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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschattungsvorrichtung für eine Anlage zur Behandlung von Substraten, ein Verfahren zur Behandlung von Substraten sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Behandlung von Substraten.
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Die Behandlung von Substraten erfolgt in der Regel in einer dafür vorgesehenen Anlage, vorzugsweise in einer Anlage zur Plasmabehandlung oder in einer Beschichtungsanlage, in welcher Substrate mit einer Beschichtung versehen werden. Es ist bekannt, solche Anlagen mit entsprechenden Abschattungsvorrichtungen auszustatten, welche geeignet sind, einen Teilchenstrom ausgehend von einer Quelle hin zu den zu behandelnden Substraten örtlich teilweise zu unterbrechen, um so eine einheitlichere bzw. homogenere Behandlung aller Substrate zu erhalten, d.h. um geometrische Unterschiede gegeben durch die Form bzw. Anordnung der Komponenten in der Anlage bzw. die Positionierung der Substrate mit Bezug zu einer Quelle zu kompensieren. Solche Abschattungsvorrichtungen sind in der Regel unbewegliche Bauteile, zumeist Bleche hergestellt aus beispielsweise Edelstahl, welche eine unveränderliche Ausdehnung besitzen und sowohl unter atmosphärischen Bedingungen als auch unter Vakuumbedingungen eingesetzt werden können.
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Nachteil dieser bekannten Abschattungsvorrichtungen ist, dass sie hinsichtlich der Ausdehnung ihrer Abschattungsfläche nicht variabel sind und einmal hergestellt nur eine vorgegebene Abschattungsfläche aufweisen. Soll die Ausdehnung der Abschattungsfläche vergrößert bzw. verkleinert werden, um einen größeren bzw. eine niedrigeren Abschattungsgrad zu erreichen, d.h. um den Teilchenstrom von einer Quelle zu den Substraten zu verringern bzw. zu erhöhen, so ist die Herstellung bzw. Anordnung einer neuen Abschattungsvorrichtung mit angepasster Abschattungsfläche erforderlich, was nicht nur zeit- sondern auch kostenintensiv ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Abschattungsvorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweisen.
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Diese Aufgabe wird durch die Abschattungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7, sowie durch die Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 10 oder 12 gelöst.
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Ein Aspekt betrifft eine Abschattungsvorrichtung aufweisend eine Abschattungsfläche für eine Anlage zur Behandlung von Substraten, wobei die Anlage eine Haltevorrichtung zum Anordnen von zu behandelnden Substraten umfasst, sowie mindestens eine Quelle, und eine Ebene, welche gelagert ist zwischen der mindestens einen Quelle und den auf der Haltevorrichtung angeordneten Substraten und eine Querschnittsfläche aufgespannt aus den Schnittpunkten der Ebene mit den von der mindestens einen Quelle ausgehenden direkten Verbindungslinien zu den auf der Haltevorrichtung angeordneten Substraten, wobei die Abschattungsvorrichtung derart in der Anlage montiert ist, dass die Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung den Teilchenstrom ausgehend von der mindestens einen Quelle durch die Querschnittsfläche teilweise unterbricht, wobei die Abschattungsfläche hinsichtlich ihrer Ausdehnung, insbesondere stufenlos oder schrittweise, veränderlich ist.
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Substrate im Sinne der Erfindung sind beliebige Artikel, bevorzugt Glaskörper bzw. optische Artikel bzw. optische Elemente, insbesondere optische Linsen, welche eine Behandlung erfahren sollen.
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Im Sinne der Anmeldung wird unter der Behandlung eines Substrates verstanden, dass das Substrat eine Behandlung erfährt, welche dadurch charakterisiert ist, dass das Substrat nach Durchführung einer solchen Behandlung als Ergebnis der Behandlung eine andere Beschaffenheit als vor der Durchführung aufweist. Das Ergebnis einer solchen Behandlung lässt sich durch Bestimmung physikalischer und/oder chemischer und/oder mechanischer Eigenschaften bestimmen.
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Unter einer solchen Behandlung kann einerseits jede denkbare Art einer Oberflächenmodifikation durch Angriff der Oberfläche eines Substrates durch energetische und/oder reaktive Spezies zum Zwecke eines physikalischen Oberflächenangriffs und/oder einer chemischen Oberflächenmodifizierung und/oder mechanischer Oberflächenmodifizierung verstanden werden, wie zum Beispiel die Behandlung eines Substrates mit Plasma.
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Unter einer solchen Behandlung kann andererseits aber auch das Abscheiden bzw. das Aufbringen einer Beschichtung bestehend aus einer Einzelschicht oder das Abscheiden einer Abfolge bzw. das Aufbringen einer Beschichtung bestehend aus mehreren Einzelschichten, d.h. das Abscheiden bzw. das Aufbringen eines mehrlagigen Systems bestehend aus mehreren Einzelschichten, auf der Oberfläche eines Substrates verstanden werden. Dies umfasst insbesondere auch das Aufbringen einer optischen Vergütung zum Zwecke der Reflexionsverminderung (Entspiegelung) oder -erhöhung (Verspiegelung).
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Je nach Art der Behandlung kennt der Fachmann verschiedene Methoden, um das Ergebnis der Behandlung eines Substrates zu bestimmen. Handelt es sich bei der Behandlung um eine Oberflächenmodifikation, so kann das Ergebnis der Behandlung durch dem Fachmann geläufige Methoden zur Charakterisierung einer Oberfläche bestimmt werden, wie insbesondere die Bestimmung der Oberflächenenergie und/oder der Oberflächenrauheit des behandelten Substrates. Handelt es sich bei der Behandlung hingegen um das Aufbringen einer Beschichtung bestehend aus einer oder mehrerer Einzelschichten, so sind auch hier dem Fachmann verschiedene Methoden bekannt, wie insbesondere die Bestimmung eines Transmissions- und/oder Reflexionsspektrums des behandelten Substrates und/oder durch Messung von Schichtdicken der aufgebrachten Beschichtung mittels Oberflächenprofilometrie und/oder interferometrisch, wie zum Beispiel nach dem Tolansky-Verfahren.
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Eine Anlage im Sinne der Anmeldung zur Behandlung von Substraten weist mindestens eine Quelle auf, welche geeignet ist, eine Behandlung der Substrate im Sinne der Anmeldung durchzuführen. Zusätzlich weist die Anlage eine Haltevorrichtung auf, welche Haltelemente zur Aufnahme der zu behandelnden Substrate aufweist. Wenn im Folgenden die Formulierung verwendet wird, dass Substrate auf einer Haltevorrichtung angeordnet werden, dann ist darunter zu verstehen, dass Substrate in Halteelementen der Haltevorrichtung platziert werden.
