Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Arretierung eines flachen, mit einer zentralen \ffnung versehenen Substrats, gemäss Patentanspruch 1.
In der Vakuumverfahrenstechnik, insbesondere in der Dünnschichttechnik ist das Beschichten von Substraten, beispielsweise von Compactdisks (CD) bekannt. Die Compactdisks sind ein modernes Speichermedium für digitale Informationen. In einem Sputterprozess werden die geprägten Kunststoffscheiben mit beispielsweise einer Aluminiumschicht von weniger als einem zehntausendstel Millimeter überzogen, die hierzu eingesetzten Sputterbeschichtungsanlagen besitzen in vielen Fällen einen Drehteller für die Beförderung der Substrate.
Über eine Schleuse in einem Sauberraum belädt und entlädt ein Roboter die Anlage. Von der Schleuse aus transportiert der Drehteller den Substratträger mit dem Substrat durch die Vakuumkammer. Das Besputtern erfolgt durch eine Hochleistungszerstäubungskatode, die als Magnetron aufgebaut ist.
Durch die Deutsche Offenlegungsschrift 3 716 498 ist bereits eine Vorrichtung zum Ein- und Ausschleusen eines im wesentlichen flachen Werkstücks in eine evakuierbare Beschichtungskammer und zum Zuführen und Rückführen des Werkstücks in und aus dem Bereich einer Beschichtungsquelle zum Zwecke der Behandlung der Werkstückoberfläche bekannt geworden.
Die Vorrichtung nach dieser Offenlegungsschrift ist gekennzeichnet durch eine im Bereich der Beschichtungskammer angeordnete Beschichtungsvorrichtung mit einem oder mehreren deckelförmigen Werkstückträgern, mit Hilfe derer die Werkstücke in eine \ffnung der Beschichtungskammer benachbarte Position bringbar sind, von der aus die \ff nung einerseits vom Werkstückträger und andererseits von einem Hubteller verschliessbar ist, der auf einem innerhalb der Beschichtungskammer rotierbar gelagerten Drehteller gehalten und geführt ist, wobei der Werkstückträger von einem sich an der Beschickungsvorrichtung abstützenden Hubzylinder an die \ffnung im Deckel der Beschichtungskammer und der Hubteller von einer an der Bodenplatte befestigten Hubvorrichtung anpressbar ist.
Das mit einer zentralen \ffnung versehene Substrat liegt bei dieser Vorrichtung nach der DE 3 716 498 A1 während des Beschichtungsvorganges auf dem Hubteller und ist dabei mit Hilfe eines Zapfens, der Teil des Hubtellers ist, gegen seitliches Verschieben bzw. gegen ein Verschieben in der Ebene des Hubtellers gesichert. Zusätzlich ist die Auflagefläche um ein geringes Nass gegenüber der Oberseite des Hubtellers vertieft angeordnet, so dass das kreisscheibenförmige Substrat auch mit Hilfe seines umlaufenden äusseren Randes an der erhöhten Randpartie des Hubtellers anliegt.
In der Praxis hat sich nun gezeigt, dass weder der Zapfen allein noch die Kombination von erhöhter Randpartie und Zapfen eine genügende Sicherheit gegen ein Verschieben des Substrats bieten, so dass Betriebsstörungen in der Praxis nicht ausgeschlossen werden können. Derartige Betriebsstörungen haben zur Folge, dass die Anlage belüftet und anschliessend teilweise demontiert werden muss, um das verklemmte Substrat aus der Prozesskammer zu entfernen. Da die Substrate ausserordentlich zerbrechlich sind, sind diese im Falle der Betriebsstörung auch zerstört, so dass die Bruchstücke des Substrats auf den verschiedensten We gen in die empfindlichen Bereiche der Vorrichtung gelangt sein können.
