CZ279621B6 - Zařízení pro zpracování substrátů - Google Patents

Abstract

Zařízení je určeno pro nanášení ochranné vsrstvy na povrhcovou plochu optických reflektorů (17) světlometů v oblasti (16) plazmatu, vytvářeného mikrovlnami ve vakuovém recipientu (1), který je opatřen přívodním hrdlem (6). Vakuový recipient (1) má kotoučem (8) z křemenného skla uzavřené průchozí okno (7) pro přívod mikrovlnné energie vytvářené vně skříně (2) recipientu (1) upraveným mikrovlnným generátorem (11). Mikrovlnná energie se akumuluje uvnitř recipientu (1) prostřednictvím na okno (7) připojené mikrovlnné antény (12).ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález řeší zařízení pro zpracování substrátů, zejména pro nanášení ochranné vrstvy na povrch optických reflektorů v plazmatu, vytvářeném mikrovlnami v plynu, které je opatřeno ve tvaru bubnu vytvořeným a přívodem plynu opatřeným vakuovým recipientem pro uložení zpracovávaných substrátů, který má křemenným sklem nebo podobně uzavřené průchozí okno pro mikrovlnnou energii, vytvářenou generátorem uspořádaným vně recipientu a tato mikrovlnná energie je do vnitřku vakuového recipientu napájena mikrovlnnou anténou, připojenou zevnitř k oknu.

Dosavadní stav techniky

Z DE-PS 2 625 448 je známý způsob, jak je možné ochránit optické reflektory, například reflektory světlometů napařené hliníkem, proti korozi prostřednictvím plazmové polymerické vrstvy. K tomu účelu jsou reflektory vystaveny ve vakuovém recipientu monomerním parám organických sloučenin, například křemičité organické substance, a ochranná vrstva je vylučována polymeraci z parní fáze prostřednictvím záření z doutnavého výboje při použití wolframového žhavicího drátu. Vyloučené dávky tímto způsobem dosažené často nepostačují k získání minimální tloušťky vrstvy, která by zajistila dostatečnou odolnost proti vodě, která se vylučuje zvýšeným pocením. Přitom je třeba dbát nejen na tu skutečnost, aby se vyloučila potřebná minimální tloušťka vrstvy, avšak také to, aby na zvláště exponovaných místech, například na rovných plochách reflektoru, nebyla překročena maximální tloušťka vrstvy. Od mezní vrstvy o tloušťce zhruba 70 nm může totiž docházet k vytváření rušivých interferenčních barev, protože je splněna fázová podmínka destrukční interference modrého světla, to je index lomu ochranné vrstvy n=l,5. Tím nesplňuje reflektor požadavky na kvalitu. Proto smí mít poměr mezi největší tloušťkou ochranné vrstvy, například na rovných místech přední plochy, a nejmenší tloušťkou, například v oblasti krčku lampy i u hluboce tvarovaných reflektorů maximální hodnotu zhruba 2,8 : 1. Jinak nelze dosáhnout požadované odolnosti proti vodě vznikající pocením na několik stovek hodin bez nepříznivého optického ovlivnění pestrými interferenčními barvami.

Tuto podmínku často nelze u uvedeného způsobu, který používá wolframový žhavicí drát a doutnavý výboj, splnit. Podkladem pro takové, v některých případech nepřípustné rozdělení tloušťky vrstvy spočívá zpravidla ve výrobním tlaku, který je nutný pro hospodárné oddělení vrstev a který má řadovou velikost 0,1 až 1 Pa, při kterém jsou volné délky drah reakčních směsí menší než hloubková průtažnost povrstvovaného reflektoru. Další nevýhoda tohoto způsobu spočívá v relativně vysokých nákladech, které jsou způsobeny spotřebou wolframových žhavicích drátů.

Z literatury jsou známé plazmové výrobní postupy se zvláště vysokou účinností, které v podstatě připouštějí snížení tlaku až na zhruba 10 Pa. K nim patři elekronově cyklotronová rezonanční

-1CZ 279621 B6 výroba plazmatu (ECR) s budicími frekvencemi v oblasti gigahertzů. Protože volná dráha reakčních směsí je při těchto nízkých výrobních tlacích mnohem větší než hloubkové protažení povrstvovaných částí, je možné očekávat podstatné zdokonalení rozdělení tloušťky vrstvy na reflektorech.

