DE102007009487A1 - Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf Substrate - Google Patents

Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf Substrate Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC-Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C-Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier. Diese zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichten vorwiegend spannungsfrei erzeugt werden können. Dazu sind jeweils mindestens eine Beschickungs-/Vorbehandlungskammer, eine Beschichtungskammer und eine Entnahmekammer nacheinander angeordnet, jeweils über eine Einrichtung zur Vakuumerzeugung separat bis auf Hochvakuum evakuierbar sowie separat belüftbar und durch Vakuumschleusen voneinander getrennt, wobei jeweils wenigstens ein Carrier mit mindestens einem Substrathalter zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat mittels der Transportvorrichtung bei geöffneter Vakuumschleuse von Kammer zu Kammer bewegbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier.
  • Die DE 44 17 114 A1 (Vorrichtung und Verfahren zur teilchenselektiven Abscheidung dünner Schichten mittels Laserimpuls-Abscheidung – PLD) betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit deren Hilfe zum Beispiel hochreine dünne Schichten hergestellt werden können. Das wird mit einer Vorrichtung erreicht, die mindestens ein Target, ein Substrat, ein Prozessgas, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines hochfrequenten elektrischen feldes und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer elektrischen Substratvorspannung enthält. Dabei wird durch einen Laserimpuls ein Laserplasma auf der Targetoberfläche erzeugt, das in den über der Substratoberfläche liegenden Halbraum gerichtet ist. Weiterhin wird ein Prozessgas eingegeben. Darüber hinaus werden in dem über der Substratoberfläche liegenden Halbraum ein hochfrequentes elektrisches Feld und ein durch die Substratvorspannung erzeugtes elektrisches Feld aufgebaut.
  • Durch die DE 201 20 783 U1 (Anlage zur Abscheidung dünner Schichten) ist eine Anlage zur Abscheidung dünner Schichten auf einem Substrat mittels gepulster Laserdeposition, mit zylinderförmigem Targetmaterial bekannt, wobei ein oder mehrere Laserquellen auf mindestens zwei Stellen auf dem Targetmaterial fokussiert sind.
  • Diese Lösungen sind auf die Beschichtung der Substrate beschränkt. Vor- und Nachbehandlungen der Substrate und der abgeschiedenen Schichten sind nicht vorgesehen.
  • Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten so zu schaffen, dass vorzugsweise diamantartige Kohlenstoffschichten mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und kubische Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf verschiedenartig geformte und auch auf temperaturempfindliche Substrate vorwiegend spannungsfrei erzeugt werden können.
  • Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
  • Die Vorrichtungen zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die Schichten vorwiegend spannungsfrei erzeugt werden können.
  • Dazu sind jeweils mindestens eine Beschickungs-/Vorbehandlungskammer, eine Beschichtungskammer und eine Entnahmekammer nacheinander angeordnet, jeweils über eine Einrichtung zur Vakuumerzeugung separat bis auf Hochvakuum evakuierbar sowie separat belüftbar und durch Vakuumschleusen voneinander getrennt, wobei jeweils wenigstens ein Carrier mit mindestens einem Substrathalter zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat mittels der Transportvorrichtung bei geöffneter Vakuumschleuse von Kammer zu Kammer bewegbar ist.
  • In jeder der Kammern ist jeweils wenigstens ein Carrier mit mindestens einem Substrathalter zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat angeordnet, der mittels geeigneter Transportvorrichtungen bei geöffneter Vakuumschleuse von Kammer zu Kammer transportierbar ist. Die Einführung des mit wenigstens einem unbeschichteten Substrat beladenen Carriers in die belüftete Beschickungs-/Vorbehandlungskammer und die Entnahme des mit den wenigstens einen beschichteten Substrats beladenen Carriers aus der belüfteten Entnahmekammer erfolgt durch hochvakuumdicht verschließbare Kammertüren.
  • In der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer ist entweder wenigstens eine Ionenquelle zur Ionenstrahlvorbehandlung des Substrats oder wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas zur Plasmavorbehandlung des Substrats angeordnet. Durch gesteuerte Relativbewegung zwischen dem Ionenstrahl oder dem Plasma und dem Substrat mittels Bewegungsvorrichtungen für den Carrier und die Substrathalter wird eine homogene Vorbehandlung des gesamten Substrats oder einer Substrat-Charge auf dem Carrier gewährleistet.
  • In und außerhalb der Beschichtungskammer sind jeweils Bestandteile wenigstens einer Targetstation und mindestens einer Spannungsreduzierungsstation angeordnet. Die Targetstation besteht aus einem in der Beschichtungskammer angebrachten Targethalter mit mindestens einem Target, welches in Ablationsposition und in einem vorgegebenen Abstand zu den sich auf dem Carrier in der Beschichtungsposition befindenden Substrat angeordnet ist. Als weitere Bestandteile der Targetstation sind außerhalb der Beschichtungskammer wenigstens ein Laser und wenigstens eine Einrichtung zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen eines Laserstrahls, dem Targetlaserstrahl, über das sich in Ablationsposition befindende Target angeordnet und eine Einrichtung zur Einkopplung dieses Targetlaserstrahls auf das Target an der Beschichtungskammer angeflanscht. Dabei wird der Targetlaserstrahl unter einem vorgegebenen Einfallswinkel von kleiner 70 Grad auf die Targetoberfläche gerichtet, damit die Laserstrahlenergie in ein kleines Targetvolumen deponiert und dadurch ein intensiver Targetteilchenstrom mit möglichst hoher Teilchenenergie ablatiert wird.
  • Die Spannungsreduzierungsstation zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen von abgeschiedenen Subschichten vorgegebener Dicke auf den sich in der Entspannungsposition auf dem Carrier befindendem Substrat besteht aus wenigstens einem Laser und wenigstens einer außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Einrichtung zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen wenigstens eines Laserstrahls sowie einer an der Beschichtungskammer angeflanschten Einrichtung zur Einkopplung dieses Laserstrahls, dem Substratlaserstrahl, mit vorgegebenem Querschnitt auf die Schichtoberfläche. Das sich in Ablationsposition befindende Target und das sich auf dem Carrier in Beschichtungsposition befindende Substrat sind des Weiteren zum Erreichen einer hohen Schichtabscheiderate vorzugsweise gegenüberliegend und mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet und/oder werden zusätzlich gesteuert relativ zueinander bewegt, damit der vom Target ablatierte, schichtbildende Teilchenstrom senkrecht oder weitestgehend senkrecht, jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Subschichten mit homogener und vorgegebener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden. Mit zunehmendem Einfallswinkel ist eine etwas höhere Targetlaserstrahlfluenz zur Erhöhung der Targetteilchenenergie zu wählen, damit der erforderliche Energie- und Impulseintrag in die aufwachsende Subschicht durch die Targetteilchen trotz größerem Einfallswinkel noch gewährleistet ist, jedoch kein streifender Einfall mit Einfallswinkeln von größer 60 Grad. Bei streifendem Einfall der Targetteilchen auf die Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche sind der Energie- und Impulseintrag der Targetteilchen in die aufwachsende Schichtoberfläche und die Subplantationstiefe der vom Target ablatierten, schichtbildenden Teilchen in die Schichtoberfläche zu gering für die Ausbildung der vorgegebenen Schichteigenschaften, beispielsweise eines hohen sp3-Bindungsanteils in ta-C Schichten und die Herausbildung der c-BN Schichtphase, auch bei sehr hohen Fluenzen.
  • Weiterhin werden die inneren Spannungen von Subschichten vorgegebener Dicke über die gesamte Subschichtfläche und die gesamte Subschichtdicke homogen oder mit vorgegebenen Gradienten lateral über die Subschichtfläche und über die Subschichtdicke durch geeignete Anordnung und Relativbewegung des sich auf dem Carrier in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substrat und des Substratlaserstrahls reduziert.
  • Die Abscheidung von Subschichten und die Spannungsreduzierung von abgeschiedenen Subschichten erfolgt dabei vorzugsweise alternierend bis zum Erreichen der vorgegebenen Gesamtschichtdicke.
  • Die Beschichtungsposition und die Spannungsreduzierungsposition der sich auf dem Carrier befindenden Substrate kann dabei gleich oder unterschiedlich sein. Bei gleicher Position werden die Substratlaserstrahlpulse zur Spannungsreduzierung vorzugsweise alternierend zwischen den vom Target ablatierten schichtbildenden Targetteilchenstrompulsen oder nach mehreren Targetteilchenstrompulsen auf die abgeschiedene Subschicht gerichtet. Bei unterschiedlicher Position wird das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat nach der Abscheidung einer Subschicht mit vorgegebener Dicke durch Bewegung des Carriers in die Spannungsreduzierungsposition verfahren.
  • Darüber hinaus sind die Bestandteile der Vorrichtung mit einem Datenverarbeitungssystem gekoppelt, so dass mit einem Programm eine Steuerung der Transport der Carrier und eine vorgegebene Variation aller Parameter für den Vorbehandlungs-, für den Beschichtungs- und den Spannungsreduzierungsprozess erfolgt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 33 angegeben.
  • Der Carrier als Träger des mindestens einen Substrathalters und des wenigstens einen Substrats besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 die Form einer Scheibe, eines Scheibenrings, einer Platte, eines Gestells oder eines Prismas. Darüber hinaus ist der Carrier wenigstens in der Beschichtungskammer zur Realisierung einer vorgegebenen lateralen Relativbewegung des Substrats vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets mit wenigstens einem Antrieb gekoppelt, um eine homogene oder vorgegebene laterale Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung zu erreichen. Für den zyklischen kontinuierlichen oder stufenweisen Transport des Substrats in die Beschichtungsposition und in die Spannungsreduzierungsposition und zum Erreichen einer homogenen oder vorgegebenen lateralen Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung wird eine vorgegebene Relativbewegung des Carriers, vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets, realisiert.
  • Der Carrier ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 3 als Scheibe oder Scheibenring ausgebildet. Für den zyklischen kontinuierlichen oder stufenweisen Transport des Substrats in die Beschichtungsposition und in die Spannungsreduzierungsposition und zum Erreichen einer homogenen oder vorgegebenen lateralen Schichtdickenverteilung und Spannungsreduzierung wird eine vorgegebene Relativbewegung, vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets, realisiert. Diese erfolgt durch gesteuerte kontinuierliche Rotation des Carriers mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit oder durch stufenweise Drehung um vorgegebene Winkel um seine vorzugsweise senkrecht zur Targetoberfläche gerichtete Symmetrieachse mittels vorhandener Antriebe und wahlweise auch durch gesteuerte laterale und parallele Verschiebung relativ zum Target mittels vorhandener Bewegungseinrichtungen.
  • Der Carrier ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 4 als Prisma ausgebildet und so angeordnet, dass dieser um seine vorzugsweise parallel zur Targetoberfläche gerichteten Symmetrieachse stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der mit Substraten belegten Prismenmantelflächen drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung der Substrate zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets lateral und vorzugsweise parallel relativ zur Targetoberfläche mittels vorhandener Bewe gungseinrichtungen vorgegeben verschiebbar ist.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ist in den Carrier wenigstens eine Bewegungsvorrichtung für den Substrathalter so integriert, dass das Substrat um seine Symmetrieachse oder um sein Symmetriezentrum mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit rotiert und/oder zyklisch über einen vorgegeben Winkelbereich zur Targetoberfläche geneigt wird.
  • Damit ist eine Verbesserung der Homogenität der Schichtdickenverteilung und der Spannungsreduzierung erzielbar. Bei komplizierten dreidimensionalen Substrat-Oberflächengeometrien, beispielsweise bei Bohrern und Fräsern, können die Substrate gleichzeitig zyklisch über einen vorgegebenen Winkelbereich zur Targetoberfläche geneigt werden. Durch die vorgegebene Relativbewegung des Carriers und Rotation und wahlweise zyklische Neigung des Substrats während des Schichtwachstumsprozesses erfolgt wenigstens zeitweise ein senkrechter Einfall der ablatierten Targetteilchen auf die jeweilige Substrat- oder Schichtoberfläche, wodurch die einfallenden ablatierten energetischen Targetteilchen den für die Herausbildung besonderer Schichteigenschaften erforderlichen Energie- und Impulseintrag in die aufwachsende Schichtoberfläche gewährleisten. Beispielsweise kann ein hoher sp3-Bindungsanteil in ta-C Schichten oder die kubische Bornitridphase in c-BN Schichten erzeugt werden.
  • Der Targethalter ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 scheibenförmig oder scheibenringförmig ausgebildet. Weiterhin besitzt der Targethalter mehrere kreisförmig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von vorzugsweise scheibenförmigen Targets oder von radial oder tangential auf dem Targethalter angeordneten zylinderförmigen Targets. Diese bestehen aus einem Targetmaterial oder verschiedenartigen Targetmaterialien. Darüber hinaus besitzt die Targetstation eine Vorrichtung zur Rotation des Targethalters um seine Symmetrieachse um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targets zur Drehung der einzelnen Targets in die Ablationsposition.
  • Der Targethalter besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 mindestens eine Vorrichtung zur Rotation des sich in Ablationsposition befindenden Targets um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit.
