DE10158031A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufsetzen und Abnehmen von Masken auf ein bzw. von einem Substrat bei einer Bearbeitung des Substrats im Vakuum - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufsetzen und Abnehmen von Masken auf ein bzw. von einem Substrat bei einer Bearbeitung des Substrats im Vakuum zur Verfügung gestellt. Die Vorrichtung weist eine Vakuumschleuse, einen Deckel und einen Träger für das Substrat auf, wobei der Deckel angepaßt ist, die Masken zu tragen, auf das Substrat aufzusetzen und von dem Substrat abzunehmen, und das Substrat in eine Bearbeitungskammer ein- bzw. ausgeschleust wird. Die Vorteile der Erfindung liegen in einem vereinfachten Aufsetzen und Abnehmen von mitlaufenden Masken bei der Bearbeitung eines Substrats im Vakuum, dem Einsparen von zusätzlichen Einrichtungen im Vakuum und in der Verringerung von Handhabungs(handling)-Fehlern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufsetzen und Abnehmen von Masken auf ein bzw. von einem Substrat bei einer Bearbeitung des Substrats im Vakuum. Insbesondere kann die Erfindung bei der Beschichtung von CDs (Compact Discs) oder Hälften von DVDs (Digital Versatile Discs) eingesetzt werden.

In einer Beschichtungsanlage, zum Beispiel einer Mehrkathoden-Sputteranlage, sollen mehrere Schichten deckungsgleich auf ein Substrat aufgebracht werden. Dazu sollen jeweils mitlaufende Masken auf ein Substrat aufgesetzt werden. Aus der DE-C1-42 35 678 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufsetzen und Abnehmen eines Maskierungsorgans auf einem Werkstück bei der Bearbeitung des Werkstücks im Vakuum bekannt. Das Werkstück wird durch eine Schleuse in eine Vakuumkammer gebracht und im Vakuumraum unter Vakuumbedingungen mit dem Maskierungsorgan zusammengeführt. Dann erfolgt eine Beschichtung des maskierten Werkstücks. Nach der Beschichtung wird das Maskierungsorgan wieder entfernt und auf ein neues zu beschichtendes Werkstück im Vakuum wiederaufgebracht. Das Maskierungsorgan verbleibt dabei während mehrerer Durchläufe im Vakuum, um das Einschleusen von Gas oder Wasserdampf in die Behandlungskammer zu vermeiden bzw. zu minimieren. Wenn das Maskierungsorgan nach mehreren Durchläufen durch die Beschichtung zu dick geworden ist, wird es nicht mehr in der Vakuumkammer zurückgeführt, sondern mit dem beschichteten Werkstück ausgeschleust. Danach wird ein neues Maskierungsorgan mit einem neu zugeführten Werkstück durch die Schleuse in die Vakuumkammer eingeführt und während weiterer Durchläufe für das Maskieren von Werkstücken in der Vakuumkammer verwendet. Bei diesem Stand der Technik soll ein häufiges Ein- und Ausschleusen der Maskierungsorgane vermieden werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Vorrichtung und ein vereinfachtes Verfahren zum Aufsetzen und Abnehmen von Masken zur Verfügung zu stellen, wobei zusätzliche Einrichtungen für das Aufsetzen und Abnehmen von Masken in einer Vakuumkammer eingespart werden können und die Gefahr von Handhabungs(handling)-Fehlern verringert wird.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Bei der Lösung geht die Erfindung von folgenden Grundgedanken aus.

Die Masken und das Substrat werden in einer Vakuumschleuse vor der Bearbeitungskammer zusammengebracht bzw. wieder voneinander getrennt. Dabei ist der Deckel der Schleuse so ausgebildet, daß durch ihn die Masken für das Substrat gehalten und transportiert werden können. Beim Kontaktieren der Masken mit dem Substrat auf einem Träger in der Schleuse werden die Masken auf das Substrat aufgesetzt. Umgekehrt können die Masken vom Substrat mit Hilfe des Deckels wieder abgenommen werden. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein elastisches Glied vorgesehen, das bei geschlossener Schleuse, im nicht evakuierten Zustand, mindestens einen vorbestimmten Abstand zwischen den Masken und dem Substrat einstellt. Beim Evakuieren der Schleuse wird das elastische Glied zusammengezogen bzw. zusammengedrückt, und der Deckel mit den Masken nähert sich allmählich dem Substrat, so daß die Masken sanft aufgesetzt werden können. Bei der Abnahme der Masken von dem Substrat nach der Bearbeitung bewirkt die Belüftung der Schleuse, daß sich das elastische Glied wieder ausdehnt und somit die von dem Deckel aufgenommenen Masken sanft von dem Substrat entfernt.