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Je nach Geometrie der Anlage kann diese Haltevorrichtung insbesondere halbkugelförmig sein. Besonders bevorzugt sind bei einer halbkugelförmigen Haltevorrichtung die Halteelemente zur Aufnahme der Substrate derart angeordnet, dass die Mittelpunkte der Halteelemente entlang eines ersten Kreises um den Mittelpunkt der Haltevorrichtung angeordnet sind und so einen ersten Ring aus Halteelementen bilden. Je nach Größe der Haltevorrichtung können weitere Halteelemente mit ihren jeweiligen Mittelpunkten entlang eines nächsten Kreises um den Mittelpunkt der Haltevorrichtung angeordnet sein, wobei der Radius des nächsten Kreises größer als der des ersten Kreises ist und so gewählt ist, dass die Halteelemente nicht überlappen und auf diese Weise einen weiteren Ring aus Halteelementen bilden. Dadurch kann eine Vielzahl von Halteelementen mit ihren jeweiligen Mittelpunkten entlang entsprechender, konzentrischer Kreise um den Mittelpunkt der Haltevorrichtung angeordnet werden. Insbesondere kann eine solche Haltevorrichtung eine Anzahl von Ringen kleiner 10, bevorzugt kleiner oder gleich 7, besonders bevorzugt genau 5 Ringen aufweisen. Die Haltevorrichtung kann insbesondere rotierend gelagert sein und während der Behandlung von Substraten eine Drehbewegung vollziehen, welche eine Drehzahl von weniger als 50 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt weniger als 40 Umdrehungen pro Minute aufweist.
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Ferner weist die Anlage eine Ebene auf, welche zwischen der Haltevorrichtung und der mindestens einen Quelle gelagert ist. Die Schnittpunkte der direkten Verbindungslinien ausgehend von der mindestens einen Quelle zu den auf der Haltevorrichtung anordenbaren Substraten bilden eine Querschnittsfläche, welche in der Ebene liegt. Von einer Quelle ausgehende Teilchen im Rahmen einer Behandlung im Sinne der Anmeldung bilden einen Teilchenstrom, welcher durch die Querschnittsfläche zu den Substraten gelangt. Die Quelle kann zusätzlich noch einen Shutter aufweisen, welcher unmittelbar über der Quelle positioniert ist, um den von der Quelle ausgehenden Teilchenstrom vollständig zu blockieren, bevor dieser noch die Querschnittsfläche passieren kann.
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Eine Abschattungsvorrichtung im Sinne der Anmeldung weist eine Abschattungsfläche auf. Die Abschattungsvorrichtung ist derart in der Anlage montiert, dass die Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung den von einer Quelle ausgehenden Teilchenstrom durch die Querschnittsfläche zumindest teilweise unterbricht bzw. teilweise abschattet.
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Hierfür ist die Abschattungsvorrichtung derart in der Anlage montiert, dass die Ausrichtung der Abschattungsfläche einen Winkel mit der Querschnittsfläche bildet, welcher kleiner als 90° ist, bevorzugt kleiner als 70°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 45°. Vorteilhafterweise erzielt die Abschattungsvorrichtung durch möglichst überdeckende Anordnung ihrer Abschattungsfläche mit der Querschnittsfläche einen höheren Wirkungsgrad der Abschattung bei gleichzeitig kompakter und platzsparender Bauweise als bei Montage in der Anlage unter einem größeren Winkel.
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Eine Unterbrechung bzw. Abschattung des Teilchenstroms im Sinne der Anmeldung meint eine örtliche Unterbrechung bzw. örtliche Abschattung, d.h. die Abschattungsfläche schattet durch ihre Lage innerhalb der Querschnittsfläche einen Teil des Teilchenstroms ab, welcher ausgehend von einer Quelle durch die Querschnittsfläche zu den Substraten verläuft. Der Teilchenstrom wird durch Einbringen der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung in der Querschnittsfläche von seiner rotationssymmetrischen, kreisförmigen Form gezielt beschnitten.
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Durch Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche wird der erzielte Abschattungsgrad verändert und damit der Teilchenstrom von einer Quelle zu den auf der Haltevorrichtung anordenbaren zu behandelnden Substraten verändert: Eine Vergrößerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche führt zu einem größeren Abschattungsgrad und damit zu einer Verringerung des Teilchenstroms durch die Querschnittsfläche, wodurch das Ergebnis der Behandlung der Substrate verringert wird. Im Gegenzug dazu führt eine Verringerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem geringeren Abschattungsgrad und damit zu einer Erhöhung des Teilchenstroms durch die Querschnittsfläche, wodurch das Ergebnis der Behandlung der Substrate intensiviert bzw. verstärkt wird.
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Die Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche kann stufenlos oder schrittweise zwischen einem ersten Endpunkt, in welchem die Ausdehnung der Abschattungsfläche minimal und einem zweiten Endpunkt, in welchem die Ausdehnung der Abschattungsfläche maximal ist, erfolgen.
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Eine stufenlose Veränderung meint, dass die Ausdehnung der Abschattungsfläche beliebig verändert werden kann, d.h. es können zwischen den beiden Endpunkten beliebige Einstellungen für die Ausdehnung der Abschattungsfläche eingestellt werden und es liegen keine definierten Abstände bzw. Stufen bzw. Rasterungen bzw. Schrittweiten bzw. Einstellpositionen vor. Unter einer schrittweisen Veränderung wird verstanden, dass die Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zwischen den beiden Endpunkten nicht beliebig erfolgen kann, sondern es zwischen der minimalen und der maximalen Ausdehnung der Abschattungsfläche definierte Abstände bzw. Stufen bzw. Rasterungen bzw. Schrittweiten bzw. Einstellpositionen gibt, auf die die Ausdehnung der Abschattungsfläche eingestellt werden kann.
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Bevorzugt weist die Abschattungsvorrichtung ein unbewegliches Teil und mindestens ein, in Bezug auf das unbewegliche Teil, bewegliches Teil auf. Das unbewegliche Teil und das mindestens eine bewegliche Teil bilden zusammen die Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung. Die Ausdehnung der Abschattungsfläche ist durch relative Bewegung des mindestens einen beweglichen Teils in Bezug auf das unbewegliche Teil veränderlich.
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Relative Bewegung des beweglichen Teils in Bezug auf das unbewegliche Teil meint bevorzugt schwenkbar, besonders bevorzugt verschiebbar, insbesondere rotierbar und im Allgemeinen verlagerbar.
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Bevorzugt sind die die Abschattungsfläche bildenden Teile als ebene Bleche mit rechteckiger Form realisiert, wobei das bewegliche Teil so gelagert ist, dass dieses sich unmittelbar hinter dem unbeweglichen Teil befindet und der Mittelpunkt des beweglichen Teils in Bezug auf den Mittelpunkt des unbeweglichen Teils, d.h. relativ zu diesem, in einer Achse verschoben werden kann. Hierdurch kann die Position des Mittelpunkts des beweglichen Teils zwischen zwei Endpunkten definiert durch jenen Punkt, in dem der Mittelpunkt des beweglichen Teils mit dem Mittelpunkt des unbeweglichen Teils zusammenfällt und damit die Ausdehnung der Abschattungsfläche minimal ist und jenem Punkt, in dem die Mittelpunkte des beweglichen Teils und des unbeweglichen Teils maximal weit voneinander entfernt sind und damit die Ausdehnung der Abschattungsfläche maximal ist, verschoben werden.
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Andere Ausführungsformen, in welcher das bewegliche Teil beispielsweise drehbar gelagert ist und in Bezug auf das unbewegliche Teil schwenkbar ist, sind ebenfalls denkbar. In einem solchen Fall würde dann durch Schwenken des beweglichen Teils in Bezug auf das unbewegliche Teil die Ausdehnung der Abschattungsfläche verändert werden. Ebenso wäre auch eine Ausführungsform denkbar, in welcher das bewegliche Teil in Bezug auf das unbewegliche Teil um dessen Längsachse rotierbar gelagert ist und durch Rotation des beweglichen Teils die Ausdehnung der Abschattungsfläche verändert wird.