  • Der Targethalter oder wenigstens einzelne Targethalterungen des Targethalters sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 so ausgebildet, dass die Targetoberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets parallel oder unter einem vorgegebenen einstellbaren Winkel zur Oberfläche des sich in Beschichtungsposition befindenden Substrats gerichtet ist.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ist ein Targethalter oder sind mehrere vorzugsweise rotationssymmetrisch und prismenförmig angeordnete Targethalter zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von zylinderförmig ausgebildeten Targets ein Bestandteil der Targetstation. Diese Targets bestehen entweder aus einem Targetmaterial oder sind aus mehreren Segmenten aus verschiedenartigen Targetmaterialien zusammengesetzt. Weiterhin weist die Targetstation mindestens eine Vorrichtung zur Rotation wenigstens des sich in Ablationsposition befindenden Targets mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit um seine Symmetrieachse auf.
  • Die wenigstens eine Vorrichtung zur Rotation ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 vorteilhafterweise mit jeweils einer Einrichtung zur vorgegebenen Verschiebung der Targetsegmente parallel zur Symmetrieachse des jeweiligen Targets in die Ablationsposition versehen.
  • Der Targethalter ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 prismenförmig ausgebildet und besitzt prismenmantelflächenartig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von ebenen plattenförmigen Targets. Die Targets besitzen beispielsweise die Form eines Rechtecks. Darüber hinaus ist der Targethalter stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targethalterungen drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und den sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 ist mindestens eine Schutzblende für wenigstens ein sich nicht in Ablationsposition befindenden Targets und für wenigstens ein sich nicht in Beschichtungsposition befindenden Substrats in der Beschichtungskammer angeordnet. Dadurch sind diese vor einer Oberflächenverschmutzung mit ablatiertem Fremdmaterial geschützt.
  • Die Einrichtung zur Einkopplung des Targetlaserstrahls auf das sich in Ablationsposition befindende Target besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13 aus einem an einem Einkoppelflansch hochvakuumdicht angeflanschten Einkoppelfenster aus einem für die Wellenlänge des Targetlaserstrahls transparenten Material. Der Einkoppelflanschquerschnitt und das Einkoppelfenster sind weiterhin in ihrer Größe so bemessen, dass der Targetlaserstrahl über die gesamte Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets entweder nur linear mit konstanter oder vorgegeben variierter Geschwindigkeit bei rotierenden scheibenförmigen oder zylinderförmigen Targets oder zweidimensional flächenhaft bei nicht rotierendem Target, beispielsweise spiralförmig mit konstanter Vektorgeschwindigkeit oder kreisförmig und linear fortschreitend, gescannt werden kann, um je nach Targetform und Targetbewegung einen gleichmäßigen Targetabtrag über die gesamte Targetfläche zu erreichen.
  • Die Symmetrieachse des Einkoppelflansches ist weiterhin entweder unter einem vorgegebenen Winkel zur Targetoberfläche geneigt oder mittels Faltenbalgzwischenstück unter mehreren vorgegebenen Winkeln zur Targetoberfläche neigbar, damit der Targetlaserstrahl vorzugsweise unter einem bestimmten Winkel oder unter verschiedenen vorgegebenen Winkeln auf die Targetoberfläche gerichtet werden kann. Der eingesetzte Targetlaserstrahl muss eine für den effektiven Targetablationsprozess des jeweiligen Targetmaterials und für die Erzeugung eines energiereichen Targetteilchenstroms in Richtung des Substrats geeignete Wellenlänge, Pulsdauer und Fluenz sowie Fluenzhomogenität oder Fluenzverteilung über den Fokusquerschnitt auf der Targetoberfläche besitzen.
  • Der wellenlängenabhängige materialspezifische Absorptionskoeffizient des Targetmaterials muss für die Wellenlänge des Targetlaserstrahls genügend groß sein, damit die Photonen in einem möglichst kleinen Volumen absorbiert werden und die ablatierten Teilchen dadurch bei ausreichend hoher Fluenz genügend hohe Energien erhalten, die für die Herausbildung optimaler Schichteigenschaften, beispielsweise für die Erzeugung superharter ta-C- und c-BN-Schichten, erforderlich sind. Die Pulsdauer sollte dabei wenigstens im Zeitbereich von wenigen 10 ns und niedriger liegen, damit durch Wärmeleitung nur eine vernachlässigbarer Anteil der Photonenenergie aus dem Absorptionsvolumen abfließen kann.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 14 ist zur Verringerung bis zur Vermeidung der Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters für den Targetlaserstrahl mit ablatiertem Targetmaterial die Länge des Einkoppelflansches unter Beachtung der erforderlichen Brenn weite des außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Objektivs zur Fokussierung des Targetlaserstrahls auf das Target so lang wie möglich ausgebildet, da die Zahl der Targetteilchen, die auf das Fenster gelangen, sich mit dem Quadrat des Fenster–Targetabstandes verringert. Dadurch wird eine Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters für den Targetlaserstrahl mit ablatiertem Targetmaterial, die zur Reduzierung der Fluenz des Targetlaserstrahls auf dem Target führt, verringert bis vermieden.
  • Eine weitere Vermeidung der Fensterbelegung kann erreicht werden, wenn durch geeignete Wahl der Länge des Einkoppelflansches die Fluenz des auf das Target fokussierten und über die Targetoberfläche und dadurch auch über einen Flächenbereich des Einkoppelfensters gescannten Targetlaserstrahls auf der belegten Fensterinnenfläche noch groß genug ist, um das abgelagerte Targetmaterial wieder von der Fensterinnenfläche zu ablatieren.
  • Weiterhin kann zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und dem Einkoppelfenster eine synchron mit dem Targetlaserstrahlscann und senkrecht zum Targetlaserstrahl bewegbare, nur den Laserstrahlquerschnitt freigebende Blende angebracht sein.
  • Darüber hinaus können magnetfelderzeugende Anordnungen zur Ablenkung des ablatierten ionisierten Targetteilchenstromanteils von der Fensterinnenfläche vorhanden sein. Damit wird eine Verringerung der Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters mit Targetmaterial erreicht. Vorteilhaft sind beispielsweise rotationssymmetrische und trichterförmig divergierende Magnetfelder deren Feldlinien zu den Wänden des Einkoppelflansches und nicht bis zum Einkoppelfenster verlaufen.
  • Die Einrichtung zur Einkopplung des Substratlaserstrahls mit vorgegebenem Querschnitt auf die Schichtoberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 15 aus einem hochvakuumdicht angeflanschten Fenster aus einem für die Wellenlänge des Substratlaserstrahls transparenten Materials. Dieses Fenster kann vorteilhafterweise im über einen Mechanismus zu öffnenden Deckel der Beschichtungskammer angeordnet sein. Dieses Fenster ist in seiner Größe so bemessen, so geformt und so angeordnet, dass der Substratlaserstrahl während der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und der Oberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats, vorzugsweise durch Bewegung des Carriers und/oder des Substrats und/oder durch Scannen des Substratlaserstrahls über die Schichtoberfläche, entweder senkrecht oder unter einem vorgegebenen variierbaren Winkel auf die Schichtoberfläche gerichtet ist. Der eingesetzte Substratlaserstrahl besitzt des Weiteren eine für die Spannungsreduzierung des jewei ligen Schichtmaterials geeignete Wellenlänge, Pulsdauer und Fluenz sowie Fluenzhomogenität oder Fluenzverteilung über den Laserstrahlquerschnitt auf der Schichtoberfläche. Für eine effektive Spannungsreduzierung müssen die Photonen des Substratlaserstrahls nur im zu entspannenden Subschichtmaterial absorbiert werden. Folglich muss der wellenlängenabhängige materialspezifische Absorptionskoeffizient des Schichtmaterials für die gewählte Substratlaserwellenlänge genügend groß sein, damit die Eindringtiefe der Photonen nur im Bereich der abgeschiedenen Subschichtdicke liegt. Für die Spannungsreduzierung von ta-C Schichten kann beispielsweise ein KrF-Excimer Laser mit 248 nm Wellenlänge und für die Spannungsreduzierung von c-BN Schichten ein F2-Laser mit 157 nm Wellenlänge eingesetzt werden. Für den Spannungsreduzierungsprozess ist eine homogene Fluenzverteilung über den Laserstrahlquerschnitt auf der Schichtoberfläche ohne Fluenzspots von Vorteil.
  • In und/oder außerhalb der Beschichtungskammer sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 16 Bestandteile wenigstens einer der in situ Messeinrichtungen zur Ermittlung der der Pulsenergie, Fluenz und der Fluenzverteilung des Target- und des Substratlaserstrahls, zur Ermittlung der Schichtabscheiderate und der Schichtdicke, zur Ermittlung der Schichtspannung, zur Ermittlung der Substrat- und Schichtoberflächentemperatur sowie zur Ermittlung der Targetoberflächentemperatur oder zur Beurteilung der Schichtqualität angeordnet. Die in situ Messeinrichtung ist mit dem Datenverarbeitungssystem zusammengeschaltet, so dass eine messwertabhängige Steuerung der Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf Substrate gegeben ist.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 17 sind zur in situ Kontrolle der Pulsenergie, der Fluenz und der Fluenzverteilung der Laserstrahlen Laserleistungs- und Laserpulsenergiemessgeräte sowie Laserstrahlprofilometer und zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate, der Schichtdicke, der Dicke der jeweiligen abgeschiedenen Subschicht und der Schichtqualität ein in situ Ellipsometer angeordnet.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 18 ist eine optische Interferenz-Messeinrichtung so angeordnet, dass der Laserstrahl vorzugsweise eines Diodenlasers mit geeigneter Wellenlänge, der vom Schichtmaterial nur wenig absorbiert wird, unter einem vorgegebenem, von Null Grad verschiedenen Einfallswinkel auf die aufwachsende Schicht gerichtet und sowohl an der aufwachsenden Schichtoberfläche als auch an der Schicht-Substratgrenzfläche reflek tiert wird, wobei die reflektierten Strahlanteile interferieren und die mit zunehmender Schichtdicke entstehenden periodischen Intensitätsschwankungen mit Hilfe eines in Reflexionsrichtung des Laserstrahls angeordneten Fotodetektors registriert und als Messsignal zum Datenverarbeitungssystem geleitet werden.
  • Aus dem periodischen nahezu cosinusförmigen Verlauf des Messsignals mit abnehmender Amplitude kann die Schichtabscheiderate und die Schichtdicke ermittelt werden. Ein periodischer, nahezu cosinusförmiger Verlauf des Messsignals mit kontinuierlich abnehmender Amplitude bei kontinuierlicher Dickenzunahme der aufwachsenden Schicht weist dabei auf eine gleich bleibende Schichtqualität hin.
  • Zur in situ Messung der Target-, Substrat- und Schichtoberflächentemperatur sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 19 vorzugsweise Pyrometer angeordnet.
  • Zur in situ Bestimmung der Schichtspannung während des Beschichtungsprozesses und zur Kontrolle der Spannungsreduzierung während des Spannungsreduzierungsprozesse ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 20 auf dem Carrier in der Nähe eines Substrats ein nur an einem Ende befestigter Cantilever angebracht, dessen während des Beschichtungsprozesses mit zunehmender Dicke der aufwachsenden Subschicht zunehmender Radius der Verbiegung und während des Spannungsreduzierungsprozesses dieser Subschicht wieder abnehmender Radius der Verbiegung ermittelt und ausgewertet wird.
  • Der Radius der Verbiegung kann beispielsweise mittels zwei jeweils vom befestigten und losen Ende des Cantilevers reflektierte Diodenlaserstrahlen und einem positionsempfindlichen Strahldetektor (PSD) ermittelt werden.
  • In der Beschichtungskammer ist nach Weiterbildung des Patentanspruchs 21 mindestens eine Ionenstrahlstation zur Ionenbestrahlung des sich vorzugsweise in oder unmittelbar neben der Beschichtungsposition befindenden Substrats und der Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen superdünnen Schicht mit Ionenstrahlen (Substrationenstrahlen) vorgegebener Masse, Ladung, Energie und Ionenstromdichte angeordnet. Diese dient zur Bestrahlung mit Ionenstrahlen sowohl der sich vorzugsweise in Beschichtungsposition befindenden Substrate, um Absorptionsschichten unmittelbar vor der Beschichtung zu entfernen, als auch der Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen Schicht, um zusätzlich Energie und atomare Teilchen für den Schichtbildungsprozess zuzu führen.
  • Die Ionenstrahlstation besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 22 aus einer hochvakuumdicht angeflanschten oder in die Beschichtungskammer eingebauten Ionenquelle und einer Elektronenquelle zur Ladungskompensation des Ionenstrahls sowie außerhalb der Beschichtungskammer angeordneten Energie-, Gasversorgungs- und Kühleinheiten für den Betrieb der Ionenquelle und der Elektronenquelle. Die Ionenstrahlzusammensetzung, die Ionenenergie und die Ionenstromdichte des auf die Substrate und wahlweise auch auf die aufwachsende oder gerade abgeschiedene superdünne Schicht auftreffenden Ionenstrahls wird vorgegeben eingestellt oder variiert. Der Übergang von der Ionenbestrahlung der Substratoberfläche zur Schichtabscheidung und zur wahlweisen Ionenbestrahlung der aufwachsenden Schicht erfolgt dazu kontinuierlich ohne zeitliche Unterbrechung und ohne Unterbrechung des Vakuums.
  • Die Ionenstrahlzusammensetzung, die Ionenenergie und die Ionenstromdichte des auf die Substrate und wahlweise auch auf die aufwachsende oder gerade abgeschiedene superdünne Schicht auftreffenden Ionenstrahls werden vorgegeben eingestellt oder während der Bestrahlung variiert. Durch die Ionenbestrahlung der Substrate unmittelbar vor der Beschichtung sollen Absorptionsschichten aus Restgasbestandteilen, die zu einer Verringerung der Haftfestigkeit der nachfolgend abgeschiedenen führen können, entfernt werden. Durch die Ionenbestrahlung der aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen Schicht wird zusätzlich Energie für den Schichtbildungsprozess zugeführt und/oder bei der Abscheidung von Schichten aus Verbindungen die Stöchiometrie durch zusätzliche Zuführung wenigstens einer Komponente der Verbindung als Ionen gezielt eingestellt.
  • Zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target und dem sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 23 Magnetfelder vorhanden, deren Magnetfeldlinien vorzugsweise senkrecht von der gerade ablatierten Oberfläche des Targets bis senkrecht auf die gerade beschichtete Oberfläche des Substrats verlaufen, wobei das Target und das Substrat gegenüberliegend mit parallelen oder zueinander unter einem vorgegebenen Winkel geneigten Mittelsenkrechten oder geneigt und zueinander versetzt mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten von wenigstens 90 Grad angeordnet sind.
  • Diese Magnetfelder bewirken eine Konzentration des seitwärts vom Target ablatierten ioni sierten Teilchenstroms auf die Substrate und eine Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom und zusätzlich eine Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von vom Target ablatierten Partikulaten in die aufwachsende Schicht. Die Magnetfeldlinien verlaufen dabei vorzugsweise senkrecht von der gerade ablatierten Oberfläche des Targets bis senkrecht auf die gerade zu beschichtende Oberfläche des Substrats, damit die ablatierten ionisierten atomaren Targetteilchen und die ablatierten Elektronen auf Spiralbahnen entlang der Magnetfeldlinien zu dem Substrat geführt werden und eine räumliche Ladungstrennung zwischen den ablatierten ionisierten Targetteilchen und den etwa gleichvielen ablatierten Elektronen vermieden wird und somit keine die Ionenenergie verringernde Coulombwechselwirkung zwischen den beiden Ladungsträgerarten entsteht.
  • Die Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom durch magnetfeldverstärkte Elektronenstoßionisation von vorzugsweise ablatierten neutralen Targetteilchen im lasererinduzierten Plasma nahe über der Targetoberfläche basiert auf folgendem Wirkprinzip: Die mit etwa der gleichen Energie und vergleichbarer Energieverteilung wie die ionisierten und neutralen atomaren Targetteilchen ablatierten Elektronen werden in Targetnähe durch Coulombwechselwirkung mit den ionisierten Targetteilchen verzögert und die ionisierten Targetteilchen dabei beschleunigt bis sich beide Ladungsträgerarten mit vergleichbarer Geschwindigkeit und Geschwindigkeitsverteilung in Richtung Substrate bewegen. In unmittelbarer Targetnähe existiert jedoch noch eine hohe Teilchendichte und ein hochdichtes laserinduziertes Plasma, in dem die Elektronen noch eine genügend hohe Energie für die Ionisierung von ablatierten neutralen Targetteilchen besitzen und sich ihre Stoßwahrscheinlichkeit mit diesen Teilchen durch die Spiralbahnbewegung entlang der Magnetfeldlinien erhöht.
  • Jeweils hinter dem Target und dem Substrat sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 24 Polschuhe angeordnet. Diese sind weiterhin über wenigstens ein in der Beschichtungskammer angeordnetes oder durch die Wände der Beschichtungskammer hochvakuumdicht eingeführtes magnetisches Joch mit wenigstens einer Stromspule verbunden. Damit erfolgt die Erzeugung des Magnetfeldes zur Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat und zur Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom bei gegenüberliegender Anordnung des sich in Ablationsposition befindenden Targets und des Substrats mittels eines magnetischen Kreises.
  • Unmittelbar vor dem Target sowie unmittelbar vor dem Substrat und zwischen Target und Substrat sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 25 Magnetspulen oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten angeordnet.
  • Die Magnetfeldanordnungen nach Patentanspruch 24 und 25 können auch miteinander kombiniert werden, wodurch die erforderliche Stromstärke in den Magnetspulen verringert werden kann.
  • Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 26 so angeordnet, dass zusätzlich zur Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf die Substrate zur Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablatierten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei zueinander versetzter und geneigter Anordnung von Target und Substrat mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten der gerade ablatierten Targetoberfläche und der gerade zu beschichtenden Substratoberfläche von wenigstens 90 Grad ein vorzugsweise ringsektorförmiges Magnetfeld zwischen dem Target und dem Substrat vorhanden ist.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 27 sind Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten so angeordnet, dass zur zusätzlichen Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablatierten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei gegenüberliegender und geneigter Anordnung von Target und Substrat ein Magnetfeld in Form wenigstens eines Teils eines sinuswellenförmigen Torus zwischen dem Target und dem Substrat vorhanden ist.
  • Durch die Weiterbildungen nach Patentanspruch 26 und 27 wird gewährleistet, dass die gerade zu beschichtende Substratoberfläche von der gerade ablatierten Targetfläche aus geometrisch-optisch nicht sichtbar ist, damit der neutrale, nicht geladene Targetteilchenstromanteil und vor allem die neutralen Partikulate mit vielfacher Atommasse und auch die ionisierten Partikulate, wegen ihres großen Larmorradius, nicht auf die Substrate gelangen und nur die ablatierten ionisierten atomaren Targetteilchen für den Schichtbildungsprozess genutzt werden.
  • Zwischen dem Target und dem Substrat ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 28 wenigstens eine Blende mit vorgegebener Öffnungsgeometrie so angeordnet und wird so bewegt, dass der vom Target ablatierte, schichtbildende Teilchenstrom möglichst senkrecht jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden.
  • Durch eine der Substratgeometrie angepasste Öffnungsform und wahlweise vorgegebene Bewegung der Blende relativ zum Target und Substrat werden Targetteilchenstromanteile, die ohne Blende streifend unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die Substratoberfläche auftreffen würden, ausgeblendet und nicht zur Schichtbildung verwendet. Bei zu streifendem Einfall der Targetteilchen auf die Substratoberfläche ist der Energie- und Impulseintrag der Targetteilchen in die aufwachsende Schichtoberfläche zu gering für die Herausbildung besonderer Schichteigenschaften, beispielsweise zur Erzeugung eines hohen sp3-Bindungsanteils in ta-C Schichten oder der kubischen Bornitridphase in c-BN Schichten.
  • Die Entnahmekammer ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 29 mit einer Oberflächenstrukturierungsstation zur Laser-Mikro- und/oder Laser-Nano-Strukturierung wenigstens der abgeschiedenen Schichten auf das sich in Strukturierungsposition befindende beschichtete Substrat mittels Fokus- oder Maskenprojektionsverfahren ausgestattet.
  • Die Oberflächenstrukturierungsstation besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 30 aus außerhalb der Entnahmekammer angeordneten wenigstens eines Lasers und Einrichtungen zur Führung, Formung und Fokussierung sowie Fokusnachführung oder Maskenabbildungsebene-Nachführung des Laserstrahls und zur Realisierung einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substratoberfläche sowie einer Einrichtung zur Einkopplung dieses Laserstrahls als Strukturierungslaserstrahl mit vorgegebenem Fokus- oder Maskenabbildungs-Querschnitt auf die Schichtoberfläche sowie wenigstens einer in situ Lagemess- und Justiereinrichtung für das sich in Strukturierungsposition befindende Substrat und Einrichtungen zur Messung und Justierung sowie Nachführung der Fokuslage oder der Maskenabbildungsebene des Strukturierungslaserstrahls relativ und senkrecht zur Schichtoberfläche.
  • Die Entnahmekammer weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 31 wenigstens eine Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern auf.
  • Die Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern besteht nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 32 aus einem Strahlungsheizer. Bei mehreren Substraten auf einem Carrier werden vorteilhafterweise die Substrate gleichzeitig getempert. Dabei werden die Photonenwellenlänge zum Erreichen eines hohen Absorptionsgrades im Schichtmaterial ausgewählt und die Bestrahlungsintensität zur Einstellung der erforderlichen, von Schichtmaterial und Substratmaterial abhängigen maximalen Temperatur gezielt eingeregelt und eine vorgegebene Zeit gehalten.
  • Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 33 sind die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer, die Beschichtungskammer und die Entnahmekammer zur Aufnahme von mehreren Carrier und entsprechend die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer für den Einsatz von mehreren Ionenquellen oder mehreren Einrichtungen zur Erzeugung eines Plasmas, die Beschichtungskammer für den Einsatz von mehreren Targetstationen, mehreren Spannungsreduzierungsstationen und sowie alle Energieversorgungseinheiten und die Steuereinheiten für einen automatischen Prozessablauf durch einen modularen Aufbau gekennzeichnet und somit erweiterbar.
  • Damit ist die Vorrichtung zur produktiven Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten auf Substrate modular aufgebaut und kann somit bei erforderlicher Erhöhung der Produktivität kostengünstig erweitert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substrate,
  • 2 eine Einrichtung für einen magnetischen Kreis mit Polschuhen an einem Joch in der Beschichtungskammer,
  • 3 eine Messeinrichtung zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate und der Dicke der aufwachsenden Subschicht und der Schichtqualität,
  • 4 und 5 Carrier- und Targetanordnungen zur Beschichtung von zylinderförmigen Werk stücken, beispielsweise Bohrer und Fräser, als Substrate,
  • 6 eine Carrier- und eine Targetanordnung zur Beschichtung von Schneidplatten als Substrate,
  • 7 einen Carrier zur Beschichtung von Substraten in Form von Zylindern,
  • 8 einen Carrier zur Beschichtung von Substraten in Form von Nadeln und Kugeln,
  • 9 bis 11 Carrier- und Targetanordnungen zur Ionenbeschichtung von kurzen Hohlzylindern als Substrate,
  • 12 und 13 einen Targethalter mit drehbar liegend angeordneten zylinderförmigen Targets,
  • 14 eine Carrier- und eine Targetanordnung mit achsenparalleler Anordnung von zylinderförmigen Targets und Substrate,
  • 15 einen Querschnitt der Beschichtungskammer für eine Vorrichtung zur Laserpuls abscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf Substrate,
  • 16 eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf die Mantelfläche von größeren Substraten in Zylinderform,
  • 17 eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substrate mit einer ebenen Rechteckform,
  • 18 einen Targethalter für Targets mit einer rechteckigen Plattenform,
  • 19 einen Carrier in Prismenform,
  • 20 eine Anordnung zur Innenbeschichtung von hohlzylinderförmigen Körpern als Substrate größerer Abmessungen,
  • 21 eine Carrier-, Substrat und Targetanordnung zur Beschichtung von Mantelflächen von Substraten als lange Zylinder.
  • 1. Ausführungsbeispiel
  • Eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substrate besteht im Wesentlichen aus einem Laser 1 zur Erzeugung des Targetlaserstrahls, einem Laser 2 zur Erzeugung des Substratlaserstrahls, einer Beladestation 3 zum Beladen eines Carriers 8 mit Substraten 14, einer Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 zum Einführen des Carriers 8 in eine Beschichtungskammer 5 und zur Reinigung der Substrate 14 durch eine Ionenquelle 9, der Beschichtungskammer 5 zur alternierenden Abscheidung von Subschichten und laserinduzierten Spannungsreduzierung dieser Subschichten bis zur vorgegebenen Gesamtschichtdicke, einer Entnahmekammer 6 zur Entnahme des Carriers 8 aus der Beschichtungskammer 5 und einer Entladestation 7 zum Entladen der Substrate 14 vom Carrier 8.
  • Die 1 zeigt eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substrate in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Wenigstens die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4, die Beschichtungskammer 5 und die Entnahmekammer 6 sind nacheinander angeordnet. Diese Kammern sind durch Vakuumschleusen 10 miteinander verbunden, die im geöffneten Zustand den Transport des Carriers 8 von Kammer zu Kammer und im geschlossenen Zustand das separate Belüften und Evakuieren bis auf Hochvakuum jeder Kammer ermöglichen. Dazu ist jede Kammer mit einer Einrichtung zur Vakuumerzeugung und zur Belüftung verbunden. Derartige Einrichtungen sind bekannt und in der Darstellung der 1 nicht gezeigt. Zum Transport des Carriers 8 von der Beladestation 3 in die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 und von der Entnahmekammer 6 zur Entladestation 7 besitzen diese Kammern 4, 6 hochvakuumdicht verschließbare Türen. Zum Ein- oder Ausbau von Vorrichtungen in die Kammern, zum Wechsel der Targets 15 und zur Durchführung von Wartungsarbeiten sind die Deckflächen der Kammern 4, 5, 6 oder wenigstens Teile der Deckflächen als hochvakuumdicht verschließbare Deckel oder Wandbereiche ausgebildet.
  • Die Carrier 8 sind mit einer Transportvorrichtung gekoppelt, so dass der Transport von der Beladestation 3 durch die Kammern 4, 5, 6 bis zur Entladestation 7 und eine Positionierung jedes Carriers 8 in der jeweiligen Kammer 4, 5, 6 in die Bearbeitungsposition gewährleistet ist. Damit ist die Vorrichtung eine automatisch betreibbare Durchlaufanlage, wobei sich jeweils nach einer Anfangsphase ein Carrier 8 in der Beladestation 3, in 0 jeder der Kammern 4, 5, 6 sowie in der Entladestation 7 befindet.
