DD267263A1

DD267263A1 - Substrathaltevorrichtung zur aufnahme und bewegung von substraten mit komplizierter oberflaechengestalt

Info

Publication number: DD267263A1
Application number: DD31141387A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Ebersbach; Ruediger Wilberg; Hans Luehn; Michael Thamm; Karlheinz Piske
Original assignee: Werkzeugind Forschzent
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1989-04-26
Also published as: DD267263B5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Substrathaltevorrichtung zur Aufnahme und Bewegung von Substraten mit komplizierter Oberflächengestalt, insbesondere walzenförmigen Substraten wie Fräswerkzeugen, während der Beschichtung in einer Vakuumbeschichtungsanlage, bei der die zu beschichtenden Substrate auf sternförmig zur Mittelachse des Substrathaltevorrichtung angeordneten Aufnahmeachsen aufgenommen und durch ein Planetenradgetriebe in eine Drehbewegung um mehrere Achsen versetzt sind. Die erfindungsgemäße Substrathaltevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass einem Grundkörper (6) ein oder mehrere kegelstumpfförmige Stützringe (8,9) unterschiedlichen Durchmessers übereinander angeordnet sind, dass über jedem kegelstumpfförmigen Stützring (8,9) ein im Querschnitt winkelförmiger Antriebsring (10,11) um die Mittelachse (1) drehbar gelagert und mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist und dass die die Substrate (2,3,4) aufnehmenden Aufnahmeachsen (16,17,18) auf je zwei Stützrollen (19,20) unterschiedlichen Durchmessers auf den kegelstumpfförmigen Stützringen (8,9) und mit einer Stützrolle (19, oder 20) im zugehörigen Antriebsring (10,11) abgestützt, sowie durch einen Haltering (13,14) in gleichmäßigen Abstand sind. Solche Substrathaltevorrichtungen finden Anwendung in der Werkzeugindustrie bei der Beschichtung von Zerspanungswerkzeugen mit Hartstoffen wie Ti. Fig. 1.{Substrathaltevorrichtung, PVD-Verfahren Hartstoffbeschichtung, Substrate mit komplizierter Oberflächengestalt, Fräswerkzeuge}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Substrathaitevorrichtung zur Aufnahme und Bewegung von Substraten mit komplizierter Oberflächengestalt, insbesondere von walzenförmigen Substraten wie Fräswerkzeugen, während der Beschichtung in einer Vakuumheschichtungsanlage, bei der die zu beschichtendon Substrate auf sternförmig zur Mittelachse der Substrathaitevorrichtung angeordneten Aufnahmeachsen aufgenommen und durch ein Plar.·' nrac'getriebe in eine Drehbewegung um mehrere Achsen versetzt sind.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die vakuum-physikalischen Prozesse (PVD-Verfahren) der plasmaaktivierten, reaktiven Verdampfung bzw. Zerstäubung sind bedingt durch die niedrigen Arbeitsdrücke (< 10"¹ Torr) Strahlprozesse, d. h. die Substrate werden im wesentlichen nur auf der Seite beschichtet, die der punktförmigon (Verdampfungstiegel) oder bandförmigen (Target) Quelle zugewandt ist. Um eine gleichmäßige, allseitige Schichtbildung zu erreichen, müssen die Substrate deshalb während des Beschichtungsvorganges um eine oder mehrere Achsen über oder um die Quelle herum bewegt werden. Zu diesem Zweck wird im DD-WP 212 993 (C 23 C 15/ 00) eine Substrathalt3vorrichtung zur Bewegung der Substrate um dn.?i Achsen vorgeschlagen. Die zu beschichtenden Substrate sind auf Aufnahmeachsen aufgenommen, die in Haltegabeln drehbar gelagert sind. Die Haltegabel.. wiederum sind am Umfang einer Ober der Quelle drehbaren Kopfplatte um parallel zur Drehachse der Kopfplatte drehbare- Achsen befestigt. Durch ein Planetenredgev'iebe werden die Haltcgabeln bei Drehung der Kopfplatte in eine Drehbewegung versetzt und gleichzeitig damit durch entsprechende Übertragungsgetriebe auch die Aufnahmeachsen m^;t den Substraten.

Diese bekannte Substrathaltevomchtung erfordert bei einer ungenügenden Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Beschichtungsrsumes einen hohen getriobetechnischen Aufwand.