Um nun die auf den Substrattellern aufliegenden Substrate zusätzlich zu arretieren bzw. ortsfest zu halten, hat man auch bereits vorgeschlagen, den Zapfen mit radial abstehenden, jedoch radial nach innen auf die Rotationsachse des Zapfens zu bewegbaren, z.B. federnde Noppen oder Nasen zu versehen. Derartige Schnappverschlüsse haben jedoch den Nachteil, dass sie die zentrale \ffnung des Substrats beschädigen, wenn das Substrat auf den Zapfen aufgeschoben oder von diesem wieder abgezogen wird. Da die Nasen oder Noppen nur an drei oder vier Stellen die verschleissempfindliche Kante der zentralen \ffnung überratschen bzw. überspringen, üben sie punktuell eine relativ grosse Pressung aus, so dass die Kante der \ffnung dabei leicht beschädigt wird, vorzugsweise ausbricht, so dass kleinste Partikel in die Prozesskammer gelangen können, was den Beschichtungsprozess empfindlich stört.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der infragestehenden Art zu schaffen, die einerseits einen sicheren Halt für die Substrate auf dem Substratteller gewährleistet und andererseits auf die Kanten der zentralen \ffnung mit grösstmöglicher Schonung einwirkt. Ausserdem soll die Vorrichtung besonders einfach im Aufbau sein, um eine hohe Betriebssicherheit zu ermöglichen und schliesslich sollen geringe Unterschiede in der Dicke des kreisscheibenförmigen Substrats keinen Einfluss auf den festen Sitz des Substrats bzw. auf die Lösekräfte und Aufnahmekräfte haben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Zentrierzapfen eine Querschnittsfläche aufweist, die den Durchtritt des Zentrierzapfens durch die zentrale \ffnung gestattet und mit einer Ringnut versehen ist, die sich etwa in der Ebene der der Substratauflage abgekehrten oberen Fläche des Substrats erstreckt, wobei in die Ringnut eine zu einem torusförmigen Gebilde ausgeformte endlose Schraubenfeder mit schräger Wicklung eingelegt ist, wobei jeweils die von einer Windung bestimmte Wendelfläche mit der von durch den Berührungsort dieser Windung mit der Innenwand der Nut des Zentrierzapfens und der Rotationsachse bestimmten Ebene einen Winkel einschliesst, der grösser als 45 Grad, insbesondere zwischen 50 bis 60 Grad, ist, so dass sich bei Einwirkung einer in radialer Richtung auf die Rotationsachse auf die Feder einwirkenden Kraft dieser Winkel vergrössert,
wobei sich die die Feder einhüllende Torusfläche abplattet und damit nach Art eines Schnappverschlusses das über die Feder schiebbare Substrat im Bereich der oberen Kante der \ffnung arretiert.
Die Erfindung lässt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt und zwar zeigen:
Fig. 1 das Schnittbild einer Vorrichtung zum Ein- und Ausschleusen einer Disk in eine Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage, die mit einer nicht dargestellten Katodenstation ausgerüstet ist,
Fig. 2 die endlose Schraubenfeder in der Draufsicht und in stark vergrösserter Darstellung und
Fig. 3 den Zentrierzapfen im Schnitt und in der Seitenansicht.
Mit 1 ist ein Querbalken bezeichnet, der durch das Aggregat 2 heb- und senkbar und drehbar ist. Der Querbalken gehört zu einer Transporteinrichtung, die mit einem Doppelschwenkarm ausgerüstet ist. Der erste Schwenkarm, im vorliegenden Fall der Querbalken 1, ist in der Figur dargestellt. Der zweite Querbalken, der dem ersten Querbalken 1 gegenüberliegend angeordnet ist, ist nur teilweise dargestellt. Er trägt die Bezugsziffer 3.
Der Doppelschwenkarm ist drehbar, und zwar um die Achse 4. Durch Verdrehen wird der erste Querbalken in die Position des zweiten Querbalkens gebracht, während der zweite Querbalken in die Position des ersten Querbalkens gelangt.
Am rechten Ende 5 des Querbalkens ist ein Dekkel 6 angeordnet. Im Deckel sind drei Saugvorrichtungen, von denen zwei Saugvorrichtungen 7, 8 in der Figur dargestellt sind, untergebracht, die zum Ansaugen, d.h. Festhalten, eines Substrats dienen. Im vorliegenden Fall besteht das Substrat aus einer Disk 9, von der in der Figur nur der linke Teil dargestellt ist. Wenn der Querbalken durch das Aggregat gehoben wird, hebt er den Deckel 6 in Richtung des Pfeils 10. Nachdem der Deckel oberhalb der Oberkante 11 des Vakuumkammerdeckels 12 gelangt ist, kann der Querbalken um 180 Grad gedreht werden, siehe oben.
Die im Vergleich zur Vakuumkammer kleine Einschleuskammer 13 ist trennbar von der Vakuumkammer 14 der Beschichtungsanlage, wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben werden wird. Das Unterteil der Vakuumkammer trägt die Bezugsziffer 15.