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Vorzugsweise wird die Abschattungsvorrichtung an ihrem unbeweglichen Teil mittels einer Schraube als bevorzugtes Befestigungsmittel an einem Haltelement der Anlage fest verschraubt, wodurch vorteilhafterweise eine feste Montage in der Anlage bei gleichzeitig uneingeschränkter Bewegungsfreiheit des mindestens einen beweglichen Teils erreicht wird.
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Bevorzugt weist die Abschattungsvorrichtung neben einem unbeweglichen Teil insbesondere genau zwei, in Bezug auf das unbewegliche Teil, bewegliche Teile auf. Die Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung bilden das unbewegliche Teil und die zwei beweglichen Teile.
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Bevorzugt sind der die Abschattungsfläche bildende unbewegliche Teil und die beiden, die Abschattungsfläche ebenfalls bildenden, beweglichen Teile als ebene Bleche mit im Wesentlichen rechteckiger oder ovaler Form realisiert. Bevorzugt ist das unbewegliche Teil mittig angeordnet und die beweglichen Teile sind zu beiden Seiten des unbeweglichen Teils angeordnet. In diesem Fall erfolgt die Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche wahlweise durch relative Bewegung eines der beiden beweglichen Teile in Bezug auf das unbewegliche Teil oder durch relative Bewegung beider beweglichen Teile in Bezug auf das unbewegliche Teil.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die beweglichen Teile in einer Ebene hinter dem unbeweglichen Teil angeordnet und sind relativ zur Querachse des unbeweglichen Teils verschiebbar. Hierdurch kann die Ausdehnung der Abschattungsfläche zwischen zwei Endpunkten verändert werden. In einem ersten Endpunkt sind die Mittelpunkte der drei die Abschattungsfläche bildenden Teile möglichst nahe beieinander, wodurch die Ausdehnung der Abschattungsfläche minimal ist. In einem zweiten Endpunkt sind die Mittelpunkte der drei die Abschattungsfläche bildenden Teile maximal weit voneinander entfernt, wodurch die Ausdehnung der Abschattungsfläche maximal ist.
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Bevorzugt erfolgt die Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche manuell durch mechanisches Verschieben. Hierzu weisen das mindestens eine bewegliche Teil bzw. die beweglichen Teile mindestens eine seitliche Fräsung bzw. Einkerbung auf, welche als Langloch dient, und das unbewegliche Teil weist an entsprechender Stelle eine Öffnung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels auf. Vorteilhafterweise können so die beweglichen Teile in Bezug auf das unbewegliche Teil in einer starren Achse senkrecht zur Längsachse des unbeweglichen Teils bewegt werden. Hierfür wird eine Schraube als bevorzugtes Befestigungsmittel in die Halteöffnung des unbeweglichen Teils eingeführt und die beweglichen Teile werden mittels der seitlichen Fräsungen zwischen Schraubenkopf und unbeweglichem Teil eingeführt. Durch Festziehen der Schraube kann eine durch Verschieben der beweglichen Teile eingestellte Ausdehnung der Abschattungsfläche eingestellt und fixiert werden. Um eine andere Ausdehnung der Abschattungsfläche einzustellen, ist die Schraube zu lösen und die beweglichen Teile werden in Bezug auf das unbewegliche Teil verschoben.
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Für eine schrittweise Veränderung kann die Fräsung ihrerseits insbesondere mit seitlichen Ausfräsungen realisiert werden, welche als Einrast-Positionen fungieren und somit eine wiederkehrend feste Positionierung der beweglichen Teile in Bezug auf das unbewegliche Teil zulassen und damit eine manuell schrittweise einstellbare Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung zulassen.
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Vorzugsweise erfolgt die Bewegung eines der beweglichen Teile mittels eines Aktuators hydraulisch oder pneumatisch oder elektrisch. Vorteilhafterweise kann damit die Ausdehnung nicht nur genauer eingestellt, sondern auch insbesondere unter Vakuumbedingungen verändert werden.
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Bevorzugt umfasst der Aktuator einen elektrischen Motor, welcher mit seiner Antriebswelle eine Gewindestange antreibt, welche mit dem zu bewegenden Teil der Abschattungsfläche fest verbunden ist. Durch Verändern der Drehrichtung des elektrischen Motors kann so eine Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung erreicht werden, indem die beweglichen Teile in Bezug auf das unbewegliche Teil von diesem weg- bzw. zu diesem hingeschoben werden, wodurch sich die Ausdehnung der Abschattungsfläche vergrößert bzw. verkleinert.
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Bevorzugt weisen die beweglichen Teile eine Randgeometrie auf, welche von einer rechteckigen Form abweicht. Diese Form ist bevorzugt halbkreisförmig geformt. Besonders bevorzugt ist die Randgeometrie derart geformt, dass der damit versehene bewegliche Teil eine nicht konstante Breite entlang der Längsachse aufweist. Insbesondere bei einer außermittig unter der Haltevorrichtung positionierten Quelle kann es trotz rotierender Haltevorrichtung erforderlich sein, über eine entsprechende Randgeometrie der beweglichen Teile der Abschattungsfläche eine graduelle Breite entlang ihrer Längsachse zu verleihen, um auf diese Weise eine homogenere Behandlung auf den auf der Haltevorrichtung an unterschiedlichen Positionen angeordneten Substraten zu erzielen.
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Die Anlage weist vorzugsweise mindestens eine Quelle auf, welche der Anlage die Fähigkeit zur Durchführung einer Behandlung der Substrate im Sinne der Anmeldung gibt. Bei der Quelle kann es sich um eine Elektronenstrahlkanone zur elektronenstrahlgestützten physikalischen Gasphasenabscheidung, einen thermischen Verdampfer, einen chemischen Gasphasenabscheider, Molekularstrahlepitaxie, eine Sputterquelle, insbesondere eine Sputterquelle in Verbindung mit einem Teilchenstrom, eine Quelle für ionenstrahlgestützte Deposition, handeln, oder es handelt sich um eine Plasmaquelle oder eine anders beschaffene Quelle zur Emission energetischer und/oder reaktiver Spezies geeignet zur Durchführung eines physikalischen Oberflächenangriffs und/oder einer chemische Oberflächenmodifizierung und/oder mechanischer Oberflächenmodifizierung.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Anlage um eine Vakuumanlage und die Behandlung im Sinne der Anmeldung findet unter Vakuumbedingung statt. Vorzugsweise ist die Ausdehnung der Abschattungsfläche der Anlage unter Vakuum veränderlich, wodurch vorteilhafterweise die Ausdehnung verändert werden kann, ohne dass die Anlage auf atmosphärische Bedingungen gebracht werden muss, was nicht nur eine Zeitersparnis darstellt, sondern auch die Möglichkeit zur Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche während einer Behandlung gibt.
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Vorzugsweise empfängt der Aktuator Steuerbefehle per Funk mittels einer drahtlosen Übertragungstechnik, wodurch vorteilhafterweise keine Kabelverbindung zwischen des innerhalb der Anlage und während der Behandlung unter Vakuumbedingung befindlichen Aktuators und einer externen Steuereinheit als Befehlsgeber vorhanden sein muss.
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Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Behandlung von Substraten in einer Anlage mit einer Abschattungsvorrichtung, wobei das Ergebnis der Behandlung der Substrate durch Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung beeinflusst wird, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Einstellen der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung in Abhängigkeit des zu erzielenden Ergebnisses der Behandlung der Substrate,
- - Behandeln der Substrate in der Anlage.
