Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
In-situ-Diagnostik und modellbasierte Regelung von Inline-Sputterprozessen für die Großflächenbeschichtung.
Magnetronsputtern
Für die wirtschaftliche Abscheidung von Funktionsschichten von der Halbleitertechnik bis zu Medizinprodukten liefert das Magnetronsputtern Schichten von höchster Güte
Das Fraunhofer IST bündelt eine einzigartige Expertise im Bereich der industriellen Nutzung des Magnetronsputterns. Von Anwendungen zur Reibungsminderung, Korrosions- und Verschleißschutz über elektrische und optische Funktion bis zur Medizintechnik werden die unterschiedlichen Varianten des Magnetronsputterns eingesetzt. Verschiedene Beschichtungsquellen sowie Prozessüberwachung und aktive Regelung werden am Fraunhofer IST eingesetzt und weiterentwickelt.
Anwendungsorientiere Entwicklung auf industriellen Beschichtungsanlagen
Für die Entwicklung stehen industrielle Beschichtungsanlagen in Batch- und Inline-Typ mit verschiedenen Quellengeometrien (planar und zylindrische Kathoden) für die metallische und reaktive Abscheidung zur Verfügung.
EOSS®-Beschichtungsanlagen für die Produktion optischer Schichten mit höchster Qualität und hohem Durchsatz
Beschichtungsanlage EOSS® der zweiten Generation für gleichzeitig durchgeführte beidseitige Abscheidung von Interferenzfiltern.
Beschichtungsanlage EOSS® der ersten Generation für einseitige Beschichtung von Präzisionsoptik.
Mit den Sputtersystemen des Typs EOSS® (Enhanced Optical Sputtering System) stehen dem Fraunhofer IST hochmoderne Anlagen zur Verfügung, um präzise optische Interferenzfiltersysteme herzustellen. Dabei werden die Schichten in bis zu drei Kammern durch Magnetron-Sputtern auf das Substrat aufgebracht. Als Quellmaterialien werden zylindrische Rohre eingesetzt, welche im Gegensatz zu ihren planaren Pendants eine deutlich stabilere Verteilungsfunktion aufweisen. Zur weiteren Verminderung von Partikelkontaminationen wurde die gesamte Anlage (siehe nebenstehende Abbildung unten) als »Sputterup«-Konzept ausgelegt. Die Beschichtung erfolgt in diesem Fall von unten nach oben, so dass schwerere Partikel nicht auf den Substraten kondensieren können. Eine zusätzliche Station zur Plasmabehandlung und ein leistungsstarkes Heizsystem runden die Systeme ab.
Mit der zweiten Generation des Systems (siehe nebenstehende Abbildung oben) können nun auch gleichzeitig Beschichtungen von oben durchgeführt werden. Das erlaubt eine reduzierte Prozesszeit bei Produktion von optischen Filtern mit Rückseitenbeschichtung. Außerdem können Verbiegungen durch Schichtspannung schon während Filterabscheidung kompensiert werden und auf diese Weise auch besonders dünne Substrate funktionalisiert werden.
Spezifikationen / technische Daten
- Magazinsystem für Substratcarrier
- 10 bzw. 12 Substratcarrier mit einem nutzbaren Durchmesser von 200 mm und einer nutzbaren Dicke von 50 bzw. 70 mm
- Zwei bzw. drei Sputterkammern mit jeweils einem Material
- Sputterleistungen bis 20 kW pro Meter und Target
- Abscheideraten bis zu 1 nm/s
- Spektrales Transmissionsmonitoring von 250 - 1650 nm
- Prozessautomatisierung durch MOCCA+®
- RF-Plasmaquelle
- Substratheizung bis 300 °C Substrattemperatur
- Vollbestückung der Anlage von Atmosphäre zu 1x10-6 mBar Schleusendruck, inkl. Schleusen in weniger als 20 Minuten
- Basisdruck ca. 1x10-7 mbar, erreichbar innerhalb von 24 Stunden
Inline-Beschichtungsanlage für Großflächenbeschichtung
Inline-Magnetronsputteranlage für die Großflächenbeschichtung.
Die Experten am Fraunhofer IST setzen die Inline-Sputter-Beschichtungsanlage A700V zur Forschung und Entwicklung von Schichten und komplexen Schichtsystemen im industriellen Maßstab ein. Dies reicht von der Material- und Prozessentwicklung von Einzelschichten bis hin zu Systemen aus bis zu 10 unterschiedlichen Materialien, z. B. für transparent leitfähige Oxide (TCO), Low-e-Schichtsysteme, Elektrochromie, Sonnenschutz, Brennstoffzellen, Interferenzoptiken auf großer Fläche oder Astronomiespiegel.
Spezifikationen / technische Daten
- Inline-Sputter-Anlage mit fünf Beschichtungsmodulen und zwei Schleusenkammern
- Eine Schleusenkammer mit Reinraumzugang, inklusive professioneller Substratreinigungsanlage
- Planare und zylindrische Sputter-Kathoden sowie serielles Co-Sputtern
- Sputter-Verfahren: DC, RF, RF+DC, MF und HIPIM, reaktiv oder vom keramischen Target
- Verfügbare Gase: Ar, O2, N2, H2, weitere auf Anfrage
- Lambdasonden oder optische Emissionsspektroskopie (OED) zur Prozessregelung
- Maximale Substrattemperatur 400 °C
- Substratgröße bis zu 60 x 100 cm2
Serielles Co-Sputtern – Megatron®
Mit dem gezeigten Beschichtungsmodul Megatron® können die Forschenden des Fraunhofer IST bislang nicht herstellbare Materialkombinationen fertigen.
Das am Fraunhofer IST entwickelte Beschichtungsmodul Megatron® erlaubt die schnelle und variable Realisierung von bisher nicht herstellbaren Materialmischungen. Hinter jedem der zwei zylindrischen Rohrtargets ist ein weiteres planares Target angeordnet. Im sekundären Sputter-Prozess werden Atome vom planaren Target gelöst und in das Rohrtarget »implantiert«. So lässt sich z. B. Titanoxid mit Niob dotieren und abscheiden. Für bestimmte Materialkombinationen ergibt sich eine erhöhte Sputterrate von bis zu 100 Prozent gegenüber dem herkömmlichen Prozess. Das neue Modul ist serienreif und nachrüstbar.
Spezifikationen / technische Daten
- Kombination aus zwei primären Rohrtargets und zwei sekundären planaren Targets
- Rohrtargetlänge: 600 mm
- Kosteneffizienter Prozess durch erhöhte Beschichtungsrate
- Abscheiden bislang nicht herstellbarer Materialkombinationen
- Schnelles Verändern der Zusammensetzung des primären Rohrtargets durch Leistungsvariation des sekundären Targets
- Einfaches Erzeugen von Gradientenschichten
- Reduzierte Entwicklungszeiten
Skizze des am Fraunhofer IST entwickelten seriellen Co-Sputter-Moduls Megatron®.