In der vorliegenden Fig. 1 ist nur der Teil der Vakuumkammer gezeigt, der funktionsmässig mit der Einschleusstation zusammenwirkt. Die Vakuumkammer ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel flach ausgeführt. In ihr ist ein Drehteller 16 untergebracht. Die Bezugsziffer 16 ist mehrfach in der Figur eingetragen, um die Konfiguration des Drehtellers deutlich zu machen. In der Figur ist nur der Teil des Drehtellers gezeigt, der mit der Schleusenstation zusammenwirkt.
Mit 17 ist die Unterkante des Drehtellers bezeichnet. Die Bezugsziffer 17 ist zur Verdeutlichung der Position dieser Unterkante zweifach eingetragen. 18 stellt die Oberkante des Drehtellers dar. Der Drehteller kann innerhalb der Vakuumkammer, die mit 14 bezeichnet ist, um die Achse 19 rotieren.
Der Drehteller kann beispielsweise vier Aufnahmeöffnungen aufweisen, von denen eine in der Figur dargestellt ist und dort die Bezugsziffer 20 trägt. Die Aufnahmeöffnung besteht aus einer zylinderförmigen Ausnehmung im flachen Drehteller 16.
Wegen der gewählten Schnittdarstellung bildet sich die Aufnahmeöffnung als Linie 20 ab. Es handelt sich um die Begrenzungslinie oder die geschnittene Mantelfläche der zylinderförmigen Ausnehmung.
Im Bereich des Randes, bzw. der Mantelfläche 20, der Aufnahmeöffnung im Drehteller 16 ist ein Absatz 21 vorgesehen, auf den sich der Substrathalter 22 setzen kann.
In der Figur rechts ist ein Substrathalter 23 gezeigt und zwar in seiner, auf dem umlaufenden Absatz 21 abgesetzten Position. Links ist der Substrathalter, siehe oben, mit 22 bezeichnet und zwar in seiner angehobenen Position.
Mit 24 ist das Substrat bzw. die Disk bezeichnet, die im Substrathalter liegt.
Mit 25, 26 sind zwei Positionen einer Stützplatte gekennzeichnet, wobei 25 die Stützplatte in ihrer oberen Position und 26 die Stützplatte in ihrer unteren Position bezeichnen. Die Stützplatte wird axial bewegt durch eine Hubvorrichtung 27.
36 bezeichnet ein Dichtungs- und Führungsteil. Der Bereich 14 ist, siehe oben, Teil der Vakuumkammer. Er steht also auch während des Be- und Entladens unter Vakuum.
Nachfolgend wird die Verfahrensweise für das Ein- und Ausschleusen eines Werkstücks, hier einer Disk, beschrieben.
In einer Position des Querbalkens 1, die um 180 Grad zu der in der Figur gezeigten Position verschwenkt angeordnet ist, wird durch die Saugvorrichtung 7, 8 ein Substrat aufgenommen, d.h. ausgesaugt. Der Querbalken 1 und damit der Deckel 6 und das Substrat 9 werden angehoben und anschliessend um 180 Grad um die Achse 4 verschwenkt. Sie sind dann in einer Position oberhalb derjenigen Position, die in der Fig. 1 gezeigt ist.
Anschliessend wird der Querbalken mit Deckel und Disk abgesenkt und gelangt in die Position, wie sie in der Figur dargestellt ist. Der Rand 28 des Deckels liegt dichtend auf der Dichtung 29 auf. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um einen O-Ring.
Die Saugleitung 30 bzw. Vakuumleitung für die Saugvorrichtungen 7, 8 wird abgeschaltet, so dass der Saugeffekt bzw. Halteeffekt, fortfällt. Das Substrat 9 legt sich in den Substrathalter oder Substratteller 22, wobei die zentrale \ffnung 38 des Substrats 9 über den Zentrierzapfen 35 und gleichzeitig auch über die torusförmige Wurmfeder 39 geschoben wird und zwar soweit, bis die Disk unterhalb der radial nachgiebigen Feder 39 liegt.
Die Stützplatte ist vorher in die Position 25 durch die Hubvorrichtung 27 angehoben worden. Der Substrathalter 22 wird durch die Stützplatte gegen die untere Wand 31 der Vakuumkammer bzw. gegen die Dichtung (O-Ring) 32 gepresst. Die Einschleuskammer 13 ist nunmehr luftdicht gegenüber der Atmosphäre und gegenüber der Vakuumkammer abgeschlossen.
Die Einschleuskammer wird über die Leitung 33 anschliessend evakuiert. Das Schleusenventil 34 ist entsprechend geschaltet.
