DE19541236A1

DE19541236A1 - Vorrichtung zum Beschichten der Oberflächen von als Rotationskörper ausgeformten Substraten

Info

Publication number: DE19541236A1
Application number: DE1995141236
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Braeuer; Reiner Kukla; Ralf Faber
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 1997-05-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Be schichten der Oberflächen von als Rotationskörper ausgeformten Substraten durch Kathodenzerstäubung mit Hohlkathoden nach dem Magnetron-Prinzip, mit jeweils einem hohlzylindrischen Kathodengrundkör per, in dem ein hohles Target mit einer zylindri schen Zerstäubungskathode und einer zylindrischen Außenfläche angeordnet ist.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Durchführung va kuumtechnischer Prozesse in magnetfeldverstärkten elektrischen Entladungen (DD 1 23 952), bestehend aus einer magnetfelderzeugenden Einrichtung und einem Target mit negativem Potential und einer An ode, zwischen denen die elektrische Entladung brennt, wobei die magnetfelderzeugende Einrichtung mit ihren Polschuhen ringförmig und konzentrisch zur Kathode ausgebildet ist und entsprechend dem durchzuführenden vakkumtechnologischen Prozeß im Inneren des rohrförmigen Targets oder außen herum angeordnet ist und in Achsenrichtung begrenzte, imhomogene, torusförmige Magnetfelder erzeugt, de ren Hauptfeldrichtung im Bereich des Targets par allel zu dessen Achsenrichtung gerichtet ist, wo bei die Anode bei Anordnung der magnetfelderzeu genden Einrichtung im Target dieses rohrförmig um gibt und bei Anordnung um das Target in diesem als Rohr oder Vollmaterial angeordnet ist, wobei die magnetfelderzeugende Einrichtung, das rohrförmige Target und die Anode relativ zueinander bewegbar sind.

Bekannt ist weiterhin (DE 38 44 064) eine Kathoden zerstäubungsvorrichtung mit einer Hohlkathode nach dem Magnetron-Prinzip mit einem mindestens einen Kühlkanal aufweisenden Kathodengrundkörper mit ei ner inneren zylindrischen Aufnahmefläche für ein hohles Target mit einer inneren, gleichfalls im wesentlichen zylindrischen Zerstäubungsfläche und einer zylindrischen Außenfläche, mit einem den Ka thodengrundkörper außen umgebenden Magnetsystem mit Magnetpolen für die Erzeugung eines rotations symmetrischen, auf dem Umfang und über der Zer stäubungsfläche geschlossenen Tunnels aus magneti schen Feldlinien mit mindestens einer zur Zerstäu bungsfläche im wesentlichen koaxialen und außer halb des von der Zerstäubungsfläche umschlossenen Raumes liegenden Anode und mit einem koaxial durch das Target und mindestens eine Anode hindurchge führten Transportweg für ein zu beschichtendes Substrat, wobei der Kühlkanal in Richtung auf das Target durch eine zum Kathodengrundkörper gehören de Wand mit zylindrischer Innenfläche dicht abge schlossen ist, das rohrförmige Target mit derart engem Spiel axial in die zylindrische Innenfläche der Wand eingeschoben ist, daß das Target späte stens bei Erreichen seiner Betriebstemperatur im Wärmeschluß an der Wand anliegt, das Magnetsystem aus einem rotationssymmetrischen, zum Target kon zentrischen, mit radial einwärts gerichteten Per manentmagneten besetzten Magnetjoch besteht und ringförmig geschlossene Polflächen entgegengesetz ter Polarität (N, S) aufweist, von denen die einen Polflächen (N) in Achsrichtung diesseits und die anderen Polflächen (S) in Achsrichtung jenseits der Stirnflächen des Targets und in radialer Rich tung auf einem Radius liegen, der gleich oder grö ßer ist als der Radius der Zerstäubungsfläche und wobei das Magnetsystem durch Isolierabstände auf einem gegenüber dem Target und dem Kathodengrund körper einerseits und dem Anodenpotential anderer seits frei einstellbaren ("floatenden") Potential haltbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeig net ist, Substrate, die als Rotationskörper ausge bildet sind, beispielsweise Glaskolben, mit einer Vielzahl von Schichten zu versehen, wobei das Schichtpaket aus Wechselschichten gebildet sein soll.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst mit mindestens zwei Hubarmen, deren Längsachsen sich parallel der Rotationsach sen der Hohltargets erstrecken und deren den Hohl targets zugewandte Enden jeweils Greifer zum Hal ten der Substrate aufweisen, wobei die Hubarme mit ihren den Greifern abgewandten Enden an einer ra dial äußeren Partie einer rotierbar gelagerten und motorisch bewegbaren Scheibe oder eines mehrarmig bewegbaren Balkens angelenkt sind, wobei die mit der Scheibe oder dem Balken drehfest verbundene, sich parallel zu den Rotationsachsen erstreckende Scheiben- oder Balkenachse motorisch angetrieben ist und die Hubarme gegenüber der Rotatinsachse der Scheibe oder des Balkens lotrecht motorisch verstellbar sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale sind in den Schutzansprüchen näher beschrieben und gekenn zeichnet.