Z DE-OS 37 05 666 je známé zařízení pro výrobu plazmatu a pro zpracovávání substrátů. Prostřednictvím mikrovln vytvořené plazma pro povrstvování substrátu uloženého v evakuovatelné skříni zajišťuje, že prostřednictvím permanentních magnetů, které jsou upraveny v blízkosti povrstvovaného substrátu, je možné vytvářet uvnitř skříně elektronově cyklotronovou rezonanci, která umožňuje prostorově cílené zapálení plazmatu. V DE-OS 37 05 666 jsou podrobně popsány základy elektronově cyklotronové rezonance a proto zde nejsou blíže uváděny. Pro vazbu mikrovln jev jedné boční stěně skříně vytvořeno v podélném směru upravené, velké, pravoúhlé okno, které je hermeticky uzavřeno prostřednictvím desky z křemenného skla. K tomu účelu musí být skříň téměř po celé délce naříznuta. Za oknem je ve velmi malé vzdálenosti od povrstvovaných substrátů upravena uzavřená magnetová konfigurace pro vytváření ECR-plazmatu. Toto zařízení je vhodné i pro povrstvování vylisovaných trojrozměrných předmětů.

Podstata vynálezu

V zařízení pro zpracování substrátů, zejména pro nanášení ochranné vrstvy na povrch optických reflektorů v plazmatu, vytvořeném mikrovlnami v plynu, které je opatřeno ve tvaru bubnu vytvořeným á přívodem plynu opatřeným vakuovým recipientem pro uložení zpracovávaných substrátů, který má křemičitým sklem nebo podobně uzavřené průchozí okno pro mikrovlnnou energii, vytvářenou generátorem uspořádaným vně recipientu, je podle vynálezu mikrovlnná energie dovnitř vakuového recipientu napájena mikrovlnnou anténou, připojenou zevnitř k oknu, a uvnitř vakuového recipientu je v sousedství mikrovlnné antény uspořádána magnetická lavice pro vytváření místních elektronově cyklotronových rezonancí.

Hlavní výhoda tohoto řešení spočívá v tom, že nedojde vytvořením otvoru, který slouží jako mikrovlnné okno, k žádnému zeslabení recipientu, protože okno může být relativně malé. Dále je možné velmi snadno realizovat i dodatečnou úpravu mikrovlnného okna do stávajícího recipientu. Mikrovlnná energie, kterou vytváří mikrovlnný vysílač, je rozdělována mikrovlnnou anténou, která je připojená uvnitř recipientu na okno, překryté křemenným sklem nebo podobně. To umožňuje optimální využití prostoru, který je v recipientu, pro uložení povrstvovaných substrátů. To platí zejména pro takové substráty, které jsou vloženy známým způsobem do planetových klecí bubnového plnicího vozu, který zajíždí do recipientu dveřmi . Přitom je zdroj povrstvování uspořádán od povrstvovaných substrátů v relativně velké vzdálenosti, což je výhodné i z hlediska příznivého rozdělování tloušťky vrstvy na hluboce tvarované substráty. Mimoto lze provádět povrstvování ve velkém prostorovém úhlu. Tím se podstatně zkrátí potřebná doba povrstvování pro jednu dávku při stejném výrobním tlaku.

Zvláště výhodné je, pokud uvnitř recipientu a na okno připojená mikrovlnná anténa je vytvořena vlnovodem, který je na pros