  • Die Carrier 8 sind scheibenringförmige Platten als Träger für die Substrate 14. Die sich in den Kammern 4, 5, 6 in Bearbeitungsposition befindenden Carrier 8 werden mittels vorhandener angetriebener Drehvorrichtungen in Rotation um ihre Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Darüber hinaus rotieren die auf dem Carrier 8 positionierten Substrathalter mit den Substraten 14 gleichzeitig ebenfalls um ihre Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit. Die Substrate 14 sind beispielsweise Scheiben. Durch diese Rotationen wird ein homogener Ionenstrahl-Reinigungsprozess der Substrate 14 in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4, und ein alternierender homogener Beschichtungsprozess der Substrate 14 und Spannungsreduzierungsprozess der abgeschiedenen Subschich ten in der Beschichtungskammer 5 gewährleistet.
  • Nach dem Transport des in der Beladestation 3 mit Substraten 14 beladenen Carriers 8 in die Bearbeitungsposition in die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 wird diese evakuiert. Danach erfolgt die Vorbehandlung der Substrate 14 durch Ionenstrahleinwirkung mittels der Ionenquelle 9. Dazu werden vorzugsweise Edelgasionen, vorzugsweise Argonionen, mit Ionenenergien im Bereich von 500 bis 5000 eV und Ionenstromdichten auf der Substratoberfläche von 200 bis 1000 μA/cm2 eingesetzt. Die Winkelgeschwindigkeiten für die Rotation des Carriers 8 liegen im Bereich von 0,02 bis 0,15 s–1 und für die Eigenrotation der Substrate 14 im Bereich von 0,2 bis 1,5 s–1. Für einen Carrier 8 beispielsweise mit einem Außendurchmesser von 600 mm, der mit 100 Substraten 14 mit 30 mm Durchmesser in zwei Reihen kreisringförmig beladen ist, beträgt die Zeit für den Reinigungszyklus 10 bis 30 min. Nach dem Transport des Carriers 8 mit den gereinigten Substraten 14 in die Bearbeitungsposition der Beschichtungskammer 5 ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgt die alternierende Laserpuls-Abscheidung von Subschichten vorgegebener Dicke auf die sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14, die unter dem sich in Ablationsposition befindenden Target 15 in einem Abstand von 30 mm bis 70 mm angeordnet sind, und die Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Subschichten auf den sich in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substraten 14. Die Beschichtungsposition und die Spannungsreduzierungsposition der Substrate 14 auf dem Carrier 8 liegen sich gegenüber. Durch die Rotation des Carriers 8 mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit werden somit gleichzeitig und kontinuierlich Substrate 14 beschichtet und gerade abgeschiedene Subschichten spannungsreduziert. Dadurch wird auf jedem Substrat 14 auf dem Carrier 8 während einer vollständigen Umdrehung des Carriers 8 eine weitere spannungsreduzierte Subschicht erzeugt. Die Eigenrotation der Substrate 14 um ihre Symmetrieachse ermöglicht dabei die Abscheidung von Schichten mit homogener Dicke und einen homogenen Spannungsreduzierungsprozess über die gesamte Substratfläche.
  • Auf dem scheibenförmig ausgebildeten kühlbaren Targethalter 11 sind sechs Targets 15 in Form von kreisförmigen Scheiben befestigt. Dazu können sich die Targets vorteilhafterweise in Targethalterungen des Targethalters 11 befinden. Zur Drehung der einzelnen Targets 15 in die Ablationsposition ist der Targethalter 11 drehbar angeordnet und kann entsprechend der Zahl der Targets 15 stufenweise um 60 Grad gedreht werden. Zur Abscheidung von ta-C Schichten sind auf dem Targethalter 11 fünf Targets 15 aus pyrolytischem Graphit und ein Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid befestigt, wobei die Durchmesser der Targets 15 beispielsweise 50 mm betragen. Das Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid dient zur PLD-Abscheidung einer haftvermittelnden Zwischenschicht auf die Substrate 14, deren Gesamtschichtdicke in Abhängigkeit von der Oberflächenrauhigkeit der Substrate 14 im Bereich von 30 nm bis 250 nm liegt. Nach der Abscheidung dieser haftvermittelnden Zwischenschicht erfolgt die PLD-Abscheidung der ta-C Schicht mit einer Gesamtschichtdicke im Bereich von 500 nm bis 5 μm, wobei die Subschichtdicken 50 nm bis 150 nm betragen. Um ein Überhitzen der Targets 15 aus Graphit trotz Kühlung während des kontinuierlichen Ablationsprozesses durch den Targetlaserstrahl 12 zu vermeiden und einen möglichst lang andauernden Betrieb der als Durchlaufanlage ausgebildeten Vorrichtung ohne Erneuerung dieser Targets 15 zu gewährleisten, werden diese abwechselnd in die Ablationsposition gedreht. Das kann beispielsweise während des Transports des Carriers 8 erfolgen.
  • Mit einer zur Targetstation gehörenden Vorrichtung 16 zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen wird der Targetlaserstrahls 12 über die Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets 15 geführt. Diese Vorrichtung 16 ist außerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordnet und besteht beispielsweise aus zwei Umlenkspiegeln 17a, 17b und einem Objektiv 18. Der Targetlaserstrahl 12 gelangt über ein Einkoppelfenster der Beschichtungskammer 5 in deren Innenraum.
  • Der von einem KrF-Excimerlaser als Laser 1 emittierte Targetlaserstrahl 12 mit einer Wellenlänge von 248 nm wird durch aufeinander folgende Reflexion am ersten in x-Richtung bewegbaren Umlenkspiegels 17a sowie am zweiten in y-Richtung bewegbaren Umlenkspiegel 17b auf das sich in Ablationsposition befindende Target 15 gerichtet und mit Hilfe des in z-Richtung bewegbaren Objektivs 18 auf die Targetoberfläche fokussiert. Dabei wird ein vorgegebener Einfallswinkel des Targetlaserstrahls 12 auf die Targetoberfläche von kleiner 70 Grad eingestellt. Zur Verbesserung der Laserstrahlhomogenität kann in einer Ausführungsform vor dem ersten Umlenkspiegel 17a zusätzlich ein Homogenisierer angeordnet sein. Um eine möglichst homogene Fluenzverteilung über den Querschnitt des Targetlaserstrahls 12 zu erzielen, wird der Laser 1 als KrF-Excimerlaser vorzugsweise mit instabilem Resonator betrieben. Die Einkopplung des Targetlaserstrahls 12 in die evakuierte Beschichtungskammer 5 erfolgt durch ein hochvakuumdicht an einem Einkoppelflansch, der vorzugsweise an der Seitenwand der Beschichtungskammer 5 befestigt ist, angeflanschtes Einkoppelfenster aus Quarzglas. Die Länge des Einkoppelflansches und damit die Entfernung zwischen Einkoppelfenster und Targetoberfläche wird unter Beachtung der Brennweite des außerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordneten Objektivs 18 so gewählt, dass die Fluenz des Targetlaserstrahls 12 auf der Fensterinnenfläche ausreicht, um vom Target 15 ablatiertes und auf der Fensterinnenfläche abgelagertes Material durch Laserablation wieder zu entfernen. Durch eine gesteuerte Bewegung der Umlenkspiegel 17a, 17b in x- und y-Richtung wird der Fokus des Targetlaserstrahls 12 spiralförmig mit konstanter Vektorgeschwindigkeit über die gesamte Targetoberfläche des Targets 15 als Scheibe gescannt, um einen homogenen Abtrag des Targets 15 zu gewährleisten und eine möglichst homogene Flächendichte des ablatierten Teilchenstroms in Richtung der sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 zu erzeugen. Mit zunehmendem Abtrag des Targets 15 ist eine Nachführung des Fokus des Targetlaserstrahls 12 durch eine gesteuerte Bewegung des Objektives 18 in z-Richtung erforderlich. Durch die gegenüberliegende Anordnung des sich in Ablationsposition befindenden Targets 15 und der sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 und durch Einfügen einer Blende mit kreisförmiger Öffnung zwischen dem Target 15 und den Substraten 14 wird gewährleistet, dass der vom Target 15 ablatierte schichtbildende Teilchenstrom nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft. Die Blende schützt gleichzeitig die sich nicht in Ablationsposition befindenden Targets 15 vor einer Belegung mit Fremdmaterial.
  • Die Spannungsreduzierungsstation zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen der abgeschiedenen Subschichten besteht aus dem Laser 2 zur Erzeugung des Substratlaserstrahls 13, einer außerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordneten Strahlformungsoptik 19 und einem am Deckel der Beschichtungskammer 5 angeflanschten Einkoppelfenster aus Quarzglas. Der vom Laser 2 als KrF-Excimerlaser emittierte Substratlaserstrahl 13 mit einer Wellenlänge von 248 nm wird mit Hilfe der Strahlformungsoptik 19 in einen Laserstrahl mit rechteckigem Laserstrahlquerschnitt geformt, und gelangt so auf die Schichtoberfläche der sich in Entspannungsposition befindenden Substrate 14. Um eine homogene Fluenzverteilung ohne Fluenzspots über den Laserstrahlquerschnitt zu erzielen, wird der Laser 2 als KrF-Excimerlaser vorzugsweise mit stabilem Resonator betrieben.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann zur Konzentration des seitwärts vom Target 15 ablatierten ionisierten Teilchenstroms auf die sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 und zur Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom wenigstens ein Magnetfeld eingesetzt werden. Die Magnetfeldlinien des Magnetfeldes verlaufen vorteilhafterweise senkrecht von der ablatierten Oberfläche des Targets 15 bis senkrecht auf die zu beschichtende Oberfläche der Substrate 14.
  • Die 2 zeigt eine Einrichtung für einen magnetischen Kreis mit Polschuhen 20 an einem Joch 21 in der Beschichtungskammer 5 in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Der magnetische Kreis besteht aus über dem sich in Ablationsposition befindenden Target 15 und unter den sich in Beschichtungsposition befindenden Substraten 14 angeordneten Polschuhen 20 vorgegebener Geometrie, die über ein Joch 21 aus einem Magnetwerkstoff, vorzugsweise Weicheisen, mit wenigstens einer Stromspule 22 zur Erzeugung des Magnetfeldes miteinander verbunden sind.
  • Mit magnetischen Flussdichten im Bereich von 100 bis 150 Millitesla kann bei einem Target-Substratabstand von 50 mm beispielsweise eine Erhöhung der Schichtabscheiderate bis zu 20% erreicht werden, da ohne Magnetfeld nur etwa 75% des unter einem Winkel von maximal 30 Grad zur Targetnormalen vom Target 15 ablatierten Targetteilchenstroms auf die Substrate 14 gelangen.
  • Nachfolgend werden typische Parameter für die Abscheidung von ta-C Schichten auf ebenen Substraten mit der Vorrichtung nach der prinzipiellen Darstellung der 1 bei einem Target-Substratabstand von 50 mm, Einsatz eines Magnetfeldes gemäß der prinzipiellen Darstellung der 2 mit einer magnetischen Flussdichte von 140 Millitesla und Winkelgeschwindigkeiten für die Rotation des Carriers 8 im Bereich von 0,02 bis 0,15 s–1 und für die Eigenrotation der Substrate 14 im Bereich von 0,2 bis 1,5 s–1 angegeben:
    • a) Einsatz von zwei KrF-Lasern zur Erzeugung des Target- 12 und des Substratlaserstrahls 13
    • – Targetlaserstrahl 12: Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 50 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Target 12 bis 15 J/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Target 4 bis 5 mm2.
    • – Substratlaserstrahl 13: Laserpulsenergie auf der Schicht 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 50 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 150 bis 300 mJ/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Substrat 2 bis 4 cm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat bis 200 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5%, beschichtbare Fläche pro Stunde mit einer 1 μm dicken ta-C Schicht 730 cm2 oder 72 Scheiben mit 30 mm Durchmesser.
    • b) Einsatz von zwei KrF-Lasern zur Erzeugung des Target- 12 und des Substratlaserstrahls 13
    • – Targetlaserstrahl 12: Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 300 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Target 12 bis 15 J/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Target 4 bis 5 mm2,
    • – Substratlaserstrahl 13: Laserpulsenergie auf der Schicht 600 mJ, Pulswiederholfrequenz 300 Hz, Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 150 bis 300 mJ/cm2, Fokusquerschnitt auf dem Substrat 2 bis 4 cm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat bis 1000 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5%,
    beschichtbare Fläche pro Stunde mit einer 1 μm dicken ta-C Schicht 4380 cm2 oder 432 Scheiben mit 30 mm Durchmesser.
  • Zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate, der Dicke der aufwachsenden Subschicht und der Schichtqualität kann ein optisches Interferenz-Messverfahren verwendet werden (Darstellung in der 3a). Der Laserstrahl 24 eines Diodenlasers 23 mit 670 nm Wellenlänge, für den das ta-C Schichtmaterial nur einen geringen Absorptionskoeffizient besitzt, wird unter einem Einfallswinkel von 60 Grad auf ein sich in Ablationsposition befindendes Substrat 14 gerichtet und sowohl an der aufwachsenden Schichtoberfläche 25 als auch an der Schicht-Substratgrenzfläche 26 reflektiert, wobei die reflektierten Strahlanteile 27a, 27b interferieren. Die mit zunehmender Schichtdicke entstehenden periodischen Intensitätsschwankungen werden mit Hilfe eines in Reflexionsrichtung der Laserstrahlanteile 27a, 27b angeordneten Fotodetektors 28 registriert, als Messsignal ausgewertet und zur Steuerung verwendet. Aus dem mit abnehmender Amplitude periodischen, nahezu cosinusförmigen zeitlichen Verlauf des Messsignals kann die Schichtabscheiderate und die Schichtdicke ermittelt werden. Ein periodischer, nahezu cosinusförmiger Verlauf des Messsignals mit kontinuierlich abnehmender Amplitude der Intensität I bei kontinuierlicher Dickenzunahme der aufwachsenden Schicht 25 über die Zeit t (Darstellung in der 3b) weist dabei auf einen gleich bleibenden sp3-Bindungsanteil hin.