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Das Verfahren dient dem Behandeln von Substraten in einer Anlage, worunter sowohl ein Oberflächenangriff bzw. eine Oberflächenmodifikation der Oberfläche der Substrate als auch das Aufbringen einer Beschichtung auf der Oberfläche der unbehandelten Substrate verstanden wird, unter der Maßgabe, dass das Ergebnis der Behandlung durch Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung beeinflusst wird.
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Die durchzuführende Behandlung ist dabei nicht stark eingeschränkt, da sie nur der Maßgabe genügen muss, dass das Ergebnis dieser Behandlung durch Verändern der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung beeinflusst wird. Denkbar sind hier alle Arten einer Behandlung welche gemeinsam haben, dass sie auf einem im Wesentlichen gerichteten Teilchenstrom basieren, welcher ausgehend von einer Quelle durch eine Querschnittsfläche zu den zu behandelnden Substraten gelangt, wobei eben jener Teilchenstrom durch die Querschnittsfläche durch Einbringen einer Abschattungsvorrichtung mit veränderlicher Abschattungsfläche teilweise abgeschattet wird.
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Zu Beginn des Verfahrens wird die Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung in der Anlage eingestellt. Dieses Einstellen kann anhand empirisch ermittelter Einstellwerte für die Ausdehnung der Abschattungsfläche in Abhängigkeit der durchzuführenden Behandlung erfolgen oder es wird die Ausdehnung der Abschattungsfläche auf einen mittleren Wert zwischen minimaler und maximaler Ausdehnung eingestellt, wodurch eine spätere Korrektur der Ausdehnung der Abschattungsfläche in beide Richtungen stattfinden kann, d.h. die Ausdehnung der Abschattungsfläche kann sowohl vergrößert als auch verkleinert werden.
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Anschließend wird eine Behandlung der Substrate durchgeführt, welche in der Anlage auf der Haltevorrichtung angeordnet sind. Die Substrate erfahren durch das Verfahren eine optimierte Behandlung, da die Abschattungsvorrichtung mittels ihrer Abschattungsfläche den Teilchenstrom durch die Querschnittsfläche teilweise abschattet und hierdurch eine homogenere bzw. anderweitig optimierte Behandlung ermöglicht wird.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der durchgeführten Behandlung um einen physikalischen Oberflächenangriff und/oder eine chemische Oberflächenmodifizierung und/oder mechanische Oberflächenmodifizierung der Substrate mit energiereichen und/oder reaktiven Spezies. Durch eine solche Behandlung wird die Oberfläche der Substrate modifiziert, um beispielsweise eine Reinigung der Oberfläche der Substrate zu erzielen oder eine Aktivierung der Oberfläche der Substrate durchzuführen, um die Haftungseigenschaften der Oberfläche für einen anschließenden Behandlungsschritt zu verbessern. Durch Einstellen der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung im vorangegangenen Verfahrensschritt wird der Teilchenstrom durch die Querschnittsfläche beeinflusst, was bei Vergrößerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem geringeren Oberflächenangriff bzw. zu einer schwächeren Oberflächenmodifizierung führt und bei Verringerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem stärkeren Oberflächenangriff bzw. zu einer stärkeren Oberflächenmodifizierung führt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der durchgeführten Behandlung um die Beschichtung der Substrate mit einem Schichtsystem, bestehend aus einer Einzelschicht oder mehreren aufeinander folgenden Einzelschichten, welche zeitlich geordnet hintereinander auf die Substrate beschichtet werden.
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Bevorzugterweise handelt es sich dabei um ein optisches Schichtsystem, bestehend aus abwechselnd aufeinander folgenden niederbrechenden und hochbrechenden Einzelschichten. Eine niederbrechende Einzelschicht ist eine Einzelschicht aus einem Material mit einem Brechungsindex von kleiner 1,6 bestimmt bei einer Referenzwellenlänge von 550 nm und eine hochbrechende Einzelschicht ist eine Einzelschicht aus einem Material mit einem Brechungsindex von größer oder gleich 1,6 bestimmt bei einer Referenzwellenlänge von 550 nm.
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Durch Einstellen der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung im ersten Verfahrensschritt wird der Teilchenstrom, hier insbesondere der Fluss von Beschichtungsmaterial, ausgehend von einer Quelle durch die Querschnittsfläche beeinflusst, was bei Vergrößerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem geringeren Teilchenstrom und damit zu einer Verringerung der auf den Substraten abgeschiedenen physikalischen Schichtdicke der jeweiligen Einzelschicht führt und was bei Verringerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem höheren Teilchenstrom durch die Querschnittsfläche und damit zu einer Vergrößerung der auf den Substraten abgeschiedenen physikalischen Schichtdicke der jeweiligen Einzelschicht führt.
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Ein weiterer Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Behandlung von Substraten, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Konfigurieren der Anlage und Einstellen entsprechender Anlagenparameter zur Durchführung einer Behandlung von Substraten zum Erhalt definierter physikalischer und/oder chemischer und/oder mechanischer Soll-Eigenschaften auf Substraten nach erfolgter Behandlung in der Anlage,
- - Einstellen der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung in Abhängigkeit des zu erzielenden Ergebnisses der Behandlung der Substrate,
- - Behandeln der Substrate in der Anlage,
- - Ermitteln physikalischer und/oder chemischer und/oder mechanischer Ist-Eigenschaften der Substrate, bevorzugt Ermitteln physikalischer und/oder chemischer und/oder mechanischer Ist-Eigenschaften an einem Substrat der Substrate, besonders bevorzugt Ermitteln optischer Ist-Eigenschaften an einem Substrat der Substrate,
- - Berechnen einer Abweichung zwischen physikalischer und/oder chemischer und/oder mechanischer Soll-Eigenschaften und den ermittelten physikalischen und/oder chemischen und/oder mechanischen Ist-Eigenschaften,
- - Einstellen bzw. insbesondere Verändern der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung in geeigneter Weise zur Kompensation der im vorangegangenen Schritt berechneten Abweichung für einen nächsten Verfahrensturnus.
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Das Verfahren dient dem Betreiben einer Anlage zum Behandeln von Substraten, worunter sowohl ein Oberflächenangriff bzw. eine Oberflächenmodifikation der Oberfläche der Substrate als auch das Aufbringen einer Beschichtung auf der Oberfläche der Substrate verstanden wird, unter der Maßgabe, dass das Ergebnis der Behandlung durch Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung beeinflusst wird.
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Die durchzuführende Behandlung ist dabei nicht stark eingeschränkt, da sie nur der Maßgabe genügen muss, dass das Ergebnis dieser Behandlung durch Verändern der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung beeinflusst wird. Denkbar sind hier alle Arten einer Behandlung welche gemeinsam haben, dass sie auf einem im Wesentlichen gerichteten Teilchenstrom basieren, welcher ausgehend von einer Quelle durch eine Querschnittsfläche zu den zu behandelnden Substraten gelangt, wobei eben jener Teilchenstrom durch die Querschnittsfläche durch Einbringen einer Abschattungsvorrichtung mit veränderlicher Abschattungsfläche teilweise abgeschattet wird.