Die Erfindung hat folgende Vorteile: schnelles Aufsetzen und Abnehmen von mitlaufenden Masken; sanfte Annäherung der Masken an das Substrat, da die Maske weich aufgesetzt wird, d. h. sie springt nicht von der übergebenden zur übernehmenden Seite beim Ein- oder Ausschalten von Haftmagneten, und somit werden auch keine Partikel auf dem Substrat erzeugt; bei einer Beschichtung in einer Beschichtungsanlage kann ein Schichtzuwachs auf den Masken ausgeglichen werden; das Substrat wird direkt an den Träger übergeben, dadurch werden Handhabungs(handling)-Fehler verringert; Abpumpen des Raumes zwischen dem Substrat und dem Träger vor dem Kontaktieren des Substrats mit den Masken ist möglich; größere Sicherheit und Rückverfolgbarkeit der Maskierung, da die Masken auf denselben bzw. von demselben Träger aufgesetzt bzw. wieder abgenommen werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2a bis 2c Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2a,

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 3, und

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2b.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Vakuumschleuse 3 für eine Vakuum-Bearbeitungskammer. Auf der der Vakuum-Bearbeitungskammer zugewandten Seite befindet sich auf einem unteren Schleusendeckel 3d ein Träger 3b für ein Substrat 2. Oberhalb der Schleuse 3 in einer abgehobenen Position befindet sich ein oberer Schleusendeckel 3a. Der obere Schleusendeckel trägt eine ringförmige Außenmaske 1a und eine Innenmaske 1b, die aus ferromagnetischem Material bestehen, für das Substrat 2. Die Außenmaske 1a ist durch Magneten 5a (nur einer ist dargestellt) über elastische Dichtringe 4a achsparallel beweglich im Schleusendeckel 3a gehaltert. Entsprechend ist die Innenmaske 1b durch einen Magneten 5b über einem elastischen Dichtring 4b achsparallel beweglich im Schleusendeckel 3a gehaltert. Die Dichtringe 4a und 4b werden nachstehend gemeinsam auch als elastisches Glied 4 bezeichnet. Die Masken werden an dem Deckel durch Permanent-Elektrohaftmagneten 5a und 5b gehalten. Diese Magneten werden durch die Dichtringe 4 gegenüber dem Deckel 3a abgedichtet. Im Träger 3b befinden sich Permanentmagneten 6a und 6b, die in dieser Ausführungsform den Permanent-Elektrohaftmagneten 5a und 5b mit den Masken 1a bzw. 1b gegenüberliegen, der auch an anderen Stellen unterhalb der Masken 1a bzw. 1b angeordnet sein können.

Fig. 2a bis 2c zeigen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 2a zeigt die Schleuse 3 nach dem Einsetzen des Schleusendeckels 3a mit den Masken 1a und 1b, wobei die Schleuse noch nicht evakuiert wurde. Wie dem vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2a gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist, wird durch die Dichtungsringe 4, die das elastische Glied ausbilden, verhindert, daß die Masken 1a und 1b am Rand auf dem Träger 3b bzw. auf dem Substrat 2 aufsitzen. Das ist durch den Abstand d gezeigt. Dieser Sachverhalt ist in einer weiteren Vergrößerung in Fig. 4 deutlicher dargestellt. Die ringförmige Außenmaske 1a befindet sich im Axial-Abstand d von dem Träger 3b mit dem Permanent-Magneten 6a. Dabei sitzt die Maske 1a noch nicht auf dem Substrataußenrand auf, sondern ist durch einen geringen Axial-Abstand d' von diesem getrennt. Das Substrat 2 hat dabei einen Axial-Abstand d" zum Träger 3b.