-2CZ 279621 B6 tor nenáročným způsobem upraven ve směru podélné osy vakuového recipientu. Dále je výhodné, když je mikrovlnná anténa jedním svým koncem upevněna na vnitřní straně vakuového recipientu a když má vlnovodovou část, která zevnitř překrývá okno vytvořené ve vakuovém recipientu. Pro snížení hustoty mikrovlnného výkonu na vakuovém okně ke výhodná transformace průřezu mikrovlnného vlnovodu a jeho připojení se zvětšeným průřezem. Tak se současně chrání vnitřní strana vakuového okna před znečištěním, pokud jsou substráty před svým povrstvením plazmovým polymerem vystaveny kovovému napařování, například napařování hliníkem. Úpravou magnetické lavice ve tvaru tyče a rovnoběžně s mikrovlnnou anténou se umožní místně omezená elektronově cyklotronová rezonance, která zajišťuje zvláště homogenní rozdělení plazmatu po celé podélné ose vakuového recipientu při velmi nízkém výrobním tlaku. Tato magnetická lavice je s výhodou vytvořena z permanentních magnetů, a to tak, že sousedící řady magnetů mají střídající se polaritu.

Podle dalšího výhodného vytvoření je ve vakuovém recipientu uspořádán nejméně jeden vyhřívaný odpařovací drát pro primární kovové napařování povrstvovaného substrátu, jehož přívody proudu jsou vedeny skrz čelní stěnu, která je opatřena oknem vakuového recipientu, a to s výhodou skrze víko, ve kterém je upraveno okno.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález jev dalším podrobněji vysvětlen na příkladu provedení ve spojení s připojenými výkresy, kde na obr. 1 je v podélném řezu schematicky znázorněno zařízení pro zpracovávání světlometů a na obr. 2 je schematicky znázorněno zařízení podle obr. 1 v příčném řezu.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 je patrný vakuový recipient 1, který má podélnou válcovou skříň 2, která je na obou čelních stranách uzavřena první čelní stěnou 3. a druhou čelní stěnou 4,. Druhá čelní stěna 4 je vytvořena jako hermeticky uzavíratelné dveře, které v otevřené poloze umožňují plnit vakuový recipient 1 zpracovávanými substráty. Skříň 2 může být evakuována prostřednictvím hrdla 5., na které je připojeno neznázorněné čerpadlo. Povrstvování substrátů se provádí prostřednictvím monomerní páry, která se vpouští do skříně 2 před přívodní hrdlo 6 a ve skříni 2 se ionizuje. Monomery nebo směsi monomerů jsou s výhodou v DE-PS 2 6 25 448 uvedené chemické sloučeniny ze skupiny siloxanů a silanů.

První čelní stěna 3. skříně 2 je opatřena průchozím oknem 7 pro mikrovlnnou energii, které je uzavřeno kotoučem 8. z materiálu, který propouští mikrovlnné záření, například z křemenného skla. Okno 7 je vytvořeno v odnímatelném víku které uzavírá vstupní otvor 10 do vnitřku skříně 2. U znázorněného příkladu provedení je otvor 10 vytvořen uprostřed první čelní stěny 3. a okno 7 je uspořádáno uprostřed první čelní stěny 3. a okno 7 je uspořádáno uprostřed víka 9.

Záření, vytvářené mikrovlnným generátorem 11, navazuje přes kotouč 8. a okno 7 na mikrovlnnou anténu 12. V principu může být mikrovlnná anténa 12 vytvořena ve velmi různé podobě, jako

-3CZ 279621 B6 například ve tvaru trychtýřového zářiče, štěrbinové antény nebo antény se spínacími kolíky. Mikrovlnná anténa 12 je, jak je to patrno z obr. 1, vytvořena jako centrálně uspořádaná trubka, která je upravena ve směru podélné osy skříně 2. Svým ve tvaru kapky vytvořeným koncem, to je vlnovodovou částí 13., je mikrovlnná anténa 12 jednostranně upevněna na vnitřní straně víka 9, přičemž tato dutá vlnovodová část 13 úplně překrývá okno 7 a kotouč 8.. Tím se zabrání tomu, aby se na kotouči 8 mohly vytvářet nánosy, které by odrážely mikrovlny a tak nepříznivě ovlivňovaly výkon zařízení. Taková ochrana kotouče 8 je důležitá zejména tehdy, pokud jsou povrstvované substráty předem ve stejném vakuovém recipientu 1 napařovány kovovou vrstvou zejména hliníkovou vrstvou, jako je to běžně prováděno u světlometů. K tomu účelu upravené odpařovací ústrojí je opatřeno odpařovacím drátem 14, který je na výkrese znázorněn. Je připojen ke zdroji proudu, který je upraven mimo vakuový recipient 1. Přívod 14a proudu pro odpařovací drát 14 je veden víkem 9. mimo okno 7 a mimo kotouč 8.