Bei einer anderen bekannten Substrethaltsvorrichtung werden die vorzugsweise stiftförmigen Substrate (Spiralbohrer) auf Substratträgern aufgenommen, die auf sternförmig zur Mittelachse ausgerichteten und zur Quelle am Boden des Rezipienlcn geneigten Drehachsen befestigt sind. Die Substratträger worden im Rezipienten über der Quelle auf einer Kreisbahn bewegt, wobei sie durch ein Planetenradgetriobe auf den Drehachsen gedreht werden. Bei dieser bekannten Substrathaitevorrichtung werden die Substrate zwar um zwei Achsen gedreht, nehmen jedoch stets in bezug auf ihre Längsachse die gleiche Lage zur Quelle ein, so daß keine gleichmäßige Schient über die gesamte Länge erreicht wird. Kür größere Substrate mit kompliziert geformter Oberfläche, wie z. B. Walzenfräser, ist diese C-ibstrathaltevorrichtung nicht geeignet.

Ziel der Erfindung

Ziel dor Erfindung ist es, eine Substrathaitevorrichtung zu entwickeln, die bei einer guten Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Beschichtungsraumes, d.h. einer großen Anzahl von Substraten je Beschichtungsvorgang die Abscheidung von gleichmäßigen Schichten aufwalzen- oder scheibenförmigen Substraten rv.-it komplizierter Oberflächengestalt ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Substrathaltevorrichtung zur Aufnahme und Bewegung von walzen- oder scheibenförmigen Substraten wahrend der Beschichtung in einer Vakuumbeschiclitungsanlage zu entwickeln, die bei einem geringen « etriebetechnischen Aufwand die Aufnahme einer Vielzahl von Substraten und deren Bewegung um mehrere Achsen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einem Grundkörper ein oder mehrere kegelstumpfförmige Stützringe unterschiedlichen Durchmessers übereinander angeordnet sind, daß über jedem kegelstumpfförmigen Stützring ein im Querschnitt winkelförmiger Antriebsring um die Mittelachse drehbar gelagert und mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist und daß die die Substrate aufnehmenden Aufnahmeachs^n auf zwei Stützrollen unterschiedlichen Durchmessers auf den kegelstumpfförmigon Stützringen und mit einer Stützrolle im zugehörigen Antriebsring abgestützt sowie durc> einen Haltering in gleichmäßigem Abstand gehalten sind.

Die übereinander angeordneten kegelstumpfförmigen Stützringe sind Teile eines Kegels, auf dessen Grundfläche die Teilchenquelle angeordnet ist.

Die Stützrollen der Aufnahmeachsen sind Grund· und Deckfläche eines Kegelstumpfes, dessen Kegelwinkel entsprechend dem Kegelwinkel der kegelstumpfförmigen Stützringe so gewählt ist, daß die Adfnahmeachsen während des Umlaufes auf den kegelstumpfförmigen Stützringen ihre Lage bezüglich der Mittelachse der kegelstumpfförmigen Stützringe beibehalten. Diese Anordnung ist einem Kegelrollenlager vergleichbar, wobei die Antriebsringe und die kegelstumofförmigen Stützringe Teile von Außen- und Innenring und die Stützrollen Teile der kegelstumpfförmigen Wälzkörper sind. Die Aufnahmeachsen sind rechtwinklig zur Strahlrichtung der Teilchenquelle ausgerichtet. Kleine Substrate sind vor oder hinter den Stützrollen auf der Aufnahmeachse befestigt, wobei beide Stützrollen auf dem gleichen kegelstumpfförmigen Stützring abgestützt sind.

Große Substrate sind vorzugsweise zwischen den Stützrollen aufgenommen, wobei jede Stützrolle auf einem kegelstumpfförmigen Stützring unterschiedlichen Durchmessers abgestützt ist.

Unabhängig von der Größe der Substrate ist jeweils eine Stützrolle einer Aufnahmeachse in einem Antriebsring abgestützt, wobei der Reibschluß zwischen dieser Stützrolle und dem Antriebsring durch die infolge des Substratgtjvichtes auf die Aufnahmeachse wirkende Kipp-und Hangabtriebskraft erreicht wird.

Während des Beschichtungsvorganges werden die Antriebsringe durch eine Antriebseinrichtung um die Mittelachse der Substrathaltevonichtung gedreht. Die Aufnahmeachsen werden dabei durch die Reibung zwischen den Stützrollen und den Antriebsringen wie bei einem Planetenradgetriebe in eine Drehbewegung versetzt und laufen dadurch auf den kegelstumpfförmigen StüUringen um, so daß ständig andere Oberflächenteile der Substrate derTeilchenquelle zugowandt sind.