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Der Vorteil des Verfahrens zum Betreiben einer Anlage besteht darin, dass für eine im Rahmen eines ersten Verfahrensturnus bestimmte Abweichung zwischen den als Ziel der Behandlung auf den Substraten zu erhaltenden Soll-Eigenschaften und den nach der Behandlung ermittelten Ist-Eigenschaften eine Korrektur bzw. eine Justage der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung stattfindet, um in einem nächsten, zweiten Verfahrensturnus eine optimierte Behandlung zu erzielen, in welcher die ermittelte Abweichung aus einem vorangegangenen Verfahrensturnus berücksichtigt wurde, um ein besseres Ergebnis der Behandlung zu erhalten, worunter eine geringere Abweichung zwischen Soll- und Ist-Eigenschaften der Substrate verstanden wird.
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Die Durchführung des Verfahrens gliedert sich in einzelne Schritte, welche im Folgenden näher erläutert werden.
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In einem ersten Schritt wird die Anlage zur Behandlung von Substraten konfiguriert. Darunter wird verstanden, dass ein entsprechender Prozess zur Behandlung von Substraten an der Anlage einprogrammiert wird. Je nach durchzuführender Substrate, welche sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass während der Behandlung ein Teilchenstrom ausgehend von einer Quelle durch eine Querschnittsfläche zu den auf der Haltevorrichtung angeordneten Substraten vorhanden ist, welcher durch die mit ihrer Abschattungsfläche in die Querschnittsfläche eingebrachte Abschattungsvorrichtung teilweise abgeschattet wird.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der durchgeführten Behandlung um einen physikalischen Oberflächenangriff und/oder eine chemische Oberflächenmodifizierung und/oder mechanische Oberflächenmodifizierung der Substrate mit energiereichen und/oder reaktiven Spezies. Durch eine solche Behandlung wird die Oberfläche der Substrate modifiziert, um beispielsweise eine Reinigung der Oberfläche der Substrate zu erzielen oder eine Aktivierung der Oberfläche der Substrate durchzuführen, um Haftungseigenschaften der Oberfläche für einen anschließenden Behandlungsschritt zu verbessern. Durch Einstellen der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung im vorangegangenen Verfahrensschritt wird der Teilchenstrom durch die Querschnittsfläche beeinflusst, was, in anderen Worten, bei Vergrößerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem geringeren Oberflächenangriff bzw. zu einer schwächeren Oberflächenmodifizierung führt und bei Verringerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem stärkeren Oberflächenangriff bzw. zu einer stärkeren Oberflächenmodifizierung führt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der durchgeführten Behandlung um die Beschichtung der Substrate mit einem Schichtsystem, bestehend aus einer Einzelschicht oder mehreren aufeinander folgenden Einzelschichten, welche zeitlich geordnet hintereinander auf die Oberfläche der Substrate abgeschieden bzw. beschichtet werden.
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Bevorzugterweise handelt es sich dabei um ein optisches Schichtsystem, bestehend aus abwechselnd aufeinander folgenden niederbrechenden und hochbrechenden Einzelschichten. Eine niederbrechende Einzelschicht ist eine Einzelschicht aus einem Material mit einem Brechungsindex von kleiner 1,6 bestimmt bei einer Referenzwellenlänge von 550 nm und eine hochbrechende Einzelschicht ist eine Behandlung versteht man darunter vorzugsweise die Konfiguration der Anlage zur Durchführung einer Behandlung mit vorgegebenen Parametern, wie insbesondere die Leistung der Plasmaquelle für eine Plasmabehandlung. Je nach Anlage und Quelle kann dies das Einstellen von Prozessparametern wie Flüssen von Prozessgasen, Emissionsströmen einer Elektronenquelle bzw. eines Elektronenemittierenden Filaments, Einstellen von Leistungswerten für einen Radiofrequenz-Generator zur Erzeugung eines Plasmas und/oder einer Beschleunigungsspannung umfassen.
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Handelt es sich bei der durchzuführenden Behandlung um das Versehen von Substraten mit einer Beschichtung, so werden in diesem Schritt die Beschichtungsparameter zum Abscheiden der Einzelschicht bzw. der mehreren aufeinander folgenden Einzelschichten an der Anlage eingestellt. Neben Parametern für die Quelle bzw. Quellen, welche zur Beschichtung in der Anlage erforderlich sind, wird darunter insbesondere das Einstellen von physikalischer Schichtdicken für die zu beschichtenden Einzelschichten verstanden.
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Für das Verständnis ist es nicht weiter relevant, doch es sei erwähnt, dass der Fachmann je nach Art der durchzuführenden Behandlung noch eine Vielzahl weiterer Parameter an einer Anlage einstellen kann.
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In einem nächsten Schritt wird die Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung eingestellt. Werden diesem Verfahrensschritt keine besonderen Parameter übergeben, wie insbesondere ein empirisch ermittelter Einstellwert für die Ausdehnung der Abschattungsfläche, so wird die Ausdehnung der Abschattungsfläche vorzugsweise auf eine mittlere Ausdehnung eingestellt, d.h. auf einen Wert zwischen minimaler und maximaler Ausdehnung, wodurch vorteilhafterweise bei Bedarf die Ausdehnung der Abschattungsfläche in beide Richtungen korrigiert werden kann, d.h. die Ausdehnung der Abschattungsfläche kann sowohl vergrößert als auch verkleinert werden.
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Im einem anschließenden Verfahrensschritt findet die eigentliche Behandlung der Substrate in der Anlage statt. Hierbei stellt die Anlage die im ersten Schritt einprogrammierten Prozessparameter ein und es erfolgt die Behandlung der Einzelschicht aus einem Material mit einem Brechungsindex von größer oder gleich 1,6 bestimmt bei einer Referenzwellenlänge von 550 nm.
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Durch Einstellen der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung im vorangegangenen Verfahrensschritt wird der Teilchenstrom, hier insbesondere der Fluss von Beschichtungsmaterial, ausgehend von einer Quelle durch die Querschnittsfläche beeinflusst, was bei Vergrößerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem geringeren Teilchenstrom und damit zu einer Verringerung der auf den Substraten abgeschiedenen physikalischen Schichtdicke der jeweiligen Einzelschicht führt und was bei Verringerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche zu einem höheren Teilchenstrom durch die Querschnittsfläche und damit zu einer Vergrößerung der auf den Substraten abgeschiedenen physikalischen Schichtdicke der jeweiligen Einzelschicht führt.
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In einem anschließenden Verfahrensschritt werden physikalische und/oder chemische und/oder mechanische Ist-Eigenschaften der Substrate ermittelt. Je nach durchgeführter Behandlung wählt der Fachmann ein geeignetes Mess- bzw. Bestimmungsverfahren zum Ermitteln physikalischer und/oder chemischer und/oder mechanischer Ist-Eigenschaften der Substrate aus.
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Vorzugsweise findet das Ermitteln von Ist-Eigenschaften nicht an allen auf der Haltevorrichtung der Anlage zur Behandlung angeordneten Substraten statt, sondern bevorzugt nur an einer Auswahl von Substraten, insbesondere an einem Substrat. Vorteilhafterweise wird aus Gründen von Kosten- und Zeitersparnis das Ermitteln nur an einer Auswahl von Substraten durchgeführt.
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Vorzugsweise weist die Haltevorrichtung mehrere Reihen bzw. Spalten bzw., insbesondere bei einer halbkugelförmigen Haltevorrichtung, mehrere Ringe mit entsprechenden Halteelementen auf, in denen Substrate angeordnet werden können. In diesem Fall ist es zweckmäßig aus jeder Reihe bzw. aus jeder Spalte bzw. aus jedem Ring ein Substrat auszuwählen, an welchem stellvertretend für die jeweilige Reihe bzw. die jeweilige Spalte bzw. den jeweiligen Ring die Ist-Eigenschaften ermittelt werden.