  • Nach dem Transport des Carriers 8 mit den beschichteten Substraten 14 von der Beschichtungskammer 5 in die Bearbeitungsposition der Entnahmekammer 6 kann in einer weiteren Ausführungsform ohne Unterbrechung des Vakuums entweder eine Laser-Mikro-Strukturierung oder eine Laser-Nano-Strukturierung und/oder eine weitere Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch rein thermische Tempern erfolgen. Soll keine weitere Bearbeitung erfolgen oder nach wenigstens einer der aufgeführten Bearbeitungen wird die Entnahmekammer 6 belüftet und der Carrier 8 mit den beschichteten Substraten 14 zur Entladestation 7 transportiert.
  • Die Laser-Nanostrukturierung der ta-C Schichten zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften der beschichteten Substrate 14 kann beispielsweise durch die Erzeugung von Ripples-Oberflächenstrukturen mit Hilfe von Femtosekunden- oder Pikosekunden-Laserpulsen im Fokusverfahren erfolgen. Dabei wird der Strukturierungslaserstrahl mit Hilfe eines Objektivs und eines Scannerspiegelsystems, die außerhalb der Entnahmekammer 6 angeordnet sind, auf die Schichtoberfläche fokussiert und zeilenförmig oder spiralförmig über die sich in Strukturierungsposition befindenden Substrate 14 geführt. Die Einkopplung des Strukturierungslaserstrahls erfolgt dabei durch ein am Deckel der Entnahmekammer 6 angeflanschtem Einkoppelfenster aus Quarzglas. Bei einem Fokusradius von 2 bis 10 μm, einem Spurabstand von 20 bis 50 μm und einer Laserstrahlfluenz von einigen 100 bis 2000 J/cm2 werden Ripples mit einer Periode von 500 bis 700 nm und Grabentiefen von einigen 10 bis 400 nm erzeugt.
  • Die Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch rein thermisches Tempern kann über einen flächenhaft wirkenden ringförmigen Strahlungsheizer mit den Maßen des Carriers 8 zur gleichzeitigen Temperung aller Substrate 14 auf einem Carrier 8 erfolgen. Die Messung der Schichttemperatur erfolgt vorteilhafterweise über ein Pyrometer. Die Tempertemperatur ist maximal die mögliche Belastungstemperatur der Substrate 14. Dies beträgt maximal 700°C. Die Temperzeit liegt dabei im Bereich von 10 bis 30 Minuten.
  • Die Laser, die Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, die Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, die Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen, die Transportvorrichtung für den wenigstens einen Carrier 8 und alle Antriebe für die Bewegungen des Carriers 8 und des Targethalters 11 sowie die in situ Kontrolleinrichtung sind mit einer Steuerung in Form eines Datenverarbeitungssystems zusammengeschaltet.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Ausführungsbeispiels können Carriers 8 als Scheibenring mit Substrathaltern für Substrate 14 in Form von Zylindern, Prismen, Kegel, Nadeln, Kugeln oder Hohlzylindern und weitere Ausführungsformen des Targethalters 11 eingesetzt werden.
  • Zur Beschichtung von beispielsweise Bohrern und Fräsern als Substrate 14 sind diese im Carrier 8 angetrieben drehbar angeordnet.
  • Die 4 und 5 zeigen Carrier- und Targetanordnungen zur Beschichtung von zylinderförmigen Werkstücken als Substrate 14 jeweils in einer prinzipiellen Darstellung. Für eine kontinuierliche Schichtabscheidung sind in einer ersten Ausführungsform Substrathalter 29 und damit die darin angeordneten Substrate 14 in tangentialer Richtung des rotierenden Carriers 8 um einen vorgegebenen Winkel von vorzugsweise 45 Grad geneigt befestigt (Darstellungen der 4a und 4b in zwei Ansichten). Darüber hinaus sind die Substrathalter 29 zur Rotation dieser Substrate 14 um ihre Symmetrieachse mit vorzugsweise in den Carrier 8 integrierten Antrieben über ein Kegelradgetriebe 30 gekoppelt (Darstellung in der 4b). In einer zweiten Ausführungsform (Darstellung in der 5) sind die Substrate 14 senkrecht stehend im Carrier 8 angeordnet, wobei die Substrate 14 mit ihren Substrathaltern 29 um ihre Symmetrieachse und des weiteren vorzugsweise jeweils fünf bis sieben Substrathalter um ein gemeinsames Symmetriezentrum in Rotation versetzt werden. Das sich in Ablationsposition befindende Target 15 ist mit einem vorgegebenem Winkel von vorzugsweise 45 Grad geneigt zu den Symmetrieachsen der Substrate 14 angeordnet. Die Targets 15 werden nacheinander durch Drehung des Targethalters 11 um einen Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der Targets 15 auf dem Targethalter 11 in die Ablationsposition gebracht.
  • Durch die Anordnungen gemäß der 4 und 5 wird gewährleistet, dass die zueinander geneigten Kanten und Flächen der Substrate 14 gleichmäßig mit einer Hartstoffschicht gleicher Qualität beschichtet werden können.
  • Die 6 zeigt eine Carrier- und eine Targetanordnung zur Beschichtung von Schneidelatten als Substrate 14 in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Die Substrate 14 befinden sich auf Substrathaltern 29, wobei die Schneidelatten als Substrate 14 an verschieden langen Substrathaltern 29 in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind. Die Substrathalter 29 sind drehbar angetrieben im Carrier 8 stehend angeordnet, wobei jeweils fünf Substrathalter um ein gemeinsames Symmetriezentrum rotieren.
  • Für eine gleichzeitige Schichtabscheidung an den Seitenflächen und einer Deckfläche der Schneidelatten, sind die Targets 15 vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet und es befinden sich gleichzeitig zwei Targets 15 in Ablationsposition. Jeweils zwei Targets 15 werden nacheinander durch Drehung des Targethalters 11 um einen Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der Targets 15 auf dem Targethalter 11 in die Ablationsposition gebracht. Für eine kontinuierliche Schichtabscheidung werden vorteilhafterweise zwei Targetlaserstrahlen 12a, 12b eingesetzt. Zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Subschichten werden zwei Substratlaserstrahlen 13a, 13b eingesetzt. Damit ist eine alternierende Schichtabscheidung und Spannungsreduzierung an einer Deckfläche und der wenigstens einen daran angrenzenden Seitenflächen der Schneidelatten möglich.
  • Die 7 zeigt einen Carrier 8 zur Beschichtung von Substraten 14 in Form von Zylindern über eine Blende 31 in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Zur Beschichtung von Substraten 14 in Form von Zylindern, zum Beispiel von Walzen für Wälzlager, sind diese an Substrathalter 29 vorzugsweise liegend in mehreren Reihen nebeneinander in tangentialer Richtung vieleckförmig entlang des Umfangs des entweder kontinuierlich rotierenden oder um vorgegebenen Winkel drehbaren Carriers 8 befestigt. Bei geringen Zylinderlängen sind diese zu längeren Stangen mit Zwischenabstandshaltescheiben 33 zusammengesetzt, die über biegsame Wellen 34 miteinander verbunden sind. Die Zylinder sind mit den Substrathaltern 29 drehbar gelagert. Die Substrathalter 29 sind zur Rotation der Zylinder um ihre Symmetrieachse mit vorzugsweise in den Carrier 8 integrierten Antrieben gekoppelt. Zwischen dem Target 15 und den sich in Ablationsposition befindenden Zylindern als Substrate 14 ist eine Blende 31 mit der Größe der Zylinder angepassten Öffnungen 32 angeordnet, die den streifenden Einfall von ablatierten Targetteilchen auf die zu beschichtende Zylindermantelflächen verhindert.
  • Die 8 zeigt einen Carrier 8 zur Beschichtung von Substraten 14 in Form von Nadeln und Kugeln in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Zur Beschichtung von Substraten 14 als Nadeln und Kugeln, zum Beispiel als Wälzkörper für Lager oder von Achsen mit geringem Durchmesser, ist der Substrathalter 29 als Rüttelplatte mit Seitenwänden ausgebildet. Der Carrier 8 selbst ist ein Scheibenring, wobei sich mehrere Substrathalter 29 auf dem Carrier 8 befinden. Durch die Vibrationen drehen sich die in den Substrathaltern 29 angeordneten Substrate 14 als Nadeln um ihre Symmetrieachse und als Kugeln um ihren Massenmittelpunkt sowohl während der Schichtabscheidung als auch während der Spannungsreduzierung.
  • Die 9 bis 11 zeigen Carrier- und Targetanordnungen zur Innenbeschichtung von kurzen Hohlzylindern als Substrate 14 in prinzipiellen Darstellungen.
  • Zur Innenbeschichtung von kurzen Hohlzylindern als Substrate 14, beispielsweise zur Innenbeschichtung der Laufflächen von Außenschalen von Wälzlagern, sind diese in einer ersten Ausführungsform auf ihrem Substrathalter 29 in tangentialer Richtung des Carriers 8 um einen vorgegebenen Winkel von vorzugsweise 45 Grad geneigt befestigt. Weiterhin sind die Substrathalter 29 zur Rotation der Substrate 14 um ihre Symmetrieachse mit vorzugsweise in den Carrier 8 integrierten Antrieben gekoppelt. Die 9a und 9b zeigen eine derartige Anordnung in prinzipiellen Darstellungen in zwei Ansichten.
  • In einer zweiten Ausführungsform sind die Substrate 14 mit ihrem Substrathaltern 29 senkrecht stehend auf dem Carrier 8 angeordnet und werden mit ihrem Substrathaltern 29 in Rotation um ihre Symmetrieachse versetzt. Das sich in Ablationsposition befindende Target 15 ist geneigt zu den Symmetrieachsen der Substrate 14 um einen vorgegebenen Winkel von vorzugsweise 45 Grad angeordnet (Darstellung in der 10).
  • In einer dritten Ausführungsform sind die Substrathalter 29 mit den Substraten 14 radial an der Umfangsfläche des Carriers 8 mit ihren Symmetrieachsen senkrecht zur Symmetrieachse des Carriers 8 angeordnet und rotieren um ihre Symmetrieachse (Darstellung in der 11). Der Carrier 8 wird in der zweiten und dritten Ausführungsform nach der Abscheidung einer Subschicht jeweils um einen Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der auf dem Carrier 8 positionierten Substrate 14 gedreht, um das nächste Substrat 14 in die Beschichtungsposition und das auf dem Carrier 8 gegenüberliegend angeordnete Substrat 14 in die Spannungsreduzierungsposition zu verschieben.
  • In den Ausführungsformen gemäß 9 bis 11 wird der Substratlaserstrahl 13 zur Spannungsreduzierung mit recheckigem Querschnitt unter einem möglichst kleinen Einfallswinkel auf die beschichtete Oberfläche des sich in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substrats 14 gerichtet (hier nicht eingezeichnet).
  • Zur Erhöhung der Schichtabscheiderate ist in der zweiten und dritten Ausführungsform jeweils ein magnetischer Kreis mit Polschuhen 20 an einem Joch 21 angeordnet (Darstellungen in den 10 und 11). Der magnetische Kreis besteht aus über dem sich in Ablationsposition befindenden Target 15 und unter den sich in Beschichtungsposition befindenden Substraten 14 angeordneten Polschuhen 20 vorgegebener Geometrie, die über ein Joch 21 aus einem Magnetwerkstoff, vorzugsweise Weicheisen, mit wenigstens einer Stromspule 22 zur Erzeugung des Magnetfeldes miteinander verbunden sind.
  • In diesen Ausführungsformen gemäß der Darstellungen der 9 bis 11 wird der Substratlaserstrahl 13 zur Spannungsreduzierung mit rechteckigem Querschnitt unter einem möglichst kleinen Einfallswinkel auf die beschichtete Oberfläche des sich in Spannungsreduzierungsposition befindenden Substrats 14 gerichtet.
  • In weiteren Ausführungsformen des ersten Ausführungsbeispiels können auch Targets 15 in Zylinderform eingesetzt werden. Diese sind auf dem Targethalter 11 drehbar gelagert und das sich in Ablationsposition befindende Target 15 wird mittels eines in den Targethalter 11 integrierten Antriebs in Rotation mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel zur Symmetrieachse des Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt ein gleichmäßiger Targetabtrag durch Laserablation. Die Symmetrieachse der Targets 15 in Zylinderform ist dabei vorzugsweise parallel zu der zu beschichtenden Substratoberfläche gerichtet. Auf einem Targethalter 11 als Scheibe können die Targets 15 als Zylinder liegend radialsymmetrisch oder in tangentialer Richtung vieleckförmig angeordnet sein (Darstellungen in den 12 und 13).
  • In einer weiteren Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels sind die Targets 15 in Zylinderform mit ihren Symmetrieachsen parallel zur Symmetrieachse des drehbaren Targethalters 11 auf dem Targethalter 11 als Scheibe angeordnet.