Rovnoběžně s mikrovlnnou anténou 12 a v nepatrné vzdálenosti od ní je uspořádána tyčová magnetická lavice 15. Prostřednictvím této magnetické lavice 15 se vytváří vhodné magnetické pole, které splňuje elektronově cyklotronovou rezonanční podmínku. Přitom jsou ionizací monomerních molekul v mikrovlnném poli vytvářené elektrony na podklad Lorentzovy síly uváděny na spirálové dráhy kolem magnetických siločar. Tím se podstatně zvýší pravděpodobnost ionizace pro plynové molekuly při uvedeném nízkém procesním tlaku. Tyčová magnetická lavice 15 je upevněna na plnicím voze, který je podrobněji popsán v dalším.

V detailu je magnetická lavice 15 vytvořena z tyčového nosiče z měkkého magnetického materiálu se dvěma navzájem protilehlými, rovnoběžnými rovnými plochami, na kterých jsou u příkladu provedení uspořádány vždy tři řady jednotlivých magnetů ve stejné vzájemné rozteči, přičemž jejich konce pólů jsou z hlediska polarity rozdílné vzhledem ke koncům pólů vždy sousedící řady jednotlivých magnetů.

Při splnění podmínek ECR, to je hustoty magnetického toku B = 87,5 mT při mikrovlnné frekvenci _f = 2,45 GHz, vznítí se v obou šrafovaně vyznačených oblastech 16 plazma. Pokud se přivede polymerizovatelný monomer, jako například hexamethyldisiloxan (HMDS(O)), vylučuje se ochranná vrstva polymeru zpolymerováného doutnavým výbojem.

Princip tedy spočívá v tom, že se místo wolframového žhavicího drátu uspořádá ve vakuovém recipientu 1 vhodná magnetická lavice 15. Tím zcela odpadá až dosud nezbytné elektrické spojení pro vytápění a pro přívod vysokého napětí. Prostřednictvím o sobě známých elementů vyzařující mikrovlnné vlny se v zařízení akumuluje mikrovlnná energie a je tak běžně k dispozici. Přitom je procesní tlak nastaven tak nízký, že na základě Paschenova zákona nedochází k žádnému vznícení plazmatu prostřednictvím obvyklých rázových lavinových procesů. Jen v oblasti magnetické lavice 15, kde je splněna podmínka cyklotronové rezonance, dochází k rezonančnímu plazmovému vývoji. Proto se neuskutečňuje rozdělování plazmatu po celé délce zařízení v praxi jen obtížně, realizovatelným homogenním rozdělováním mikrovlnného pole, ale prostřednictvím vhodného magnetického pole. Ve vztahu na procesní tlak tento

-4CZ 279621 B6 koncept znamená, že zařízení by se mělo provozovat ^při tlacích p menších než 0,1 Pa. Podle očekávání umožňuje nízký procesní tlak dokonalejší rozdělování tloušťky vrstvy doutnavých polymerů na hlubokých reflektorech. Experimentální hodnota poměru tloušťky vrstvy mezi předním plochým místem a krčkem lampy je menší než 2:1.

U povrstvovaných substrátů se jedná o reflektory 17 světlometu. Proto jsou známým způsobem nasazeny planetové klece 18, které mají válcový vnější tvar a které jsou uloženy mezi dvěma kruhovým centrálním vybráním 19 opatřenými kotouči 20., přičemž jejich uložení je otočné. Kotouče 20 jsou upraveny otočně v neznázorněném rámu, který je sám o sobě opatřen dvěma navzájem diametrálně protilehlými kladkovými ústrojími 21. Ke každému kladkovému ústrojí 21 je přiřazena kolejnička 22, která je upravena na vnitřní straně skříně 2. Po těchto kolejničkách 22 může zavážecí vozík, který má planetovou klec 18 a kotouč 20., prostřednictvím kladek kladkového ústrojí 21 volně zajíždět a vyjíždět do a ze skříně 2..