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Je nach durchgeführter Behandlung wird darunter zum Beispiel die Bestimmung einer Oberflächenenergie, eines Transmissions- oder Reflexionsspektrums, die mittels Oberflächenprofilometrie oder anderweitig, wie beispielsweise interferometrisch nach dem Tolansky-Verfahren, ermittelte Stapelhöhe der abgeschiedenen Beschichtung und/oder auch die Ermittlung von Farbwerten der Beschichtung in einem Farbraum, wie beispielsweise dem CIE-Lab-Farbraum, verstanden.
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Anschließend wird die Abweichung zwischen den gemessenen Ist-Eigenschaften und den im Rahmen der Behandlung zu erzielenden Soll-Eigenschaften berechnet. Der Fachmann wählt hier eine geeignete Methode, um die Abweichung zu berechnen.
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Entsprechend der berechneten Abweichung wird anschließend die Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung in der Anlage angepasst, d.h. die Ausdehnung der Abschattungsfläche wird auf einen neuen Wert eingestellt.
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Vorzugsweise lässt sich die Abweichung direkt mit einer einzustellenden Ausdehnung der Abschattungsfläche korrelieren. Vorteilhafterweise kann die Korrektur damit nicht nur phänomenologisch qualitativ stattfinden, d.h. es kann nur eine Aussage darüber getroffen werden, ob der Teilchenstrom zu vergrößern, d.h. die Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung zu verringern bzw. ob der Teilchenstrom zu verringern ist, d.h. die Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung zu vergrößern ist, sondern es kann ermittelt werden, um welchen Einstellwert die Ausdehnung der Abschattungsfläche anzupassen ist.
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Diese Anpassung stellt eine Optimierungsschleife dar. Ausgehend von der ermittelten Abweichung aus einem vorangegangenen Verfahrensturnus kann eine Korrektur durchgeführt werden, worunter insbesondere eine Optimierung des zu erzielenden Ergebnisses der Behandlung von Substraten zu verstehen ist. Mittels dieser Korrektur aus der, in einem vorangegangenen Verfahrensturnus ermittelten Abweichung wird versucht, durch gezieltes Verändern bzw. Korrigieren der Ausdehnung der Abschattungsfläche für einen nächsten Verfahrensturnus das Ergebnis der Behandlung zu optimieren.
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In anderen Worten stellt diese Anpassung sicher, dass für einen nächsten Verfahrensturnus mit einer neuen Anzahl von Substraten aus Kenntnis, der in einem vorangegangenen Verfahrensturnus ermittelten Abweichung eine entsprechende Korrektur der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung stattfindet, um das zu erzielende Ergebnis der Behandlung der Substrate kontinuierlich, d.h. von Verfahrensturnus zu Verfahrensturnus, zu optimieren. Im optimalen Fall ist die ermittelte Abweichung derart gering, dass keine Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche der Abschattungsvorrichtung stattzufinden hat.
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Bevorzugte Ausführungsformen werden nachstehend in den Figuren beschrieben. Es zeigen:
- - 1 eine Ausführungsform einer Abschattungsvorrichtung 1, deren Abschattungsfläche 10 aus einem unbeweglichen Teil 100 und einem in Bezug auf das unbewegliche Teil, beweglichen Teil 101 besteht,
- - 2 eine Ausführungsform einer Anlage 2 zur Behandlung von Substraten 30,
- - 3 eine weitere Ausführungsform einer Abschattungsvorrichtung 1, deren Abschattungsfläche 10 aus einem unbeweglichen Teil 100 und zwei, in Bezug auf das unbewegliche Teil, beweglichen Teile 101a, 101b besteht,
- - 4 eine weitere Ausführungsform einer Abschattungsvorrichtung 1, deren Abschattungsfläche 10 aus einem unbeweglichen Teil 100 und zwei, in Bezug auf das unbewegliche Teil, beweglichen Teile 101a, 101b besteht, wobei die beweglichen Teile 101a, 101b eine angepasste Randgeometrie 103 aufweisen,
- - 5 eine schematische Zeichnung eines Verfahrens zur Behandlung von Substraten 30,
- - 6 eine schematische Zeichnung eines Verfahrens zum Betreiben einer Anlage 2 zum Behandeln von Substraten,
- - 7 einen Vergleich zwischen Soll-Eigenschaften des Ergebnisses einer Behandlung (durchgezogene Linie), in dieser Ausführungsform ein Reflexionsspektrum, und Ist-Eigenschaften des Ergebnisses einer Behandlung (gestrichelte Linie), in dieser Ausführungsform ebenfalls ein Reflexionsspektrum.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Abschattungsvorrichtung 1 für eine Anlage 2, welche eine Abschattungsfläche 10 aufweist, welche ein unbewegliches Teil 100 und ein, in Bezug auf das unbewegliche Teil, bewegliches Teil 101 aufweist, wobei durch relative Bewegung des beweglichen Teils 101 in Bezug auf das unbewegliche Teil 100 die Abschattungsfläche 10 verändert wird. Diese Bewegung kann wahlweise manuell durch mechanisches Verschieben oder automatisiert durch einen Aktuator hydraulisch oder pneumatisch oder elektrisch erfolgen.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Anlage 2 zur Behandlung von auf einer Haltevorrichtung 20 anordenbaren Substraten 30. Eine Abschattungsvorrichtung 1 ist in der Anlage montiert. Eine bevorzugte Montageposition einer solchen Abschattungsvorrichtung 1 ist dabei in einer Ebene 21, welche zwischen einer Haltevorrichtung 20, auf welcher die zu behandelnden Substrate 30 angeordnet werden können, und zumindest einer Quelle 25, gelagert ist. Eine bevorzugte Montageposition zeichnet sich dadurch aus, dass die Abschattungsfläche 10 der Abschattungsvorrichtung 1 den Teilchenstrom, welcher ausgehend von zumindest einer Quelle 25 zu den auf der Haltevorrichtung 20 anordenbaren Substraten 30 durch eine Querschnittsfläche 22, aufgespannt aus den Schnittpunkten der direkten Verbindungslinien 23 von einer Quelle 25 zu den Substraten 30 zumindest teilweise unterbricht. Die Abschattungsvorrichtung 1 ist mit einem Haltelement 29 der Anlage 2 mittels einer Schraube als bevorzugtes Befestigungsmittel 28 verschraubt.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abschattungsvorrichtung 1, in welcher die Abschattungsfläche 10 aus genau zwei beweglichen Teilen 101a, 101 b und einem unbeweglichen Teil 100 gebildet wird. Die beiden beweglichen Teile 101 a, 101b sind in Bezug auf das unbewegliche Teil 100 beweglich und durch relative Bewegung wahlweise eines oder beider beweglichen Teile 101a, 101b wird die Ausdehnung der Abschattungsfläche 10 der Abschattungsvorrichtung 1 verändert, wobei diese relative Bewegung mechanisch durch manuelles Bewegen eines der beiden bzw. beider beweglichen Teile 101a, 101b der Abschattungsvorrichtung 1 in Bezug auf das unbewegliche Teil 100 erfolgt oder es erfolgt pneumatisch und/oder hydraulisch und/der elektrisch mittels eines Aktuators 14. Vorzugsweise ist die Abschattungsvorrichtung 1 mittels einer Schraube als bevorzugtes Befestigungsmittel 28, welches durch die Befestigungsöffnung 102 der Abschattungsvorrichtung 1 geführt wird, mit einem Halteelement 29 der Anlage 2 verschraubt.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Abschattungsvorrichtung 1, in welcher die beweglichen Teile 101a, 101b eine Randgeometrie 103 aufweisen, welche ausgehend von einer rechteckigen Form, hier dargestellt als gepunktete Linie, angepasst wurden, um eine homogenere Behandlung auf den auf der Haltevorrichtung 20 anordenbaren Substraten 30 zu erzielen, welche abhängig von ihrer Position auf der Haltevorrichtung 20 unterschiedliche Abstände zu einer Quelle 25 besitzen und so, insbesondere im Falle einer während der Behandlung rotierenden Haltevorrichtung, eine unterschiedliche Exposition erfahren würden. Durch geeignete Anpassung der Randgeometrie 103 kann der Abschattungsgrad der Abschattungsvorrichtung 1 entsprechend auf die Position der Substrate angepasst werden.