  • Die 14 zeigt die Anordnung des Carriers 8 und der Targets 15 und Substrate 14 in einer prinzipiellen Darstellung. Mit dieser Ausführungsform der Vorrichtung können beispielsweise zu Stangen zusammengesetzte Substrate 14 in Zylinderform beschichtet werden, die radial-symmetrisch an der Peripherie des scheibenringförmigen Carriers 8 angeordnet sind. Der magnetische Kreis dient zur magnetfeldgestützten Konzentration des ionisierten Target-teilchenstromanteils auf die sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14. Der magnetische Kreis besteht aus über dem sich in Ablationsposition befindenden Target 15 und unter den sich in Beschichtungsposition befindenden Substraten 14 angeordneten Polschuhen 20 vorgegebener Geometrie, die über wenigstens ein Joch 21 aus einem Magnetwerkstoff, vorzugsweise Weicheisen, mit jeweils wenigstens einer Stromspule 22 zur Erzeugung des Magnetfeldes miteinander verbunden sind.
  • 2. Ausführungsbeispiel
  • Eine Vorrichtung zur produktiven Laserpulsabscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf Substrate 14 entspricht bis auf die Ausführung der Beschichtungskammer 5 der des ersten Ausführungsbeispiels.
  • Die 15 zeigt einen Querschnitt der Beschichtungskammer für eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf Substrate in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Die Einkopplung des Targetlaserstrahls 12 mit einer Wellenlänge von 248 nm in die Beschichtungskammer 5 erfolgt durch ein hochvakuumdicht an einem verlängerten Einkoppelflansch 35, der beispielsweise am Deckel der Beschichtungskammer 5 befestigt ist, angetlanschtes Einkoppelfenster 36 aus Quarzglas. Der Einkoppelflansch 35 aus nichtmagnetischem Material ist von wenigstens einer Magnetspulenanordnung 37 umgeben. Die Feldlinien der mit dieser Magnetspulenanordnung 37 erzeugten rotationssymmetrischen Magnetfelder verlaufen vorzugsweise zu den Innenwänden des Einkoppelflansches 35 und nicht bis zum Einkoppelfenster 36, so dass der in Richtung des Einkoppelfensters 36 ablatierte ionisierte Targetteilchenstromanteil das Einkoppelfenster 36 nahezu nicht erreicht und dessen Belegung mit Targetmaterial damit reduziert bis vermieden wird.
  • Zur Abscheidung von c-BN Schichten sind auf dem Targethalter 11 fünf Targets 15 aus pyrolytischem hexagonalen Bornitrid und ein Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid befestigt. Das Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid dient zur PLD-Abscheidung einer haftvermittelnden Zwischenschicht auf die Substrate 14, deren Gesamtschichtdicke in Abhängigkeit von der Oberflächenrauhigkeit der Substrate 14 im Bereich von 30 nm bis 250 nm liegt.
  • Zur Erhöhung der Haftfestigkeit der Zwischenschichten auf dem Substrat 14 und der c-BN Schichten auf den Zwischenschichten sowie zur Nukleation und zur Bildung der c-BN Schichtphase werden die Oberflächen der sich in der Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 vor der Beschichtung mit Argon-Ionenstrahlen und nach der PLD-Abscheidung der Zwischenschicht die Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden Bornitrid-Subschicht mit Argon/Stickstoff-Ionenstrahlen als Substrationenstrahlen im Mischungsverhältnis von vorzugsweise 1:1 bis 2:1 bestrahlt.
  • Die zur Erzeugung der Ionenstrahlen 39 in der Beschichtungskammer 5 angeordnete Ionen strahlstation 38 besteht aus einer am Deckel der Beschichtungskammer 5 hochvakuumdicht angeflanschten Ionenquelle als Substrationenquelle und einer Elektronenquelle zur Ladungskompensation des Ionenstrahls 39 als Substrationenstrahl sowie außerhalb der Beschichtungskammer 5 angeordneten Energie-, Gasversorgungs- und Kühleinheiten für den Betrieb der Ionenstrahlstation 38. Durch die Ar/N2-Ionenbestrahlung der aufwachsenden BN-Schicht wird zusätzlich Energie für den c-BN-Nukleations- und den c-BN-Schichtbildungsprozess zugeführt und die c-BN Stöchiometrie gezielt eingestellt.
  • Zur magnetfeldgestützten Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf die sich in Beschichtungsposition auf dem Carrier 8 befindenden Substrate 14 und Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von vom BN-Target ablatierten hexagonalen Partikulaten in die aufwachsende Schicht durch Nutzung nur des ablatierten ionisierten atomaren Teilchenstroms für die Schichtbildung sind das sich in Ablationsposition befindende Target 15 und die sich in Beschichtungsposition befindenden Substrate 14 zueinander versetzt und zueinander geneigt angeordnet. Der vorgegebene Winkel zwischen den Mittelsenkrechten beträgt wenigstens 90 Grad. Zwischen dem Target 15 und den Substraten 14 wird ein ringsektorförmiges Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien senkrecht von der Targetoberfläche bis senkrecht zur Substratoberfläche verlaufen. Die Erzeugung der Magnetfelder erfolgt mittels unmittelbar vor dem Target 15 und unmittelbar vor den Substraten 14 angeordneten hohlzylinderförmigen Magnetspulen 40 und zwischen Target 15 und Substraten 14 bogenförmig angeordneten thorussektorförmigen Magnetspulen 41 und zusätzlich mittels eines magnetischen Kreises, dessen Polschuhe 20 am Joch 21 mit der Stromspule 22 hinter dem Target 15 und hinter den Substraten 14 angeordnet sind. Durch diese Anordnungen von Target 15 und Substrat 14 zueinander, durch die Spulenanordnung und die Wahl der Spuleninnendurchmesser ist gewährleistet, dass die ablatierte Targetfläche von der zu beschichtenden Substratoberfläche aus geometrisch-optisch nicht sichtbar ist, damit vor allem die Partikulate mit vielfacher Atommasse nicht auf die Substrate 14 gelangen. Zur Vermeidung von Wandreflexionen von vom Target 15 ablatierten Partikulaten in Richtung Substrat 14 sind an den als innere Spulenkörper der Magnetspulen 41 dienenden Rohren nacheinander kreisringförmige Rippen angebracht.
  • Für die Erzeugung des Substratlaserstrahls 13 zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen der abgeschiedenen c-BN-Subschichten wird ein Fluor-Laser mit einer Wellenlänge von 157 nm eingesetzt. Das für diese Wellenlänge transparente Einkoppelfenster 42 für den Substratlaserstrahl 13 besteht aus Kalziumfluorid (CaF2).
  • Nachfolgend werden typische Parameter für die Abscheidung von c-BN Schichten auf ebenen Substraten mit der Vorrichtung nach 1 und 4 bei einem mittleren Target-Substratabstand von 200 mm bei Einsatz eines Magnetfeldes gemäß 2 mit einer magnetischen Flussdichte von 250 Millitesla angegeben:
    Einsatz eines KrF-Lasern zur Erzeugung des Targetlaserstrahls
    • – Laserpulsenergie auf dem Target 600 mJ,
    • – Laserstrahlfluenz auf dem Target 20 bis 40 J/cm2,
    • – Fokusquerschnitt auf dem Target 1,5 bis 3 mm2,
    • – Pulswiederholfrequenz für die c-BN Nukleation 10 bis 30 Hz,
    • – Pulswiederholfrequenz für das weitere c-BN Schichtwachstum 50 Hz.
  • Einsatz einer Hochfrequenzionenquelle zur Erzeugung des Substrationenstrahls
    • – Arbeitsgasgemisch Ar/N2 im Verhältnis 2:1,
    • – Ionnenergie 700 eV,
    • – Ionenstromdichte für die c-BN Nukleation und
    • – für das weitere c-BN Wachstum 570 μA/cm2.
  • Einsatz eines Fluor-Lasers zur Erzeugung des Substratlaserstrahls
    • – Laserpulsenergie auf der Schicht 8,5 bis 15 mJ,
    • – Pulswiederholfrequenz 200 Hz,
    • – Laserstrahlfluenz auf dem Substrat 75 bis 130 mJ/cm2,
    • – Fokusquerschnitt auf dem Substrat 12 mm2, Schichtabscheiderate bei unbewegtem Substrat 45 nm/min, Dickeninhomogenität bei bewegtem Substrat kleiner 5%, Subschichtdicke 50 bis 150 nm,
    beschichtbare Fläche pro Stunde mit einer 1 μm dicken c-BN Schicht ca. 100 cm2.
  • 3. Ausführungsbeispiel
  • Die 16 zeigt eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf die Mantelfläche von größeren Substraten in Zylinderform, zum Beispiel von walzenförmigen Körpern mit Längen bis zu einigen 10 cm und Durchmessern von einigen cm bis zu wenigen 10 cm in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Die Vorrichtung entspricht im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels. Der Carrier 8 zur Aufnahme und zum Transport von vorzugsweise zwei Substraten 14 in Zylinderform oder von zwei aus Walzenringen zusammengesetzten Zylindern als Substrate 14 ist ein Gestell in dem die Substrate 14 drehbar gelagert und mittels eines vorzugsweise in den Carrier 8 integrierten Antriebs in Rotation mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit um ihre Symmetrieachse versetzt werden.
  • Die Vorbehandlung des Substrats 14 durch Ionenstrahleinwirkung in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 erfolgt mittels einer Ionenquelle 9, die entweder einen bandförmigen Ionenstrahl über die gesamte Länge eines Substrats 14 liefert oder mittels einer Einbau-Ionenquelle mit kreisförmigem Ionenstrahlquerschnitt, die mit Hilfe einer Verschiebevorrichtung parallel zur Symmetrieachse des rotierenden Substrats 14 gescannt wird.
  • In der Beschichtungskammer 5 sind nacheinander in Transportrichtung des Carriers 8 eine erste Station 43 zur Spannungsreduzierung, eine Targetstation 44 und eine zweite Station 45 zur Spannungsreduzierung angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass gleichzeitig auf einem Substrat 14 eine Subschicht abgeschieden und auf dem anderen Substrat 14 die Spannung der zuvor abgeschiedenen Subschicht reduziert wird. Auf dem Targethalter 11 sind wenigstens drei Targets 15 in Zylinderform drehbar und parallel zu dem sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat 14 gelagert. Das sich in Ablationsposition befindende Target 15 wird mittels eines vorzugsweise in den Targethalter 11 integrierten Antriebs in Rotationen mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt.
  • Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel zur Symmetrieachse des sich in Ablationsposition befindenden Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt ein gleichmäßiger Targetabtrag durch Laserablation und somit eine homogene Beschichtung des gegenüberliegenden rotierenden Substrats 14. Zwischen dem Target 15 und dem sich in Ablationsposition befindenden Substrat 14 ist eine Blende mit einer der Größe des Substrats 14 angepassten Öffnung angebracht, die den streifenden Einfall von ablatierten Targetteilchen auf die zu beschichtende Mantelfläche des Substrats 14 verhindert. In der Darstellung der 16 ist diese Blende nicht gezeigt.
  • Durch Drehung des Targethalters 11 um einen Winkel von 360 Grad geteilt durch die Zahl der angeordneten Targets 15 wird das jeweilige Target 15 in die Ablationsposition positioniert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auf dem Targethalter 11 zwei Targets 15 aus pyrolytischem Graphit und ein Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid befestigt. Das Target 15 aus Bor- oder Wolframkarbid dient zur PLD-Abscheidung einer haftvermittelnden Zwischenschicht auf die Substrate 14.
  • Zur Spanungsreduzierung der gerade abgeschiedenen Subschicht wird das sich in Beschich tungsposition befindende Substrat 14 durch Verschieben des Carriers 8 in die erste oder zweite Station 43, 45 zur Spannungsreduzierung gebracht. Durch Linearscann des auf die Substratoberfläche gerichteten Substratlaserstrahls 13 mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt parallel zur Symmetrieachse des Substrats 14 und die gleichzeitige Substratrotation erfolgt eine gleichmäßige Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Subschicht.
  • In einer Ausführungsform des dritten Ausführungsbeispiels kann in der Entnahmekammer 6 eine Laser-Mikro- oder Laser-Nano-Strukturierung und/oder eine weitere Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch rein thermisches Tempern erfolgen.
  • 4. Ausführungsbeispiel
  • Die 17 zeigt eine Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von ta-C Schichten auf Substraten mit einer ebenen Rechteckform in einer prinzipiellen Darstellung. Die Vorrichtung entspricht im Wesentlichen der des ersten Ausführungsbeispiels. Darüber hinaus sind die Ionenquelle 9, die erste Station 43 zur Spannungsreduzierung, die Targetstation 44 einschließlich des Targethalters 11 und die zweite Station 45 zur Spannungsreduzierung des dritten Ausführungsbeispiels realisiert.
  • Auf dem Carrier 8 sind vorzugsweise zwei Substrathalter 29 jeweils als Platte positioniert. Um eine homogene Vorbehandlung der Substrate 14 zu gewährleisten, werden die Substrathalter 29 in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 durch gesteuerte Verschiebung des Carriers 8 senkrecht zum Ionenstrahl der Ionenquelle 9 als Breitband-Ionenquelle oder senkrecht zur Scannrichtung der Ionenquelle 9 mit kreisförmigem Ionenstrahlquerschnitt bewegt. Um eine homogene Schichtabscheidung und eine homogene Spannungsreduzierung zu gewährleisten, erfolgt in der Beschichtungskammer 5 eine zusätzliche gesteuerte Bewegung des Carriers 8 mit den Substraten 14 senkrecht zur Scannrichtung des Targetlaserstrahls 12 und des Substratlaserstrahls 13. Zwischen dem Target 15 und den sich in Ablationsposition befindenden Substrat 14 ist eine Blende mit einer angepassten Öffnung angebracht, die den streifenden Einfall von ablatierten Targetteilchen auf das zu beschichtende Substrat 14 verhindert. Die Blende ist in der Darstellung der 17 nicht gezeigt.