Es gelten die Bedingungen:

d < d' + d" und d < d'. (1)

Die Innenmaske 1b hat den gleichen Abstand d von der Oberfläche des Substrats 2. Der Abstand d wird durch das elastische Glied 4 eingestellt. Mit steigender Schichtdicke während der Beschichtung auf der Maske reduzieren sich d und d' gleichmäßig, bis d' gegen Null geht. Daher ist d' stets etwas größer als die zu erwartende größte Schichtdicke auf den Masken zu wählen, um eine sanfte Annäherung der Maske an die Sustratoberfläche zu gewährleisten. Das heißt die Substratoberfläche darf nach dem Einsetzen des Schleusendeckels 3a von den Masken noch nicht berührt werden.

Beim Evakuieren der Schleuse durch den Kanal 7, der auch zum Belüften dient, bewirkt der im Schleuseninnenraum 3c sich aufbauende Unterdruck, daß die Dichtringe 4 komprimiert und die Permanent-Elektrohaftmagneten 5a und 5b mit den Masken 1a und 1b sanft auf das Substrat und den Träger 3b aufgesetzt werden, wobei d Null wird. Die Maske 1a biegt dabei den Außenrand des Substrats 2 bis zum Aufsetzen der Maske auf den Träger 3b nach unten. Dieser evakuierte Zustand der Schleuse 3 ist in Fig. 2b dargestellt.

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von Fig. 2b, in dem zu erkennen ist, daß die Maske 1a den Permanentmagneten 6a des Trägers 3b kontaktiert und dabei das Substrat 2 am Rand in Richtung auf den Träger 3b nach unten biegt. Die Innenmaske 1b kontaktiert gleichfalls das Substrat 2. Die elastischen Dichtringe 4 sind unter dem Einfluß des Atmosphärendrucks gegenüber dem Vakuumdruck komprimiert. Im evakuierten Zustand werden die Elektrohaftmagneten 5a und 5b so mit Strom versorgt, daß sie die Wirkung der in diesen Magneten gleichfalls vorhandenen Permanentmagneten eliminieren und somit die Masken 1a und 1b freigeben. Die Masken werden somit von den Permanentmagneten 6a und 6b gehalten. Im weiteren Verlauf kann das Substrat 2 aus der Schleuse 3 zu den entsprechenden Bearbeitungsstationen in der Vakuumkammer transportiert werden.

Nach der Bearbeitung, vorzugsweise einer Beschichtung, wird mit Hilfe des unteren Schleusendeckels 3d das Substrat auf dem Träger 3b mit den Masken 1a und 1b an die Schleuse 3 in Richtung des Pfeils A wieder herangefahren, wie in Fig. 2c gezeigt ist. Nach dem Andocken des Trägers 3b an der Schleuse 3 wird die Stromversorgung der Permanent-Elektrohaftmagneten 5a und 5b abgeschaltet und die Permanentmagneten dieser Magneten, die stärker als die Permanentmagneten 6a und 6b des Trägers 3b sind, übernehmen die Masken 1a und 1b. Danach wird die Schleuse 3 belüftet und durch die Dekompression der Dichtringe 4 entfernen sich die Magneten 5a und 5b mit den Masken sanft von dem Träger 3b und dem Substrat 2. Dann wird der Deckel 3a mit den Masken 1a und 1b von der Schleuse 3 abgenommen und das Substrat 2 kann gewechselt werden. Der Vorgang der Maskierung des Substrats mit den Masken 1a und 1b kann nun wiederholt werden, bis eine Reinigung der Masken erforderlich ist. Das elastische Glied 4, in der bevorzugten Ausführungsform die Dichtringe 4a und 4b, ermöglichen einen Ausgleich für eine wachsende Schichtdicke auf den Masken 1a und 1b bei zum Beispiel einer Beschichtungsanlage. Wenn die Schichtdicke auf den Masken 1a und 1b so stark ist, daß eine Reinigung erforderlich ist, wird der Deckel 3a mit diesen Masken gegen einen vorbereiteten anderen Deckel mit gereinigten bzw. neuen Masken 1a und 1b ausgetauscht, so daß der Prozeßablauf nicht verzögert wird.