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Ein Verfahren zur Behandlung von Substraten 30 in einer Anlage 2 ist in 5 schematisch gezeigt. Das Verfahren besteht dabei aus einem ersten Verfahrensschritt S102, welcher das Einstellen der Ausdehnung der Abschattungsfläche 10 der Abschattungsvorrichtung 1 umfasst. Anschließend erfolgt als zweiter Verfahrensschritt S104 das Durchführen einer Behandlung der Substrate 30. Dies kann zum einen eine Behandlung im Sinne einer Oberflächenbehandlung, d.h. eine Oberflächenmodifikation durch energetische und/oder reaktive Spezies sein oder zum anderen eine Behandlung sein, welche sich dadurch auszeichnet, dass nach erfolgter Behandlung eine Einzelschicht und/oder mehrere aufeinander folgende Einzelschichten auf den Substraten 30 abgeschieden bzw. beschichtet bzw. aufgebracht wurden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch Veränderung der Ausdehnung der Abschattungsfläche 10 der Abschattungsvorrichtung 1 das Ergebnis der Behandlung der Substrate 30 beeinflusst wird.
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In 6 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Behandlung von Substraten schematisch dargestellt. Im Rahmen des Verfahrens wird ein korrektiver Behandlungsprozess implementiert, in welchem als letzter Schritt eines jeden Verfahrensturnus eine Abweichung zu einem Soll-Wert berechnet und davon ausgehend eine Korrektur ermittelt wird, welche dann für einen nächsten Verfahrensturnus berücksichtigt wird.
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In 7 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren für einen korrektiven Behandlungsprozess gezeigt. Dargestellt sind die zu erwartenden Soll-Eigenschaften als Ergebnis einer Behandlung eines Substrates, welches in dieser Ausführungsform das Versehen von Substraten mit einer Antireflex-Beschichtung umfasst, weshalb die Soll-Eigenschaften als Ergebnis der Behandlung folglich ein Soll-Reflexionsspektrum darstellen (durchgezogene Linie, bezeichnet als „Target“). Als Vergleich dazu ist ein Ist-Reflexionsspektrum (gestrichelte Linie, bezeichnet als „Run 1“) gezeigt, welches die als Ergebnis der Behandlung erhaltenen Ist-Eigenschaften darstellt. Die berechnete Abweichung zwischen Soll- und Ist-Reflexionsspektrum geht als Korrekturgröße hervor und wird zur Einstellung der Ausdehnung der Abschattungsvorrichtung für einen nächsten Verfahrensturnus berücksichtigt.
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Nachfolgend wird das Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Behandlung von Substraten, insbesondere unter Bezugnahme auf die 6 und 7, erläutert. Im vorliegenden Fall umfasst die Behandlung das Beschichten der Substrate 30 mit einer Antireflex-Beschichtung, d.h. mit einem optischen Mehrlagen-Schichtsystem, welches den Substraten 30 eine verminderte Reflexionsfähigkeit verleiht, d.h. das Ergebnis der Behandlung ist das Versehen der Substrate 30 mit einer Antireflex-Beschichtung, welches durch Aufnahme eines Reflexionsspektrums ermittelt werden kann.
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Bei der Anlage 2 handelt es sich um eine Vakuum-Beschichtungsanlage (Leybold-Bühler Modell 904) mit einer halb-kugelförmigen Haltevorrichtung 20, auf welcher Substrate 30 in Halteelementen platziert werden können, wobei diese Halteelemente in fünf Ringen um den Mittelpunkt der Haltevorrichtung angeordnet sind. Die Anlage 2 ist mit einer Abschattungsvorrichtung 1 versehen, welche derart in der Anlage 2 montiert ist, dass sich die veränderliche Abschattungsfläche 10 der Abschattungsvorrichtung 1 in der Querschnittsfläche 22 befindet und eine teilweise Abschattung des Teilchenstroms herbeiführt. Bei den Substraten 30 handelt es sich um Brillengläser aus Kunststoff mit einem Brechungsindex von 1,598 bestimmt bei einer Referenzwellenlänge von 550 nm.
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Es kann vorteilhaft sein, die Kunststoff-Substrate 30 vor Aufbringen einer Beschichtung mit einer Kratzschutzschicht zu versehen. Der Fachmann kennt hier geeignete Mittel und Verfahren, um eine solche Kratzschutzschicht aufzubringen. Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, vor der eigentlichen Beschichtung eine Aktivierung der Oberfläche der Substrate 30 durch Behandlung mit einem Plasma durchzuführen, um die Haftung der anschließenden Antireflex-Beschichtung auf den Substraten 30 zu verbessern. Auch hier kennt der Fachmann entsprechende Einstellwerte zur Durchführung einer solchen Plasmabehandlung in einer Anlage 2.
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Die im Rahmen der Behandlung aufzubringende Antireflex-Beschichtung besteht aus jeweils zwei alternierenden, aufeinander folgenden hoch- und niederbrechenden Einzelschichten, wobei die hochbrechenden Einzelschichten aus Ta2O5 bestehen und einen Brechungsindex von 2,018 bestimmt bei einer Referenzwellenlänge von 550 nm aufweisen. Die niederbrechenden Einzelschichten bestehen aus Si02 und weisen einen Brechungsindex von 1,460 bestimmt bei einer Referenzwellenlänge von 550 nm auf. Sowohl die hoch- als auch die niederbrechenden Einzelschichten werden mittels Elektronenstrahl-Verdampfung aufgebracht. Hierzu wird Beschichtungsmaterial in ein entsprechendes Aufnahmeelement in der Anlage 2 gegeben, welches dann mittels eines Elektronenstrahls, welcher aus einer Elektronenstrahlquelle 25 bereitgestellt wird, zur Verdampfung gebracht wird. Verdampfendes Material verlässt die Quelle 25 und erreicht die zur Behandlung auf der Haltevorrichtung 20 angeordneten Substrate 30 über die Querschnittsfläche 22. Ferner weist die Anlage 2 noch als weitere Quelle 25 eine Plasmaquelle auf, mit welcher ein Plasma erzeugt werden kann. Während die niederbrechenden Einzelschichten konventionell, d.h. ohne Gegenwart eines Plasmas beschichtet werden, erfolgt die Beschichtung der hochbrechenden Einzelschichten in Gegenwart eines Argon-Sauerstoff-Plasmas.