  • In den Ausführungsbeispielen 1 bis 4 können auch Targets 15 als rechteckige Platte eingesetzt werden. Dazu ist der Targethalter 11 prismenförmig ausgebildet und die Targets 15 sind auf den Mantelflächen befestigt.
  • Die 18 zeigt einen Targethalter 11 für Targets 15 mit einer rechteckigen Plattenform in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Zur Drehung des jeweiligen Targets 15 in die Ablationsposition mittels eines vorhandenen Antriebs ist der Targethalter 11 um seine Symmetrieachse stufenweise um Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der mit Targets 15 belegten Prismenmantelflächen drehbar ausgebildet. Um einen gleichmäßigen Targetabtrag über die gesamte Targetfläche zu ermöglichen, wird der Targetlaserstrahl 12 zweidimensional flächenhaft, beispielsweise kreisförmig und linear fortschreitend als Mäander oder aneinanderliegende Bänder, über die Targetoberfläche gescannt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Ausführungsbeispiele 4 und 5 können sich die Substrate 14 auf einem Carrier 8 in Prismenform befinden.
  • Die 19 zeigt einen derartigen Carrier 8 in Prismenform mit Substraten 14 in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Zur Drehung der beispielsweise auf Substrathaltern 29 befestigten Substrate 14 in die Vorbehandlungsposition sowie in die Beschichtungs- und Spannungsreduzierungsposition ist der Carrier 8 mittels eines Antriebs um seine vorzugsweise parallel zur Targetoberfläche gerichteten Symmetrieachse stufenweise um Winkel von 360 Grad geteilt durch die Anzahl der mit Substraten 14 belegten Prismenmantelflächen drehbar. Der Carrier 8 wird des Weiteren senkrecht zur Scannrichtung des Ionenstrahls in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer 4 sowie des Targetlaserstrahls 12 und des Substratlaserstrahls 13 in der Beschichtungskammer 5 mittels einer Transporteinrichtung gesteuert verschoben, um eine homogene Vorbehandlung der Substrate 14 sowie eine homogene Schichtabscheidung und eine homogene Spannungsreduzierung zu gewährleisten. Zwischen dem Target 15 und den sich in Ablationsposition befindenden Substraten 14 kann darüber hinaus eine Blende mit angepasster Öffnung angebracht sein, die den streifenden Einfall von ablatierten Targetteilchen auf die zu beschichtende Substrate 14 verhindert.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann das Target 15 in Zylinderform auch im Innenraum des Substrats 14 angeordnet sein. Das Substrat 14 ist beispielsweise ein Hohlzylinder, dessen Innenfläche mit einer abzuscheidenden Schicht zu versehen ist.
  • Die 20 zeigt eine Anordnung zur Innenbeschichtung von hohlzylinderförmigen Körpern als Substrate 14 größerer Abmessungen in einer prinzipiellen Darstellung.
  • Die Targets 15 in Zylinderform sind auf dem Targethalter 11 drehbar gelagert. Das zu ablatierende Target 15 wird mittels eines in den Targethalter 11 integrierten Antriebs axial und parallel zur Symmetrieachse des Substrats 14 in die Ablationsposition verschoben und in Rotationen mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel zur Symmetrieachse des Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt ein gleichmäßiger Targetabtrag durch Laserablation. Durch gleichzeitige Rotation des auf dem drehbaren Substrathalter 29 befestigten Substrats 14 um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit und gesteuerte axiale Relativbewegung zwischen Target 15 und Substrat 14 werden Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen Dickengradient in axialer Richtung abgeschieden. Der Substratlaserstrahl 13 zur Spannungsreduzierung der gerade abgeschiedenen Subschicht kann gleichzeitig auf die, der sich in Beschichtungsposition befindenden Substratfläche, gegenüber liegende beschichtete Innenfläche des Substrats 14 gerichtet werden. Die hohlzylinderförmigen, auf dem drehbaren Substrathalter 29 befestigten Substrate 14 können beispielsweise auf einem scheibenringförmigen Carrier gemäß Ausführungsbeispiel 1 oder einem als Gestell ausgebildeten Carrier gemäß Ausführungsbeispiel 4 und 5 positioniert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung kann das Target 15 als Hohlzylinder auch das Substrat 14 umgeben. Durch die Anordnung von mehreren Targets 15 in einem vorgegebenen Abstand und Einsatz von mehreren Target- 12 und Substratlaserstrahlen 13 können damit vorteilhafterweise lange Substrate 14 beschichtet werden.
  • Die 21 zeigt eine Carrier-, Substrat- und Targetanordnung zur Beschichtung von Mantelflächen von Substraten 14 als lange Zylinder in einer prinzipiellen Darstellung. Das Substrat 14 ist drehbar und axial verschiebbar gelagert. Die Targets 15 als Hohlzylinder sind nacheinander in einem vorgegebenem Abstand mit ihren Symmetrieachsen parallel zueinander und parallel zur Symmetrieachse des Substrats 14 angeordnet und umgeben das Substrat 14 vorzugsweise radialsymmetrisch. Jedes Target 15 wird mittels eines in der Aufhängung 46 des Targethalters 11 integrierten Antriebs in Rotationen mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit versetzt. Durch Linearscann des auf die Targetoberfläche fokussierten Targetlaserstrahls 12 parallel zur Symmetrieachse des Targets 15 und die gleichzeitige Targetrotation erfolgt ein gleichmäßiger Abtrag der Targetinnenfläche durch Laserablation. Durch gleichzeitige Rotation des Substrats 14 um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit und gesteuerte axiale hin und her Verschiebung des Substrats 14 relativ zu den Targets 15 werden Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen Dickengradient in axialer Richtung abgeschieden. Die Substratlaserstrahlen 13 zur Spannungsreduzierung werden vor, zwischen und nach den Targethaltern 11 auf die Oberfläche des Substrats 14 gerichtet, so dass während der gesteuerten axialen hin und her Verschiebung des Substrats 14 abschnittsweise eine alternierende Abscheidung von Subschichten und nachfolgende Spannungsreduzierung erfolgt.
  • Die Vorrichtungen der Ausführungsbeispiele können auch zur produktiven Laserpulsabscheidung (PLD) von kubischen Bornitridschichten (c-BN-Schichten) auf Substrate genutzt werden, wenn an Stelle der Targets aus Graphit Targets aus hexagonalem Bornitrid eingesetzt werden und während des Schichtabscheideprozesses gleichzeitig ein Substrationenstrahl, der wenigstens anteilig Stickstoffionen enthält, auf die aufwachsende Schichtoberfläche gerichtet wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (33)

  1. Vorrichtung zur Laserpulsabscheidung (PLD) von Schichten, vorzugsweise von diamantartigen Kohlenstoffschichten (DLC Schichten) mit überwiegend tetraedrischen Bindungen (ta-C Schichten) und von kubischen Bornitridschichten (c-BN Schichten), auf Substrate mit Einrichtungen zur Vakuumerzeugung, mit mindestens einer Einrichtung zur Ionenstrahl- oder Plasmaerzeugung, mit Lasern mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen von Laserstrahlen und mit wenigstens einer Transportvorrichtung für wenigstens einen Carrier, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens eine Beschickungs-/Vorbehandlungskammer (4), eine Beschichtungskammer (5) und eine Entnahmekammer (6) nacheinander angeordnet, jeweils über eine Einrichtung zur Vakuumerzeugung separat evakuierbar sowie separat belüftbar und durch Vakuumschleusen (10) voneinander getrennt sind, so dass jeweils wenigstens ein Carrier (8) mit mindestens einem Substrathalter (29) zur Aufnahme von wenigstens einem Substrat (14) mittels der Transportvorrichtung bei geöffneter Vakuumschleuse (10) von Kammer zu Kammer bewegbar ist, dass in der Beschickungs-/Vorbehandlungskammer (4) entweder wenigstens eine Ionenquelle (9) zur Ionenstrahlvorbehandlung des Substrats (14) oder wenigstens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas zur Plasmavorbehandlung des Substrats (14) angeordnet ist, dass wenigstens eine Targetstation (44) bestehend aus wenigstens einem Targethalter (11) mit mindestens einem Target (15) in einem vorgegebenem Abstand zu den sich auf dem Carrier (8) in der Beschichtungsposition befindenden Substrat (14) in der Beschichtungskammer (5) und aus wenigstens einem Laser (1) mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen des Laserstrahles als Targetlaserstrahl (12) außerhalb der Beschichtungskammer (5) sowie eine Einrichtung zur Einkopplung des Targetlaserstrahls (12) in die Beschichtungskammer (5) so angeordnet ist, dass der Targetlaserstrahl (12) auf das sich in Ablationsposition befindende Target (15) gelangt, wobei der Targetlaserstrahl (12) unter einem vorgegebenen Einfallswinkel von kleiner 70 Grad auf die Targetoberfläche gerichtet ist und das sich in Ablationsposition befindende Target (15) und das sich auf dem Carrier (8) in Beschichtungsposition befindende Substrat (14) zueinander so angeordnet sind und relativ so zueinander bewegt werden, dass der vom Target (15) ablatierte, schichtbildende Teilchenstrom senkrecht oder weitestgehend senkrecht, jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad, auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Subschichten mit homogener und vorgegebener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden, dass wenigstens eine Spannungsreduzierungsstation zur laserinduzierten Reduzierung der Spannungen von abgeschiedenen Subschichten vorgegebener Dicke auf dem sich in Spannungsreduzierungsposition auf dem Carrier (8) befindendem Substrat (14) in der Beschichtungskammer (5) bestehend aus wenigstens einem Laser (2) mit Vorrichtungen zur Führung, Formung, Fokussierung und zum Scannen des Laserstrahles als Substratlaserstrahl (13) außerhalb der Beschichtungskammer (5) sowie eine Einrichtung zur Einkopplung des Substratlaserstrahls (13) in die Beschichtungskammer (5) so angeordnet ist, dass der Substratlaserstrahl (13) mit vorgegebenem Querschnitt auf die Oberfläche des beschichteten Substrats (14) gerichtet ist, wobei das sich auf dem Carrier (8) in Spannungsreduzierungsposition befindende Substrat (14) so angeordnet und das Substrat (14) sowie der Substratlaserstrahl (13) relativ zueinander so bewegt werden, dass die inneren Spannungen von Subschichten vorgegebener Dicke über die gesamte Subschichtfläche und die gesamte Subschichtdicke homogen oder mit vorgegebenem Gradienten lateral über die Subschichtfläche und über die Subschichtdicke reduziert werden, so dass die Abscheidung von Subschichten und die Spannungsreduzierung von Subschichten alternierend bis zum Erreichen der vorgegebenen Gesamtschichtdicke erfolgt, und dass die Bestandteile der Vorrichtung mit einem Datenverarbeitungssystem gekoppelt sind, so dass der Transport der Carrier (8) und eine vorgegebene Variation aller Parameter für den Vorbehandlungs-, für den Beschichtungs- und den Spannungsreduzierungsprozess gesteuert erfolgt.
  2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Carrier (8) als Träger des mindestens einen Substrathalters (29) und des wenigstens einen Substrats (14) die Form einer Scheibe, eines Scheibenrings, einer Platte, eines Gestells oder eines Prismas besitzt und dass der Carrier (8) wenigstens in der Beschichtungskammer (5) zur Realisierung einer vorgegebenen lateralen Relativbewegung des Substrats (14) vorzugsweise parallel zur Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) mit wenigstens einem Antrieb gekoppelt ist.
  3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Carrier (8) als Scheibe oder Scheibenring ausgebildet und zur Realisierung entweder einer kontinuierlichen Rotation mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit oder stufenweisen Drehung um vorgegebene Winkel um seine Symmetrieachse mit wenigstens einem weiteren Antrieb gekoppelt ist.
  4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Carrier (8) als Prisma so angeordnet und mit einem Antrieb so gekoppelt ist, dass dieses um seine vorzugsweise parallel zur Targetoberfläche gerichteten Symmetrieachse stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der mit Substraten (14) belegten Prismenmantelflächen drehbar ist.
  5. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Carrier (8) wenigstens eine Bewegungsvorrichtung für den Substrathalter (29) so integriert ist, dass das Substrat (14) um seine Symmetrieachse oder um sein Symmetriezentrum mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit rotiert und/oder zyklisch über einen vorgegeben Winkelbereich zur Targetoberfläche geneigt wird.
  6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) scheibenförmig oder scheibenringförmig ausgebildet ist und mehrere kreisförmig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von vorzugsweise scheibenförmigen Targets (15) oder von radial oder tangential auf dem Targethalter (11) angeordneten Targets (15) in Zylinderform aus einem Targetmaterial oder verschiedenartigen Targetmaterialien und eine Vorrichtung zur stufenweisen Rotation des Targethalters (11) um seine Symmetrieachse um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targets (15) besitzt.
  7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) mindestens eine Vorrichtung zur Rotation des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) um seine Symmetrieachse mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit besitzt.
  8. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) oder wenigstens einzelne Targethalterungen des Targethalters (11) so ausgebildet sind, dass die Targetoberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) parallel oder unter einem vorgegebenen einstellbaren Winkel zur Oberfläche des sich in Beschichtungsposition befindenden Substrats (14) gerichtet ist.
