DD267263B5 - Substrathaltevorrichtung zur Aufnahme und Bewegung von Substraten mit komplizierter Oberfl{chengestalt - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Substrathaltevorrichtung zur Aufnahme und Bewegung von Substraten mit komplizierter Oberflächengestalt, insbesondere von walzenförmigen Substraten wie Fräswerkzeugen, während der Beschichtung in einer Vakuumbeschichtungsanlage, bei der die zu beschichtenden Substrate quf sternförmig zur Mittelachse der Substrathaltevorrichtung angeordneten Aufnahmeachsen aufgenommen und durch ein Planetenradgetriebe in eine Drehbewegung um mehrere Achsen versetzt sind, wobei auf einem Grundkörper mehrere kegelstumpfförmige Stützringe unterschiedlicher Durchmesser angeordnet 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 (< 10~² Torr)Strahlprozesse,d. h., die Substrate werden im wesentlichen nur auf der Seite beschichtet, die der punktförmigen (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 212993 (C 23 C15/00) eine Substrathaitevorrichtung zur Bewegung der Substrate um drei Achsen vorgeschlagen. Die zu beschichtenden Substrate sind auf Aufnahmeachsen aufgenommen, die in Haltegabeln drehbar gelagert sind.

Die Haltegabeln wiederum sind am Urnfang einer über der Quelle drehbaren Kopfplatte um parallel zur Drehachse der Kopfplatte drehbaren Achsen befestigt. Durch ein Planetenradgetriebe werden die Haltegabeln bei Drehung der Kopfplatte in eine

Drehbewegung versetzt und gleichzeitig damit durch entsprechende Übertragungsgetriebe auch die Aufnahmeachsen mit den Substraten.

Diese bekannte Substrathaitevorrichtung erfordert bei einer ungenügenden Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Beschichtungsraumes einen hohen getriebetechnischen Aufwand.

Bei einer anderen bekannten Substrathaitevorrichtung werden die vorzugsweise stiftförmigen Substrate (Spiralbohrer) auf Substratträgern aufgenommen, die auf sternförmig zur Mittelachse ausgerichteten und zur Quelle am Boden des Rezipienten geneigten Drehachsen befestigt sind. Die Substratträger werden im Rezipienten über der Quelle auf einer Kreisbahn bewegt, wobei sie durch ein Planetenradgetriebe 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 Schicht über die gesamte Länge erreicht wird. Für größere Substrate mit kompliziert geformter Oberfläche, wie z. B. Walzenfräser, ist diese Substrathaitevorrichtung nicht geeignet.

Durch die DD-PS 245680 ist schließlich auch eine Substrathaitevorrichtung bekannt, die für Schaftwerkzeuge bestimmt ist und bei der dieselben zum Zentrum des Beschichtungsraumes hin geneigt in Werkstückträgern auf übereinander angeordneten Tragringen gehalten und mittels rotierender Mitnehmer und Rastergetriebe schrittweise um ihre Längsachse gedreht werden.

Eine ähnliche Anordnung und auch eine artgleiche Bewegung der zu beschichtenden Substiate sieht die technische Lösung nach DE-OS 2813180 vor. Beiden Vorrichtungen ist gemeinsam nachteilig, daß der unterschiedliche Abstand der Substrate zur

Bedampfungsquelle zu unterschiedlichen und damit ur befriedigenden Beschichtungsargebnissen in der jeweiligen Charge führt, da die Substrate im wesentlichen am gleichen Ort in der Beschichtungskammer verbleiben.

Die nach der DD-PS 245680 sowie auch nach der DD-PS 246011 vorbekannten Anordnungen der Substrate bzw. der Werkzeugträger sind nicht sonderlich gut geeignet, Substrate mit komplizierter Oberflächengestalt in befriedigender Weise zu beschichten und dort homogene Schichtstrukturen zu erzeugen.

Bei diesen Vorrichtungen tritt außerdem eine ungünstige Raumausnutzung im Rezipienten hinzu.

Schließlich ist durch die DD-PS 228305 eine Substrathalterung für die allseitige Beschichtung von Körpern bekannt, bei der in einem um eine vertikale Achse rotierenden Drehkorb Planetensiäbe parallel zur vertikalen Achse oder zur Beschichtungsquelle geneigt angeordnet sind, die rohrförmig ausgebildet sind und eine innere, gege'iüber dem Drehkorb feststehende Achse aufweisen und über getriebeförmige Verbindungen mit Substrataufnahmen zusammenwirken, die im rohrförmigen Planetenstab radial zu dessen Längsachse drehbar gelagert sind.