Die Neuerung läßt die verschiedensten Ausführungs möglichkeiten zu; eine davon ist in der anhängen den Zeichnung rein schematisch näher dargestellt, die eine Vorrichtung zum Beschichten von Glaskol ben in perspektivischer Ansicht zeigt.

Die Vorrichtung weist einen zweiarmigen Balken 12 auf, der über einen Kurbelarm 24 am Deckel der Va kuumkammer (nicht dargestellt) in Pfeilrichtung G bzw. H schwenkbar gelagert ist. Der Balken 12 ist dazu drehfest mit der Welle 13 eines Motors 18 verbunden, der seinerseits über den Flansch 21 mit dem Kurbelarm 24 verschraubt ist. Der Balken 12 weist an seinen beiden freien Enden rechteckige Öffnungen 25, 26 auf, die durch die als Zahnstangen ausgebildeten Hubarme 8, 9 hindurchgeführt sind, wobei die Hubarme 8, 9 mit Ritzeln 16, 17 im Ein griff stehen, die auf den Motorwellen der Hubmoto re 14, 15 fest angeordnet sind. Die Hubarme 14, 15 sind an ihren unteren Enden mit Greifern 10, 11 verbunden, die mit Hilfe der Elektromagnete 19, 20 betätigbar sind. Oberhalb der Elektromagnete 19, 20 befindet sich jeweils ein Drehgelenk 22, 23, in dem jeweils ein Antriebsmotor integriert ist, so daß die Greifer 10, 11 mit ihren Betätigungsmagneten 19, 20 jeweils um die Längsachse des Hubarms 8, 9 in Pfeilrichtung E bzw. F drehbar sind. Die Greifer 10, 11 halten im dargestellten Fall Substrate 2, 3 in Gestalt von Glaskolben, und zwar jeweils in ei ner Position oberhalb einer Hohlkathode 4 bzw. 5. Für den Beschichtungsvorgang werden die Motore 14, 15 angesteuert, die dann die Zahnstangen bzw. Hubarme 8, 9 in Pfeilrichtung nach unten bewegen, wobei die Substrate 2, 3 in den von den Targets 6 bzw. 7 umschlossenen Kathodenraum abgesenkt wer den. Während des anschließenden Beschichtungsver fahrens können die Substrate 2, 3 mit Hilfe der Ge lenk-Motoren 22, 23 um die Achsen r₁, r₂ gedreht wer den, so daß sich eine gleichmäßige Beschichtung auf den Außenflächen der Substrate 2, 3 einstellt. Es ist klar, daß die Targets 6 bzw. 7 aus unter schiedlichen Materialien bestehen können, so daß die Substrate 2, 3 durch Anheben in Pfeilrichtung A, anschließendes Verschwenken mit Hilfe des Mo tors 18 in Pfeilrichtung C oder D und anschließen des Absenken in Pfeilrichtung B nacheinander von unterschiedlichen Hohlkathoden 4, 4′, 5, 5′ beschich tet werden können.

Es ist ferner klar, daß an Stelle der in der Zeichnung dargestellten vier Hohlkathoden 4, 4′, 5, 5′ auch sechs oder mehr Hohlkathoden im Schwenkbereich des Balkens 12 mit Hubarmen 8, 9 vorgesehen sein können. Schließlich ist klar, daß auch eine zweite Gruppe von Kathoden neben der in der Zeichnung dargestellten Vier-Kathoden-Gruppe vorgesehen sein kann, wozu dann der Balken 12 mit Hilfe des Kurbelarms 24 in eine zweite oder dritte Position bringbar ist.