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Als abschließende und äußerste Schicht der Beschichtung wird eine hydrophobe und/oder oleophobe Pflegeschicht aufgebracht, welche den Substraten 30 eine schmutzabweisende Wirkung, gepaart mit verbesserter Putzbarkeit verleiht. Die Beschichtung dieser Pflegeschicht erfolgt mittels eines thermischen Verdampfers als eine weitere Quelle 25, in welcher ein entsprechendes Beschichtungsmaterial verdampft wird durch Einleiten eines hohen elektrischen Stroms und der, an dem elektrischen Widerstand abfallenden elektrischen Wärmeleistung. Eine Verdampfung des Beschichtungsmaterials der Pflegeschicht mittels Elektronenstrahl scheidet aus, da die Pflegeschicht insbesondere aus fluorhaltigen Molekülketten besteht, welche bei Applikation eines Elektronenstrahls dissoziieren würden.
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Der Aufbau der Beschichtung ist wie in Tabelle 1 dargestellt. Die Tabelle ist so zu lesen, dass ausgehend von einem zu beschichtenden Substrat 30 die einzelnen Schichten wie in der Tabelle dargestellt, sukzessive aufeinanderfolgenden beschichtet werden. Die als erste hochbrechende Schicht bezeichnete erste Einzelschicht bestehend aus Ta2O5 ist demnach die erste Einzelschicht, welche im Rahmen der Behandlung auf die Substrate 30 beschichtet wird. Tabelle 1: Aufbau einer Beschichtung zum Erhalt eines reflexionsvermindernden Kun ststoffsu bstrates
| Bezeichnung | Material | Brechungsindex n bei Wellenlänge 550 nm | Physikalische Schichtdicke in nm |
| Erste hochbrechende Schicht | Ta2O5 | 2,018 | 12 |
| Erste niederbrechende Schicht | SiO2 | 1,460 | 18 |
| Zweite hochbrechende Schicht | Ta2O5 | 2,018 | 115 |
| Zweite niederbrechende Schicht | SiO2 | 1,460 | 80 |
| Pflegeschicht | Fluorhaltige Substanz | 1,299 | 8 |
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Dazu wurde in einem ersten Schritt S100 die in Tabelle 1 gezeigte Beschichtungsabfolge in der Anlage 2 einprogrammiert. Dazu wurde ein Beschichtungsprozess an der Anlage 2 programmiert, welcher die Substrate 30 als erste Schicht mit einer Ta2O5-Schicht mit einer physikalischen Schichtdicke von 12 nm Ta2O5 beschichtet. Anschließend folgt eine SiO2-Schicht mit einer physikalischen Schichtdicke von 18 nm. Darauf folgt wieder eine hochbrechende Ta2O5-Schicht mit einer physikalischen Schichtdicke von 115 nm und anschließend eine SiO2-Schicht mit einer physikalischen Schichtdicke von 80 nm. Abschließend wird noch eine Pflegeschicht mit einer physikalischen Schichtdicke von 8 nm aufgebracht.
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Anlagenspezifische Parameter wie beispielsweise die jeweiligen Parameter zum Betreiben der einzelnen Quellen (Elektronenstrahlquelle, Plasmaquelle, thermischer Verdampfer) werden hier bewusst ausgelassen, da sie explizit von den jeweils verbauten Aggregaten abhängig sind und zum weiteren Verständnis der Erfindung nicht beitragen. Ein Fachmann kennt typische Einstellwerte oder kann sich bei Unkenntnis entsprechend informieren.
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In einem nächsten Verfahrensschritt S102 wurde die Ausdehnung der Abschattungsfläche 10 der Abschattungsvorrichtung 1 auf einen mittleren Wert eingestellt, d.h. auf einen Wert, der mittig zwischen der minimalen Ausdehnung und der maximalen Ausdehnung liegt.
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Anschließend wurden die zu beschichtenden Substrate 30 auf der Haltevorrichtung 20 der Anlage 2 angeordnet und es wurde als nächster Verfahrensschritt S104 die Beschichtung mit dem im ersten Verfahrensschritt S100 einprogrammierten Beschichtungsprozess zur Durchführung einer Behandlung der Substrate 30 an der Anlage 2 gestartet.
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Nach erfolgter Beschichtung wurde im nächsten Verfahrensschritt S106 ein Substrat ausgewählt, von welchem mittels eines Spektrometers (PerkinElmer Lambda 1050) in einem Wellenlängenintervall zwischen 300 und 800 nm ein Reflexionsspektrum des beschichteten Substrats aufgenommen wurde. Dies ist in 7 als gestrichelte Linie mit der Bezeichnung „Run 1“ dargestellt.
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Das aufgenommene Reflexionsspektrum, sprich die Ist-Eigenschaften des Substrates, wurde zunächst mit dem zu erzielenden Reflexionsspektrum, sprich den Soll-Eigenschaften, verglichen. Die Soll-Eigenschaften sind als durchgezogene Linie mit der Bezeichnung „Target“ in 7 dargestellt. Es war ersichtlich, dass das auf den Substraten 30 aufgebrachte optische Schichtsystem in den langwelligen Bereich, d.h. zu größeren Wellenlängen hin, verschoben war. Folglich musste die Ausdehnung der Abschattungsfläche 10 zur Korrektur vergrößert werden, um eine größere Abschattung zu erreichen.
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Zur Ermittlung der Differenz im Verfahrensschritt S108 zwischen Soll- und Ist-Eigenschaften wurden die Lagen des lokalen Maximums im Wellenlängenintervall zwischen 480 und 540 nm zwischen Soll- und Ist-Eigenschaften verglichen. Die Soll-Reflexionskurve weist ein lokales Maximum mit einem Reflexionswert von etwa 0,86 % bei einer Wellenlänge von etwa 496 nm auf. Die Ist-Reflexionskurve hingegen weist ein lokales Maximum mit einem Reflexionswert von etwa 0,86 % bei einer Wellenlänge von etwa 506 nm auf. Die Lage des lokalen Reflexionsmaximums der Ist-Reflexionskurve ist demnach um 2 % verschoben in Bezug auf die Soll-Reflexionskurve, bezogen auf die jeweiligen Wellenlängen-Werte des lokalen Maximums in den entsprechenden Reflexionskurven.
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Entsprechend der ermittelten Abweichung wurde dann als Korrektur für einen nächsten Verfahrensturnus als nächster Schritt S102 die Ausdehnung der Abschattungsfläche 10 der Abschattungsvorrichtung 1 in der Anlage 2 angepasst. Da die Abschattungsfläche im konkreten Beispiel eine Ausdehnung von etwa 20 cm betrug, wurde die Ausdehnung entsprechend angepasst und um ca. 2 % vergrößert, was in etwa einer Vergrößerung der Ausdehnung der Abschattungsfläche 10 um etwa 0,5 cm entsprach.
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Durch entsprechende Korrektur der Ausdehnung der Abschattungsfläche 10 der Abschattungsvorrichtung 1 wird aus der in einem vorangegangenen Verfahrensturnus ermittelten Abweichung S108, sprich eines Fehlers, eine Korrektur, sprich eine Abstellmaßnahme, ermittelt und in Schritt S102 etabliert, welche dazu führt, dass in einem nächsten Verfahrensturnus eine optimierte, sprich verbesserte Behandlung der Substrate stattfindet. Auf diese Weise wird ein optimiertes Behandlungsverfahren implementiert.