Diese Vorrichtung ist kompliziert in ihrem Aufbau, umständlich zu beschicken und für die Aufnahme von Substraten mit komplizierten Oberflächenstrukturen, wie das beispielsweise bei Wälzfräsern der Fall ist, hinsichtlich der Erzielung gleichmäßig ausgebildeter Hartstoffschichten unzweckmäßig anwendbar.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Substrathaltevorrichtung 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 mit komplizierter Oberflächengestalt ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Substrathaltevorrichtung zur Aufnahme und Bewegung von Substraten mit komplizierter Oberflächengestalt, insbesondere walzen- und scheibenförmigen Substraten während der Beschichtung in einer Vakuumbeschichtungsanlage gelöst, bei der die zu beschichtenden Substrate auf sternförmig zur Mittelachse der Substrathaltevorrichtung angeordneten Aufnahmeachsen aufgenommen und durch ein Planetenradgetriebe in eine Drehbewegung um mehrere Achsen versetzt und wobei auf einem Grundkörper mehrere kegelstumpfförmige Stützringe unterschiedlicher Du, chmesser übereinander angeordnet sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß über jedem kegelstumpfförmigen StüUring ein im Querschnitt winkelförmiger Antriebsring um die Mittelachse drehbar gelagert und mit einer Antriebseinrichtung ve'bunden ist u id daß die Substrate aufnehmenden Aufnahmeachsen auf je zwei Stützrollen unterschiedlichen Durchmessers auf den kigelstumpfförmigen Stützringen und mit einer Stützrolle im zugehörigen Antriebsring abgestützt sowie durch 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 Aufnahmeachsen 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 kegelstumpfförmigen 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 befest igt, 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 Substratgewichtes auf die Aufnahmeachse wirkende Kipp- und Hangabtriebskraft erreicht wird.

Während des Beschichtungsvorganges werden die Antriebsringe durch eine Antriebseinrichtung um die Mittelachse der Substrathaltevorrichtung gedreht. Die Aufnahmeachsen werden dadurch durch die Reibung zwischen den Stützrollen und den Antriebsringen wie bei einem Planetenradgetriebe in eine Drehbewegung versetzt und laufen dadurch auf den kegelstumpfförmigen Stützungen um, so daß ständig andere Oberflächenteile der Substrate der Teilchenquelle zugewandt 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 Verfügung stehende Beschichtungsraum wird gut ausgenutzt, da auf der Substrathaltevorrichtung eine Vielzahl von Substraten aufgenommen werden kann, wobei der getriebetechnische Aufwand zur Bewegung der Substrate um zwei Achsen gering ist.

Ausführungsboispiel

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausfühmngsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung neigen

Fig. 1: die Anordnung einer 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 Mittelachsel 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 ß sind zwei kegelstumpfförmige Stützringe 8,9 unterschiedlichen Durchmessers übereinander angeordnet, die Teile eines Kegels sind. Jedem kegelstumpfförmigen Stützring 8,9 ist ein im Querschnitt winkelförmiger Antriebsring 10,11 zugeordnet, der höhenverstellbar an einem um die Mittelachse 1 drehbaren, auf dem Grundkörper 6 pendelkugelgelagertsn Tragarm 12 befestigt ist. Außerdem ist jedem kegelstumpfförmigen Stützring 8,9 ein ebenfalls um die Mittelachse 1 drehbare! iiaiiering 13,14 zugeordnet, der mit Ausnehmungen 15 vsrsehen 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 Aufnahmoachsen 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 im Durchmesser größere Stützrolle 19 auf dem unteren kegelstumpfförmigen Stützring 8 und im Antriebsring 10 und die Stützrolle 20 auf dem oberen kegelstumpfförmigen Stützring 8 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 des Rezipienten 5 ist ein Verdampfertiegel 23 im Bereich der Mittelachse 1 angeordnet. Die Durchmesser der Stützrollen 19,20 sind so gewählt, daß die Aufnahmeachsen 16,17,18 im rechten Wink ?l zur Strahlrichtung des Verdampfertiegels 23 ausgerichtet sind. Der Grundkörper 6 ist mit einem Anschluß 24 zur Stromzuk hr verbunden, da die Substrate 2,3,4 abhängig vom Beschichtungsverfahren während des Beschichtungsvorgangcs mit einem elektrischen Potential beaufschlagt werden. Während des Beschichtungsvorganges werden die Antriebsringe 10,11 durch den Mitnehmer 22 um die Mittelachse 1 gedreht. Durch die Reibung zwischen den Stützrollen 19 und dem Antriebsring 10 bzw. den Stützrollen 20 und dem Antriebsring 11 werden die Aufn? hmeachsen 16 ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt und laufen auf den kegelstumpfförmigen Stützringen 8,9 um.

Durch die Halteringe 13,14 werden die Aufnahmeachsen 16,17,18 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 wechseln ständig ihren Standort in der vom V' 'dampfertiegel abgestrahlten Teilchenwolke.

Dadurch werden auf den Substraten 2,3,4 auch bei komplizierter Oberflächengestalt gleichmäßig geschlossene Schichten 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 Kippkraft Fk 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. Die Aufnahmeachse 16 mit dem Substrat 2 kann jetzt in Pfeilrichtung Avon der Substrathaltevorrichtung abgenommen werden. Die Aufnahme unbeschichteter Substrate erfolgt entsprechend in umgekehrter Reihenfolge.

Claims (4)

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 Substrathaltevorrichtung angeordneten Aufnahmeachsen aufgenommen und durch ein Planetenradgetriebe in eine Drehbewegung um mehrere Achsen versetzt sind, wobei auf einem Grundkörper mehrere kegelstumpfförmige Stützringe unterschiedlicher Durchmesser übereinander- angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß über jedem kegelstumpfförmigen Stützrina '3,9) din 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 Aufrjahmeachsen (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 gleichmäßigem Abstand gehalten sind.

2. Substrathaltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinander angeordneten kegelstumpfförmigen Stützringe (8, 9) Teile des gleichen Kegels sind.

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

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