Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

Komponenten für Beschichtungsanlagen

Die Umsetzung neuer Technologien erfordert meist die Investition in neue technische Ausrüstungen. In vielen Fällen genügt die Anschaffung einer oder mehrerer Schlüsselkomponenten und die bereits vorhandene Anlagentechnik ist bereit für eine neues Verfahren. Wir entwickeln und fertigen ausgewählte Komponenten nach den Erfordernissen des Kunden. Nachfolgend einige Beispiele aus abgeschlossenen Projekten.

Eletromagnetische Brennflecksteuerung ProArc

Verschiedene Brennfleckbahnen auf einer Rechteckkathode.
© Fraunhofer IWS
Verschiedene Brennfleckbahnen auf einer Rechteckkathode.

Die Bewegung der Kathodenbrennflecken auf der Kathode hat wesentlichen Einfluss auf die Prozesssicherheit und die Effektivität des Arc-PVD-Verfahrens. Deren gezielte Steuerung ist mit dem ProArc-System (»programmierbarer Arc«) möglich. Insbesondere bei der Verwendung von Großflächenkathoden kann die Effektivität und Qualität der Vakuumbogenbeschichtung signifikant verbessert werden. Wesentliche Vorteile bietet dieses System insbesondere bzgl.:

  • Kathodenausnutzung
  • Schichtdickenprofil und -homogenität
  • Plasmaeigenschaften
  • Prozessstabilität.

Die Steuerung der Brennfleckbewegung ist über ein programmierbares Magnetfeld realisierbar und kann innerhalb von Sekundenbruchteilen verschiedene Brennfleckbahnen erzeugen. 

Plasmafilterung mit Lamellenfilter

Elektromagnetischer Partikelfilter für die Vakuumbogenbeschichtung.
© Fraunhofer IWS
Elektromagnetischer Partikelfilter für die Vakuumbogenbeschichtung.

Vakuumbogenverdampfer emittieren hochionisiertes Plasma und mikroskopisch kleine Partikel (Droplets) des Kathodenmaterials. Für bestimmte Anwendungen stören diese und müssen aus dem Plasma herausgefiltert werden. Eine Möglichkeit der Filterung bietet der Lamellenfilter.

Ein kompaktes Filtermodul wurde auf der Basis eines Lamellenfilters entwickelt. Dieses verbindet geometrische Abschattung mit elektromagnetischer Plasmaführung. Die Lamellen sind vor der Kathode des Bogenverdampfers angebracht, so dass der Filter wie eine Jalousie den Verdampfer gegenüber dem Substrat abschirmt. Die von der Kathode emittierten Droplets bleiben am Filter haften. Ein Stromfluss durch die Lamellen erzeugt ein Magnetfeld zwischen ihnen und zwingt das Bogenplasma durch die Spalten zwischen den Lamellen. Nach Passieren des Filtermoduls kann es auf den Substraten partikelfreie Schichten bilden. 

Plasmareinigung im Durchlaufverfahren

Prinzip der bogengestützten Glimmreinigung im Durchlaufverfahren.
© Fraunhofer IWS
Prinzip der bogengestützten Glimmreinigung im Durchlaufverfahren.
Bogengestützte Plasmareinigung im Betrieb. Deutlich sichtbar sind das Arc-Plasma unterhalb und das Argon-Plasma oberhalb der Blende.
© Fraunhofer IWS
Bogengestützte Plasmareinigung im Betrieb. Deutlich sichtbar sind das Arc-Plasma unterhalb und das Argon-Plasma oberhalb der Blende.

Die Beschichtung von Substraten aller Art mit PVD- oder CVD-Verfahren erfordert in aller Regel eine Vorbehandlung der Oberflächen im Vakuum mit geeigneten Plasmaverfahren. Besondere Anforderungen stellt dabei etwa die Behandlung von Bandmaterial (z. B. Stahlband) im Durchlaufverfahren. Extrem große Flächen müssen hier kontinuierlich gereinigt werden. Dafür wurde am Fraunhofer IWS ein plasmagestütztes Reinigungsmodul entwickelt.

Die implementierte Reinigungstechnologie zur Plasmareinigung im Vakuum stellt eine Weiterentwicklung des bewährten AEGD-Verfahrens (Arc-Enhanced Glow Discharge, AEGD) dar. Dabei wird eine kathodische Bogenentladung als Elektronenquelle genutzt, wobei die Bogenkathode durch einen Shutter vom Substrat getrennt ist. Mit Hilfe einer Zusatzanode in Substratnähe wird das vorhandene Argongas ionisiert und es steht ein dichtes Argonplasma zur Reinigung des Substrates zur Verfügung.