Pohon obou kotoučů 20 se uskutečňuje prostřednictvím na hřídeli 23 uložené kladky 24 nebo ozubeného kola, které jsou v záběru s vnějším obvodem kotouče 20. Od rotačního pohybu kotoučů 20 lze odvodit i pohon planetových klecí 18. Pohon hřídele 23 se uskutečňuje hřídelem 25 motoru přes spojku 26.

Jak je patrno z obrázků, využívá zařízení pro úpravu mikrovlnné antény 12 a tyčové magnetické lavice 15 volného prostoru, který je k dispozici uvnitř zavážecího vozíku. Tím nevznikají nároky na prostor ve skříni 2 vakuového recipientu 1, který by byl jinak nutný pro úpravu mikrovlnné antény 12 a tyčové magnetické lavice 15. Jak je patrno z obr. 2, překrývá plazma vytvořené mikrovlnnou anténou 12a tyčovou magnetickou lavicí 15 oblast 16 v prostorovém úhlu zhruba 180°. Tím se zajistí současné povrstvování nejméně dvou řad světlometových reflektorů, což umožní podstatné zkrácení doby, která je potřebná pro povrstvování. U provedení podle vynálezu také zcela odpadá nutnost ochrany kotouče 8 prostřednictvím přídavných clon nebo jiným způsobem před tím, než dochází k napařování hliníkem, to je z toho důvodu, že mikrovlnný vlnovod zajistí překrytí kotouče 2· Popsané uspořádání zdroje pro povrstvování substrátů umožňuje bez problémů přestavovat stávající zařízení na ECR-způsob.

Claims (8)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro zpracovávání substrátů, zejména pro nanášení ochranné vrstvy na povrch optických reflektorů v plazmatu, vytvořeném mikrovlnami v plynu, které je opatřeno ve tvaru bubnu vytvořeným a přívodem plynu opatřeným vakuovým recipientem pro uložení zpracovávaných substrátů, který má křemenným sklem nebo podobně uzavřené průchozí okno pro mikrovlnnou energii, vytvářenou generátorem uspořádaným vně recipientu, a tato mikrovlnná energie je do vnitřku vakuového recipientu napájena mikrovlnnou anténou, připojenou zevnitř k oknu, vyznačující se tím,že uvnitř vakuového recipientu (1) je v sousedství mikrovlnné antény (12) uspořádána magnetická lavice (15) pro vytváření místních elektronově cyklotronových rezonancí.

2. Zařízeni podle nároku 1, vyznačující se tím, že mikrovlnná anténa (12) je tvořena vlnovodem, který je upraven ve směru podélné osy vakuového recipientu (1).

3. Zařízení podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se t í m, že mikrovlnná anténa (12) je jedním svým koncem upevněna na vnitřní straně vakuového recipientu (1).

4. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že mikrovlnná anténa (12) má vlnovodovou část (13), která zevnitř překrývá okno (7) vytvořené ve vakuovém recipientu (1).

5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že magnetická lavice (15) je vytvořena ve tvaru tyče a je upravena rovnoběžně s mikrovlnnou anténou (12).

6. Zařízení podle nároku 5, vyznačuj ící se tím, že magnetická lavice (15) sestává ze systému permanentních magnetů, který má ve tvaru tyče upravený nosník z měkkého magnetického materiálu se dvěma rovnoběžnými, navzájem protilehle uspořádanými rovinnými plochami, na kterých jsou ve stejné vzájemné vzdálenosti uspořádány řady jednotlivých magnetů, jejichž pólové konce jsou z hlediska polarity pólových konců sousedících řad jednotlivých magnetů rozdílné.

7. Zařízení podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že ve vakuovém recipientu (1) je uspořádán nejméně jeden vyhřívaný odpařovací drát (14) pro primární kovové napařování povrstvovaného substrátu, jehož přívody (14a) proudu jsou vedeny skrz čelní stěnu (3), která je opatřena oknem (7) vakuového recipientu (1).

8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že otvory pro přívody (14a) proudu jsou upraveny ve víku (9), v němž je upraveno okno (7).