Vorzugsweise wird durch das elastische Glied 4 vor dem Evakuieren ein Abstand d von einige Zehntel Millimeter eingestellt. Dieser Abstand verhindert auch das Erzeugen von Partikeln durch die Masken. Weiterhin ist ein besseres Abpumpen des Raumes zwischen dem Substrat 2 und dem Träger 3b möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufsetzen und Abnehmen der Masken in derselben Schleuse.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Masken in einer ersten Schleuse auf das Substrat aufgesetzt werden und nach der Bearbeitung des Substrats in einer zweiten Schleuse von dem Substrat wieder abgenommen werden. Auf diese Weise können in der ersten Schleuse ohne Unterbrechung ständig gereinigte Masken auf das Substrat aufgesetzt werden. Das ist dann von Interesse, wenn durch eine größere Zahl von Beschichtungen während eines Durchlaufs die Maske zu dick wird.

Es ist auch möglich, in einer ersten Schleuse die Masken abzunehmen und aufzusetzen, und in einer zweiten Schleuse das Substrat auszutauschen. Dabei können die Masken unter Vakuum abgenommen und aufgesetzt werden.

Eine weitere Möglichkeit sind drei Schleusen. Das Entnehmen der Masken, der Austausch des Substrats und das Aufsetzen der Masken werden je in getrennten Stationen durchgeführt, um Fertigungszeit zu sparen.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Beschichtungsanlage, z. B. einer Mehrkathoden-Sputteranlage für CDs oder die Hälften von DVDs verwendet.

Claims (21)

1. Vorrichtung zum Aufsetzen und Abnehmen von Masken (1a, 1b) auf ein bzw. von einem Substrat (2) bei einer Bearbeitung des Substrats (2) im Vakuum, mit einer Vakuumschleuse (3) mit einem Deckel (3a) und einem Träger (3b) für das Substrat (2), wobei der Deckel (3a) angepaßt ist, um die Masken (1a, 1b) zu tragen, auf das Substrat (2) aufzusetzen und von dem Substrat (2) abzunehmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mindestens einem elastischen Glied (4), das bei geschlossener Schleuse (3) im nicht evakuierten Zustand der Schleuse (3) mindestens einen vorbestimmten Abstand zwischen den Masken (1a, 1b) und dem Substrat (2) einstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Deckel (3a) und im Träger (3b) Magneten (5a, 5b bzw. 6a, 6b) vorgesehen sind, die angepaßt sind, um die Masken (1a, 1b) zu halten oder freizugeben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Magneten im Deckel (3a) Permanent-Elektrohaftmagneten (5a, 5b), die Magneten im Träger (3b) Permanentmagneten (6a, 6b) und die Permanentmagneten (5a, 5b) im Deckel (3a) stärker als die Permanentmagneten (6a, 6b) im Träger (3b) sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das elastische Glied (4) durch Dichtungsringe (4a, 4b) der Permanent-Elektrohaftmagneten (5a, 5b) ausgebildet ist, die die Permanent-Elektrohaftmagneten (5a, 5b) im Deckel (3b) gegen den Schleuseninnenraum (3c) abdichten.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine erste Maske eine den Außenrand des Substrats (2) bedeckende Außenmaske (1a) und eine zweite Maske eine das Zentrum des Substrats (2) bedeckende Innenmaske (1b) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das elastische Glied (4) im nicht komprimierten Zustand einen vorbestimmten Abstand (d) der ersten Maske (1a) gegenüber dem Träger (3b) und der zweiten Maske (1b) gegenüber dem Substrat (2) einstellt, die erste Maske (1a) durch einen Abstand (d') von dem Substrat (2) entfernt ist, der Außenrand des Substrats (2) durch einen Abstand (d") von dem Träger (3b) entfernt ist und die Beziehung gilt: d < d' + d", wobei d < d' ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Abstand d von 0,1 mm bis 1 mm beträgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem weiteren Schleusendeckel (3a) mit gereinigten oder neuen Masken (1a, 1b) zum Austausch gegen den Schleusendeckel (3a) gemäß Anspruch 1 bis 8 mit zu reinigenden Masken (1a, 1b).