  9. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Targethalter (11) oder mehrere Targethalter (11), vorzugsweise rotationssymmetrisch und prismenförmig angeordnete Targethalter, zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von aus einem Targetmaterial bestehenden Targets (15) in Zylinderform oder von Targets (15) in aus mehreren Segmenten aus verschiedenartigen Targetmaterialien zusammengesetzten Zylinderform und mindestens eine Vorrichtung zur Rotation wenigstens des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit um seine Symmetrieachse Bestandteile der Targetstation sind.
  10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Rotation mit jeweils einer Einrichtung zur vorgegebenen Verschiebung der Targetsegmente parallel zur Symmetrieachse des jeweiligen Targets (15) in die Ablationsposition versehen ist.
  11. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Targethalter (11) prismenförmig ausgebildet ist, dass der Targethalter (11) prismenmantelflächenartig angeordnete Targethalterungen zur Aufnahme und zur Kühlung oder Heizung von Targets (15) als ebene Platten besitzt und dass der Targethalter (11) stufenweise um vorgegebene Winkel entsprechend der Anzahl der Targethalterungen drehbar und zur Realisierung einer vorgegebenen Relativbewegung zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target (15) und den sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat (14) lateral und vorzugsweise parallel relativ zu der Substratoberfläche gesteuert verschiebbar ist.
  12. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schutzblende für wenigstens ein sich nicht in Ablationsposition befindenden Targets (15) und wenigstens ein sich nicht in Beschichtungsposition befindenden Substrats (14) in der Beschichtungskammer (5) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einkopplung des Targetlaserstrahls (12) auf das sich in Ablationsposition befindende Target (15) aus einem an einem Einkoppelflansch (35) hochvakuumdicht angeflanschten Einkoppelfenster (36) aus einem für die Wellenlänge des Targetlaserstrahls (12) transparenten Material besteht, wobei der Einkoppelflanschquerschnitt und das Einkoppelfenster (36) in ihrer Größe so bemessen sind, dass der Targetlaserstrahl (12) über die gesamte Oberfläche des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) entweder nur linear mit konstanter Geschwindigkeit oder vorgegeben variierter Geschwindigkeit oder zweidimensional flächenhaft gescannt wird und dass die Symmetrieachse des Einkoppelflansches (35) unter einem vorgegebenen Winkel zur Targetoberfläche geneigt ist oder mittels Faltenbalgzwischenstück unter mehreren vorgegebenen Winkeln zur Targetoberfläche neigbar ist.
  14. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung bis zur Vermeidung der Belegung der Innenfläche des Einkoppelfensters (36) für den Targetlaserstrahl (12) mit ablatiertem Targetmaterial die Länge des Einkoppelflansches (35) unter Beachtung der erforderlichen Brennweite des außerhalb der Beschichtungskammer (5) angeordneten Objektivs (18) zur Fokussierung des Targetlaserstrahls (12) auf das Target (15) so lang wie möglich ist und/oder zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target (15) und dem Einkoppelfenster (36) eine synchron mit dem Targetlaserstrahlscann und senkrecht zum Targetlaserstrahl (12) bewegbare, nur den Laserstrahlquerschnitt freigebende Blende (31) angebracht ist und/oder magnetfelderzeugende Anordnungen zur Ablenkung des ablatierten, ionisierten Targetteilchenstromanteils von der Fensterinnenfläche vorhanden sind.
  15. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einkopplung des Substratlaserstrahls (13) mit vorgegebenem Querschnitt auf die Schichtoberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats (14) aus einem hochvakuumdicht angeflanschten Fenster aus einem für die Wellenlänge des Substratlaserstrahls (13) transparenten Materials besteht, welches in seiner Größe so bemessen, so geformt und so angeordnet ist, dass der Substratlaserstrahl (13) während der Relativbewegung zwischen Substratlaserstrahl (13) und der Oberfläche des sich in Entspannungsposition befindenden Substrats (14), vorzugsweise durch Bewegung des Carriers (8) und/oder des Substrats (14) und/oder durch Scannen des Substratlaserstrahls (13) über die Schichtoberfläche, entweder senkrecht oder unter einem vorgegebenen variierbaren Winkel auf die Schichtoberfläche gerichtet ist.
  16. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in und/oder außerhalb der Beschichtungskammer (5) Bestandteile wenigstens einer der in situ Messeinrichtungen zur Ermittlung der Pulsenergie, der Fluenz und der Fluenzverteilung des Target- (12) und des Substratlaserstrahls (13), zur Ermittlung der Schichtabscheiderate und der Schichtdicke, zur Ermittlung der Schichtspannung, zur Ermittlung der Substrat- und Schichtoberflächentemperatur sowie zur Ermittlung der Targetoberflächentemperatur und zur Beurteilung der Schichtqualität angeordnet sind und dass die in situ Messeinrichtung mit dem Datenverarbeitungssystem zusammengeschaltet ist.
  17. Vorrichtung nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur in situ Kontrolle der Pulsenergie, der Fluenz und der Fluenzverteilung der Laserstrahlen Laserleistungs- und Laserpulsenergiemessgeräte sowie Laserstrahlprofilometer und dass zur in situ Kontrolle der Schichtabscheiderate, der Schichtdicke, der Dicke der jeweiligen abgeschiedenen Subschicht und der Schichtqualität ein in situ Ellipsometer angeordnet sind.
  18. Vorrichtung nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Interferenz-Messeinrichtung so angeordnet ist, dass der Laserstrahl (24) vorzugsweise eines Diodenlasers (23), der vom Schichtmaterial nur wenig absorbiert wird, unter einem vorgegebenem, von Null Grad verschiedenen Einfallswinkel auf die aufwachsende Schicht gerichtet und sowohl an der aufwachsenden Schichtoberfläche (25) als auch an der Schicht-Substratgrenzfläche (26) reflektiert wird, wobei die reflektierten Strahlanteile (27) interferieren und die mit zunehmender Schichtdicke entstehenden periodischen Intensitätsschwankungen mit Hilfe eines in Reflexionsrichtung des Laserstrahls (24) angeordneten Fotodetektors (28) registriert und als Messsignal zum Datenverarbeitungssystem geleitet werden.
  19. Vorrichtung nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur in situ Messung der Target-, Substrat- und Schichtoberflächentemperatur vorzugsweise Pyrometer angeordnet sind.
  20. Vorrichtung nach Patentanspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur in situ Bestimmung der Schichtspannung während des Beschichtungsprozesses und zur Kontrolle der Spannungsreduzierung während des Spannungsreduzierungsprozesse auf dem Carrier (8) in der Nähe eines Substrats (14) ein nur an einem Ende befestigter Cantilever angebracht ist, dessen während des Beschichtungsprozesses mit zunehmender Dicke der aufwachsenden Subschicht zunehmender Radius der Verbiegung und während des Spannungsreduzierungsprozesses dieser Subschicht wieder abnehmender Radius der Verbiegung ermittelt und ausgewertet wird.
  21. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beschichtungskammer (5) mindestens eine Ionenstrahlstation zur Ionenbestrahlung des sich vorzugsweise in oder unmittelbar neben der Beschichtungsposition befindenden Substrats (14) und der Oberfläche der jeweiligen aufwachsenden oder gerade abgeschiedenen superdünnen Schicht mit Ionenstrahlen (Substrationenstrahlen) vorgegebener Masse, Ladung, Energie und Ionenstromdichte angeordnet ist.
  22. Vorrichtung nach Patentanspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenstrahlstation aus einer hochvakuumdicht angeflanschten oder in die Beschichtungskammer (5) eingebauten Ionenquelle (9) und einer Elektronenquelle zur Ladungskompensation sowie einer Energie-, Gasversorgungs- und Kühleinheit besteht, wobei die Ionenstrahlzusammensetzung, die Ionenenergie und die Ionenstromdichte des auf das Substrat (14) und wahlweise auch auf die aufwachsende oder gerade abgeschiedene superdünne Schicht auftreffenden Ionenstrahls vorgegeben eingestellt oder variiert wird und dass der Übergang von der Ionenbestrahlung der Substratoberfläche zur Schichtabscheidung und zur wahlweisen Ionenbestrahlung der aufwachsenden Schicht kontinuierlich ohne zeitliche Unterbrechung und ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgt.
  23. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem sich in Ablationsposition befindenden Target (15) und dem sich in Beschichtungsposition befindenden Substrat (14) Magnetfelder vorhanden sind, deren Magnetfeldlinien vorzugsweise senkrecht von der gerade ablatierten Oberfläche des Targets (15) bis senkrecht auf die gerade beschichtete Oberfläche des Substrats (14) verlaufen, wobei das Target (15) und das Substrat (14) gegenüberliegend mit parallelen oder zueinander unter einem vorgegebenen Winkel geneigten Mittelsenkrechten oder geneigt und zueinander versetzt mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten von wenigstens 90 Grad angeordnet sind.
  24. Vorrichtung nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Target (15) und hinter dem Substrat (14) Polschuhe (20) angeordnet sind und dass die Polschuhe (20) über wenigstens ein in der Beschichtungskammer (5) angeordnetes oder durch die Wände der Beschichtungskammer (5) hochvakuumdicht eingeführtes magnetisches Joch (21) mit wenigstens einer Stromspule (22) verbunden sind, so dass die Erzeugung des Magnetfeldes zur Konzentration des ionisierten Targetteilchenstromanteils auf das sich in Beschichtungsposition befindende Substrat (14) und zur Erhöhung des Ionisierungsgrades im ablatierten Targetteilchenstrom bei gegenüberliegender Anordnung des sich in Ablationsposition befindenden Targets (15) und des Substrats (14) mittels eines magnetischen Kreises erfolgt.
  25. Vorrichtung nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Magnetfeldes unmittelbar vor dem Target (15) sowie unmittelbar vor dem Substrat (14) und zwischen Target (15) und Substrat (14) Magnetspulen oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten angeordnet sind.
  26. Vorrichtung nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten so angeordnet sind, dass zur zusätzlichen Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablatierten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei zueinander versetzter und geneigter Anordnung von Target (15) und Substrat (14) mit einem vorgegebenem Winkel zwischen den Mittelsenkrechten der gerade ablatierten Targetoberfläche und der gerade zu beschichtenden Substratoberfläche von wenigstens 90 Grad ein vorzugsweise ringsektorförmiges Magnetfeld zwischen dem Target (15) und dem Substrat (14) vorhanden ist.
  27. Vorrichtung nach Patentanspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetspulen und/oder in axialer Richtung magnetisierte ringförmige Permanentmagneten so angeordnet sind, dass zur zusätzlichen Reduzierung bis Vermeidung des Einbaus von ablagerten Partikulaten in die aufwachsende Schicht bei gegenüberliegender und vorzugsweise geneigter Anordnung von Target (15) und Substrat (14) ein Magnetfeld in Form wenigstens eines Teils eines sinuswellenförmigen Torus zwischen dem Target (15) und dem Substrat (14) vorhanden ist.
  28. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Target (15) und dem Substrat (14) wenigstens eine Blende (31) mit vorgegebener Öffnungsgeometrie so angeordnet ist und so bewegt wird, dass der vom Target (15) ablatierte, schichtbildende Teilchenstrom möglichst senkrecht jedoch nicht unter einem Einfallswinkel von größer 60 Grad auf die jeweilige Substrat- oder aufwachsende Schichtoberfläche auftrifft und Schichten mit homogener Dicke oder mit einem vorgegebenen lateralen Dickengradienten abgeschieden werden.
  29. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmekammer (6) mit einer Oberflächenstrukturierungsstation zur Laser-Mikro- und/oder Laser-Nano-Strukturierung wenigstens der abgeschiedenen Schichten auf das sich in Strukturierungsposition befindende beschichtete Substrat (14) mittels Fokus- oder Maskenprojektionsverfahren ausgestattet ist.
  30. Vorrichtung nach Patentanspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierungsstation aus außerhalb der Entnahmekammer (6) angeordneten wenigstens eines Lasers und Einrichtungen zur Führung, Formung und Fokussierung sowie Fokusnachführung oder Maskenabbildungsebene-Nachführung des Laserstrahls und zur Realisierung einer Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Substratoberfläche sowie einer Einrichtung zur Einkopplung dieses Laserstrahls als Strukturierungslaserstrahl mit vorgegebenem Fokus- oder Maskenabbildungs-Querschnitt auf die Schichtoberfläche sowie wenigstens einer in situ Lagemess- und Justiereinrichtung für das sich in Strukturierungsposition befindende Substrat (14) und Einrichtungen zur Messung und Justierung sowie Nachführung der Fokuslage oder der Maskenabbildungsebene des Strukturierungslaserstrahls relativ und senkrecht zur Schichtoberfläche besteht.
  31. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmekammer (6) wenigstens eine Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern aufweist.
  32. Vorrichtung nach Patentanspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Station zur Spannungsreduzierung der abgeschiedenen Schichten durch thermisches Tempern aus einem Strahlungsheizer besteht.
  33. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer (4), die Beschichtungskammer (5) und die Entnahmekammer (6) zur Aufnahme von mehreren Carrier (8) und entsprechend die Beschickungs-/Vorbehandlungskammer (4) für den Einsatz von mehreren Ionenquellen (9) oder Einrichtungen zur Erzeugung eines Plasmas, die Beschichtungskammer (5) für den Einsatz von mehreren Targetstationen, mehreren Spannungsreduzierungsstationen und sowie alle Energieversorgungseinheiten und die Steuereinheiten für einen automatischen Prozessablauf durch einen modularen Aufbau gekennzeichnet und somit erweiterbar sind.
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