Jede Aufnahmeachse greift mit einem Ende in eine Ausnehmung eines Halteringes ein und wird dadurch während des Umlaufes in einem gleichbleibenden Abstand zu den anderen auf dem gleichen kegelstumpfförmigen Stützring umlaufenden Aufnahmeachsen gehalten.

Durch die erfindungsgemäße Substrathaltevorrichtung wird die Abscheidung einer gleichmäßigen, geschlossenen Schicht auf den Substraten auch bei komplizierter Oberflächengestalt erreicht. Der zur Verfugung stehende Besr.hichtungsraum wird gut ausgenutzt, da auf der Substrathaltevorrichtung eine Vielzahl von Substraten aufgenommen werden kann, wobei der getriebetechnische Aufwand zur Bewegung der Substrate um zwei Achsei; gering ist.

Ausführungtbelsplei

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: die Anordnung der Substrathaltevorrichtung im Rezipienten einer Vakuumbeschichtungsanlage im Schnitt Fig. 2: das Aufnehmen bzw. Entnehmen einer mit einem Substrat bestückten Aufnahmeachse auf bzw. von der Substrathalteeinrichtung.

In der Fig. 1 ist links von der Mittelachse 1 die Anordnung von kleinen walzenförmigen Substraten 2 und 3, z. B. Walzenfräsern und rechts von der Mittelachse 1 die Anordnung von großen walzenförmigen Substraten 4, wie z.B. Zahnstollenwälzfräsern, auf der Substrathalteeinrichtung dargestellt.

Im Rezipienten 5 einer Vakuumbeschichtungsanlage ist ein Grundkörper 6 auf Isolierkörpern 7 befestigt. Auf dem Grundkörper 6 sind zwei kegelstumpfförmige Stützringe 8,9 unterschiedlichen Durchmessers übereinander angeordnet, die Teile eines Kegels sind. Jedem kegeistumpfförmigen Stützring 8,9 ist ein im Querschnitt winkelförmiger Antriebsring 10,11 zugeordnet, der höhenverstellbar an einom um die Mittelachse 1 drehbaren, auf dem Grundkörper 6 pendelkugelgelagertenTragarm 12 befestigt ist. Außerdem ist jedem kegelstumpfförmigen Stützring 8,9 ein ebenfalls um die Mittelachse 1 drehbarer Haltering 13,14 zugeordnet, der mit Ausnehmungen 15 versehen ist. Die walzenförmigen Substrate 2,3,4 sind auf Aufnahmeachsen 16,17,18 befestigt, die jeweils mit zwei Stützrollen 19,20 unterschiedlichen Durchmessers versehen sind. Bei kleinen Substraten 2,3 sind die Stützrollen 19,20 hinter den Substraten 2,3 angeordnet, wobei die im Durchmesser größere Stützrolle 19 jeweils am größeren Durchmesser eines kegelstumpfförmigen Stützringes 8,9 abgestützt ist. Bedingt durch die auf die .Aufnahmeachsen 16,17 wirkende Kippkraft und Hangabtriebskraft stützen sich die Stützrollen 19 der auf dem unteren kegelstumpfförmigen Stützring 8 gelagerten Aufnahmeachsen 16 in dem Antriebsring 10 und die Stützrollen 20 der auf dem oberen kegelstumpfförmigen Stützring 9 gelagerten Aufnahmeachsen 17 im Antriebsring 11 ab. Dabei greift jede Aufnahmeachse 16,17 mit einem Ende in eine Ausnehmung 15 eines Halteringes 13 bzw. 14 ein. Wie aus der rechten Hälfte der Fig. 1 ersichtlich ist, sind große Substrate zwischen den Stützrollen 19,20 auf einer Aufnahmeachse 18 aufgenommen, wobei sich die .ti Durchmesser größere Stützrolle 19 auf dem unteren kegelstumpfförmigen Stützring 8 und im Antriebsring 10 und die Stützrolle 20 auf dem oberen kegelstumpfförmigen Stützring 9 abstützt. Die Aufnahmeachse 18 greift ebenfalls in eine Ausnehmung 15 eines Halteringes 14 ein.