10. Verfahren zum Aufsetzen von Masken (1a, 1b) auf ein Substrat (2) mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten:

• a) Verschließen der Vakuumschleuse (3), in der sich das Substrat (2) auf dem Träger (3b) befindet, mit dem Deckel (3a) mit daran gehalterten Masken (1a, 1b);
• b) Evakuieren des Schleuseninnenraums (3c);
• c) Aufsetzen der Masken (1a, 1b) auf das Substrat (2); und
• d) Lösen des Trägers (3b) mit dem maskierten Substrat (2) von der Schleuse (3).

11. Verfahren zum Abnehmen von Masken (1a, 1b) von einem Substrat (2) mittels der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit den Schritten:

• a) Andocken des Trägers (3b) mit dem Substrat (2) mit den Masken (1a, 1b) an der Schleuse (3) unterhalb des Deckels (3a) im Vakuum;
• b) Übernehmen der Masken (1a, 1b) von dem Substrat (2) durch den Deckel (3a);
• c) Belüften der Schleuse (3); und
• d) Entfernen des Deckels (2) mit den Masken (1a, 1b) von der Schleuse (3).

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei
im Schritt (a) die Außen- und Innenmasken (1a bzw. 1b) durch die Permanent-Elektrohaftmagneten (5a bzw. 5b) gehalten werden und durch Dichtringe (4) ein Abstand (d) der Außen- und Innenmasken (1a bzw. 1b) von dem Träger (3b) bzw. dem Substrat (2) eingestellt wird;
im Schritt (b) durch die Kompression der Dichtringe (4) ein sanftes Aufsetzen der Masken (1a, 1b) auf das Substrat (2) und den Träger (3) erfolgt; und
im Schritt (c) die Permanent-Elektrohaftmagneten (5a, 5b) mit Strom versorgt werden, so daß die Haltekraft der Permanentmagneten (5a, 5b) kompensiert wird, und die Masken (1a, 1b) nur noch durch die Permanentmagneten (6a, 6b) des Trägers (3b) gehalten werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei
im Schritt (a) die Masken (1a, 1b) die Permanent-Elektrohaftmagneten (5a, 5b) kontaktieren;
im Schritt (b) die Stromversorgung der Permanent-Elektrohaftmagnete (5a) abgestellt wird und die im Vergleich zu den Permanentmagneten (6a, 6b) des Trägers (3b) stärkeren Permanentmagneten (5a, 5b) im Deckel (3a) die Masken (1a, 1b) vom Substrat (2) übernehmen; und
im Schritt (c) durch die Dekompression der Dichtringe (4) die Masken (1a, 1b) sanft von dem Substrat entfernt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 10 und 11 oder nach Anspruch 12 und 13, wobei das Aufsetzen und das Absetzen der Masken (1a, 1b) in derselben Schleuse (3) durchgeführt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 10 und 11 oder Anspruch 12 und 13, wobei das Aufsetzen und das Absetzen der Masken (1a, 1b) in getrennten Schleusen (3) durchgeführt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei in einer ersten Schleuse (3) gereinigte oder neue Masken (1a, 1b) auf das Substrat (2) aufgesetzt und in einer zweiten Schleuse (3) benutzte Masken (1a, 1b) von dem Substrat 2 abgenommen werden.

17. Verfahren nach Anspruch 14, wobei in einer ersten Schleuse (3) die Masken aufgesetzt und abgenommen werden und in einer zweiten Schleuse das Substrat (2) ausgetauscht wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei in einer dritten Schleuse das Substrat (2) ausgetauscht wird.

19. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 18 in einer Beschichtungsanlage für das Substrat (2).

20. Verwendung und Anwendung nach Anspruch 19 in einer Mehrkathoden- Sputteranlage.

21. Verwendung und Anwendung nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Substrat (2) eine CD oder die Hälfte einer DVD ist.