Beschichtungsprozesses zu verbessern oder zu ändern, können verschiedene Methoden der Substratbehandlung und -manipulation angewendet werden.

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Substratrotation

Die Rotation wird verwendet, um die Einheitlichkeit des Dünnfilms über die Substratoberfläche hinweg zu verbessern. Wir bieten eine breite Palette an möglichen Lösungen für einzelne oder mehrere Substrate, einschließlich Planetenantrieben.

Typische Kombinationen mit anderen Substratmanipulationsfunktionen sind:

  • Heizung, Kühlung
  • HF/DC-Vorspannung
  • Höhenverstellbarkeit (Quelle zu Substrat)
  • Neigen
  • Glanzwinkel-Beschichtung (GLAD)
  • Gradientenblenden
UNIVEX Coating Process

Substrataufheizung

Das Aufheizen des Substrats hilft bei der Vorbereitung der Substratoberfläche vor der Beschichtung und unterstützt den Formungsprozess der aufgetragenen Schichten. Es können Heizungslösungen bis 1000 °C angeboten werden.

Substratbehandlung

Substratkühlung

Hitzeempfindliche Substrate oder Masken müssen während der Beschichtung gekühlt werden. Wir bieten wassergekühlte, Ln2-gekühlte oder mit speziellen Kühlflüssigkeiten kühlbare Substrathalter.

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Substratvorspannung

Die durch HF- oder DC-Vorspannung unterstützte Beschichtung verbessert die Hafteigenschaften und die Stöchiometrie des Dünnfilms. Zu diesem Zweck stehen geeignete Substrathalter und Stromversorgungen zur Verfügung.

Substratbehandlung
Prozess-Sputtern
Substratbehandlung

Planetenantriebe

Unsere Planetenantriebe werden für die spezifischen Substrate und Prozessanforderungen der Kunden konzipiert. 

Das Hauptsubstrat hat eine mittige Rotationsachse. Um diese Achse sind mehrere einzelne rotierende Planeten angeordnet. Die bestimmte Position eines Planeten ist immer anders, wenn er sich auf der Mittelachse dreht. Diese Planetenanordnung verbessert die Gleichmäßigkeit des Films. 

UNIVEX Coating Process
Substratbehandlung

Höhenverstellbarkeit (Quelle zu Substrat)

Der Abstand zwischen Quelle und Substrat ist ein wichtiger Faktor für verschiedene Anwendungen. Er hat einen wesentlichen Einfluss auf die Dünnfilmeigenschaften. Eine Erhöhung des Abstands zwischen Quelle und Substrat beeinflusst den Einfallswinkel auf das Substrat. Ein rechter Winkel zwischen dem Materialfluss und der Substratoberfläche optimiert die Eigenschaft eines Dünnfilms. 

Je nach Anwendung sind verschiedene modulare Komponenten verfügbar.

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Substratneigung

Die Substratneigung wird für verschiedene Anwendungen verwendet. Leybold kann Substrattische bereitstellen, die manuell wie auch automatisch geneigt werden können.

Substratbehandlung

Glanzwinkel-Beschichtung

Wird das Substrat während der Beschichtung geneigt, können interessante Strukturen/Muster (3D) auf dem Substrat erzeugt werden. Diese Technik wird als „Glanzwinkel-Beschichtung“ (Glancing Angle Deposition, GLAD) bezeichnet.

Substratrotation, -neigung, -beheizung und -kühlung sind möglich. Diese Technik kann beispielsweise bei einem thermischen Verfahren, einem Elektronenstrahlverdampfer oder einer Sputter-Quelle verwendet werden.

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Gradientenblenden

Mit unserer Gradienten-Blendenstufe können mehrere Proben mit unterschiedlichen Dicken und Materialeigenschaften erstellt werden.

Kühlfalle

In der Prozesskammer kann eine Kühlfalle platziert werden, um Gase auf eine entsprechend kalte Oberfläche zu kondensieren. Diese Methode ermöglicht die Reduktion von Molekülen in der Kammer und verkürzt die Zeit bis zum Erreichen des Prozessdrucks. 

Schleusenkammern

Eine Schleusenkammer ist eine sehr schnelle Methode zum Einführen von Substraten in Systeme mit hohem Unterdruck. Jede Schleusenkammer verfügt über ein eigenes Pumpensystem und ist über ein Absperrventil mit der Prozesskammer verbunden.

In der Schleusenkammer können ein oder mehrere Substrate gelagert und in die Prozesskammer transportiert werden. Die Prozesskammer muss lediglich zum Hinzufügen von Material oder zur Reinigung entlüftet werden. Für den Transport der Substrate zwischen den einzelnen Vakuumkammern werden üblicherweise motorgetriebene Roboterarme oder lineare Transferantriebe eingesetzt.

Nach Abschluss des Prozesses bringt der Transferarm das Substrat zurück an seine Position in der Schleusenkammer. Es kann entfernt oder sogar unter Vakuum gelagert werden, während sich ein neues Substrat bereits im Beschichtungsprozess befindet.

Der Vorteil einer Schleusenkammer ist die Verkürzung der Verarbeitungszeiten bei gleichzeitiger Vermeidung atmosphärischer Kontamination des Prozessmoduls. Jedes UNIVEX-System kann unabhängig von Typ oder Größe um eine Schleusenkammer erweitert werden.

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