Nach der Evakuierung der Einschleuskammer 13 fährt die Stützplatte in ihre untere Position, die mit 26 bezeichnet ist. Die Einschleuskammer 13 wird nunmehr mit der Vakuumkammer 14 verbunden. Der Substrathalter mit der Disk setzt sich auf den Absatz 21 in der Aufnahmeöffnung des Drehtellers 16. In dieser Position ist in der Figur rechts der Substrathalter mit 23 bezeichnet, siehe oben. Das im Substrathalter 23 liegende Substrat trägt in der Figur rechts die Bezugsziffer 24.
Der Drehteller kann nun, nach dem Absenken der Stützplatte, zusammen mit dem Substrathalter, der sich unter der Wirkung der Saugvorrichtung 7, 8, wie dargestellt, auf den ringförmigen Absatz 21 des Drehtellers abgesetzt hat und zusammen mit dem im Substrathalter liegenden Substrats, innerhalb der Vakuumkammer rotieren. Das Substrat wird innerhalb der Vakuumkammer zu weiteren Stationen, beispielsweise zu einer Beschichtungsquelle, in Form einer Zerstäubungskatode, transportiert.
Es können beispielsweise vier Stationen in der Vakuumkammer angeordnet sein. Der Drehteller würde sich dann im Takt um jeweils 90 Grad drehen. Nach vier Takten wäre ein Arbeitszyklus beendet und das beschichtete Substrat gelangt in die in der Figur mit 24 bezeichnete Position. Es folgt der Ausschleusvorgang.
Die Stützplatte wird bei Beginn des Ausschleusvorganges aus ihrer Position 26 in die Position 25 gehoben. Damit gelangt das Substrat bzw. die Disk, aus der Position 23, 24 in die Position 22, 9. Der Substratträger 22 wird durch die Stützplatte 25 gegen die Dichtung 32 gepresst.
Die Einschleuskammer wird dadurch von der Vakuumkammer getrennt. Anschliessend wird die Einschleuskammer über die Leitung 33 durch entsprechende Schaltung des Schleusenventils 34 geflutet.
Nachdem die Schleusenkammer geflutet ist, werden durch \ffnen der Saugleitung 30 die Saugvorrichtungen 7, 8 aktiviert, so dass die Saugvorrichtungen das Substrat 9 ansaugen und festhalten können, wobei das Substrat 9 über die Feder 39 springt.
Anschliessend wird der Deckel durch den Querbalken gehoben und danach um 180 Grad geschwenkt. Das beschichtete Substrat wird in der nicht dargestellten linken Position von den Saugvorrichtungen freigegeben.
Wie Fig. 3 zeigt, ist die Wurmfeder 39 (Ringfeder mit schräger Wicklung) in eine Ringnut 40 eingelegt, die derart bemessen ist, dass die Wurmfeder 39 um ein Mass a, das etwa dem halben Durchmesser D des Wurmfederquerschnittes entspricht über die Mantelfläche 41 des Zentrierzapfens 35 hervorsteht. Die \ffnung 38 im Zentrum der Disk ist so bemessen, dass ihr Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser A der Wurmfeder 39.
Die in Fig. 2 stark vergrössert dargestellte Wurmfeder 39 weist eine Vielzahl von relativ eng zueinander angeordneten Windungen auf, wobei in der entspannten Lage der Feder die einzelnen Windungen jeweils gegenüber der in der Rotationsachse R liegende Ebene E durch einen Winkel alpha ausgelenkt sind, der etwa 50 bis 60 Grad beträgt, wobei die radial innen liegenden Partien p, p min , p min min , ... der einzelnen Windungen jeweils einander berühren und die jeweils radial aussen liegenden Partien m, m min , m min min , ... einen jeweils grösseren Abstand x, x min , ... voneinander aufweisen. Die von den Windungen der Feder 39 gebildete Raumkurve oder Schraubenlinie liegt auf der Mantelfläche eines Torus, wobei der Abstand x, x min , ... den jeweils zwei benachbarte Windungen P, P min bzw.
P min , P min min usw. am radial äusseren Scheitel miteinander bilden, grösser als der Durchmesser des Federdrahtes ist, während die beiden jeweils benachbarten Windungen im Bereich des radial inneren Scheitels sehr nahe aneinander liegen, wobei durch die die geometrischen Mittelpunkte der Windungen erstreckende Achse Z näher an den inneren Scheitel gerückt ist.