Über der Substrathaltevorrichtung ist an einer Antriebswelle 21 ein Mitnehmer 22 elektrisch isoliert befestigt. Am Boden d js Rezipienten 5 ist ein Verdampfertiegel 23 im Bereich der Mittelachse 1 angeordnet. Die Durchmesser der Stützrollen 19,20 sind

so gewählt, daß die Aufnahmeachsen 16,17,10 im rechten Winkel zur Strahlrichtung des Verdampfertiegels 23 ausgerichtet sind* Der Grundkörper 6 ist mit einem Anschluß 24 zur Stromzufuhr verbunden, da die Substrate 2,3,4 abhängig vom Beschichtungsverfahren während des Beschiohtungsvorganges mit einem elektrischen Potential beaufschlagt werden.

Während des Beschichtungsvorganges werden dia Antriebsringe 10,11 durch den Mitnehmer 22 um die Mittelachsel gedreht.

Durch die Reibung zwischen der. Stützrollen 19 und dem Antriebsrinc 10 bzw. den Stützrollen 20 und dem Antriobsring 11 werden die Aufnahmeachsen 16 ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt und laufen auf den kegt'lstumpfförmiyen Stützringen 8,9 um.

Durch die Halteringe 13,14 werden die Aufnahrneacnsen 16,17,1C während des Umlaufens in einem gleichmäßigen Abstand zueinander gehalten, so daß die Substrate 2,3,4 nicht miteinander kollidieren können. Durch die Umlaufbewegung der Substrate 2,3,4 und die Eigendrehung um die Aufnahmeachsen 16,17,18 wenden die Substrate 2,3,4 dem Verdampfertiegel ständig andere Oberflächenabschnitte zu und wechsoln ständig ihren Standort in der vom Verdampfertiegel abgestrahlten Teilchenwolke.

Dadurch werden auf den Substraten 2,3,4 auch bei komplizierter Oberfluchengestalt gleichmäßig geschlossene Schuhten abgeschieden.

Nachdem Beschichtungsvorgang werden die Aufnahmeachsen 16,17,18 wie in Fig. 2 am Beispiel der Aufnahmeachse 16 dargestellt, entgegen der durch das Gewicht des Substrates 2 wirkenden Kippkraf'. F_k vom kegelstumpfförmigen Stützring 8 abgehoben.

Dabei gelangt die Stützrolle 19 außer Eingriff mit dem Antriebsring 10 und die Aufnahmeachse 16 außer Eingriff mit der Ausnehmung 15 des Halteringes 13. DieAufnahmoachse 16 mit dem Substrat 2 kann jetzt in Pfeilrichtung A von der Substrathaltevorrichtung abgenommen werden. Die Aufnahme unbeschichteter Substrate erfolgt entsprechend in umgekehrter Reihenfolge.

Claims

1. Substrathaltevorrichtung zur Aufnahme und Bewegung von Substraten mit komplizierter Oberflächengestalt, insbesondere walzen- und scheibenförmigen Substraten, während der Beschichtung in einer Vakuumbeschichtungsanlage, bei der die zu beschichtenden Substrate auf sternförmig zur Mittelachse der Substrathaitevorrichtung angeordneten Aufnahmeachsen aufgenommen und durch ein Planetenradgetriebe in eine Drehbewegung um mehrere Achsen vewetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Grundkörper (6) mehrere kegelstumpfförmige Stützringe (8,9) unterschiedlichen Durchmessers übereinander angeordnet sind, daß über jedem kegelstumpfförmigen Stützring (8,9) ein im Querschnitt winkelförmiger Antriebsring (10,11) um die Mittelachse (1) drehbar gelagert und mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist und daß die Substrate (2,3,4) aufnehmenden Aufnahmeachsen (16,17,18) auf je zwai Stützrollen (19, ?0) unterschiedlichen Durchmessers auf den kegelstumpfförmigen Stützringen (8,9) und mit einer Stützrolle (19 oder 20) im zugehörigen Antriebsring (10,11) abgestützt, sowie durch einen Haltering (13,14) in gleichmäßigem Abstand gehalten sind.

2. Subs'trathaitevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten keg.elstumpfförmigen Stützringe (8,8) Teile des gleichen Kegels sind.

3. Substrathaltevorrichiung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeachsen (16,17,18) im rechten Winkel zur Strahlrichtung der Quelle (23) angeordnet sind,

4. Substrathaitevorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeachsen (16,17,18) mit beiden Stützrollen (19,20) auf dem gleichen kegelstumpfförmigen Stützring (8oderD),odermitjeeinerStützrolle (19,20) auf einem kegelstumpfförmigen Stützring (8 und 9) abgestützt sind.