Bezugszeichenliste

2 Substrat
3 Substrat
4, 4′, . . . Hohlkathode
5, 5′, . . . Hohlkathode
6, 6′, . . . Hohltarget
7, 7′, . . . Hohltarget
8 Hubarm
9 Hubarm
10 Greifer
11 Greifer
12 Balken
13 Achse, Motorwelle
14 Motor
15 Motor
16 Ritzel
17 Ritzel
18 Schwenkmotor
19 Elektromagnet
20 Elektromagnet
21 Flansch
22 Drehgelenk
23 Drehgelenk
24 Kurbelarm

Claims

1. Vorrichtung zum Beschichten der Oberflächen von als Rotationskörper ausgeformten Substra ten (2, 3) durch Kathodenzerstäubung, mit Hohlkathoden (4, 5) nach dem Magnetron-Prinzip mit jeweils einem hohlzylindrischen Kathoden grundkörper, in dem ein hohles Target (6, 7) mit einer zylindrischen Zerstäubungskathode und einer zylindrischen Außenfläche angeord net ist, und mit mindestens zwei Hubarmen (8, 9), deren Längsachsen sich parallel der Rotationsachsen (r₁, r₂) der auf einem Kreisbo gen in einer Gruppe angeordneten Hohltargets (6, 7) erstrecken und deren den Hohltargets (6, 7) zugewandte Enden jeweils Greifer (10, 11) zum Halten der Substrate (2, 3) auf weisen, wobei die Hubarme (8, 9) mit ihren den Greifern (10, 11) abgewandten Enden an einer radial äußeren Partie einer rotierbar gela gerten und motorisch bewegbaren Scheibe oder eines mehrarmigen Balkens (12) angelenkt sind, wobei die mit der Scheibe oder dem Bal ken (12) drehfest verbundene, sich parallel zu den Rotationsachsen (r₁,r₂) erstreckende Scheiben- oder Balkenachse (13) motorisch an getrieben ist und die Hubarme (8, 9) gegenüber der Bewegungsebene der Scheibe oder des Bal kens (12) in vertikaler Richtung motorisch verstellbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die an der radial äußeren Par tie der Scheibe oder des Balkens (12) ange ordneten Hubarme (8, 9) als lotrecht zur Ebene der Scheibe oder des Balkens (8, 9) verschieb bare Teleskoparme oder als Gewindespindeln oder Zahnstangen ausgebildet sind, die mit an der Scheibe oder dem Balken (13) drehbar ge lagerten Gewindemuttern oder Ritzeln zusam menwirken und mit Motoren (14, 15) gekuppelt sind, die je nach Bewegungsrichtung (A bzw. B) der Hubarme (8, 9) die Gewindemuttern oder Ritzel (16, 17) im einen oder anderen Drehsin ne antreiben.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, daß die Scheibe oder der Balken (12) mit der Welle (13) eines ortsfest gehaltenen Motors (18) drehfest ver bunden ist, wobei das Gehäuse des Motors (18) an der Wand der Prozeßkammer abgestützt ist oder vice versa.

4. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprü chen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Viel zahl von zu einer Gruppe zusammengefaßten Hohlkathoden (4, 4′, . . .; 5, 5′, . . .) gleichmäßig auf einem Kreisbogen verteilt vorgesehen sind, wobei die einander jeweils gegenüber liegend angeordneten Hohlkathoden (4, 5 bzw. 4′, 5′) mit Targets (6, 7 bzw. 6′, 7′) aus un terschiedlichen Werkstoffen ausgestattet sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß jeder Hubarm (8, 9) an seinem der Hohlkathode (4, 5, . . . ) zugekehrten Ende gabel förmig ausgeformt ist, wobei jeder der ein zelnen Zinken oder Gabelarme mit einem eige nen Greifer (10, 11, . . . ) ausgestattet ist, wo bei jeder der Hubarme gleichzeitig mehrere Substrate (2, 3, . . . ) hält und führt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hubarm (8, 9) mit einem den Greifer (10, 11) betätigenden Motor, beispielsweise einem Elek tromagneten (19, 20) mit Kraftübertragungs glied, ausgestattet ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Drehbewegung (in Pfeilrichtung C oder D) der Scheibe oder des Balkens (12) in einzelnen, von Pausen unterbrochenen Bewe gungsschritten erfolgt, wobei jeder Bewe gungsschritt jedes von den Hubarmen (8, 9) ge haltene Substrat (2, 3) zur nächstfolgenden Hohlkathode (4, 5 bzw. 4′, 5′) fördert, wobei jedem Bewegungsschritt ein Absenken der Substrate (in Pfeilrichtung B) folgt und ein Anheben (in Pfeilrichtung A) vorausgeht.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß zwischen Motorwelle (13) und der Scheibe oder dem Balken (12) oder zwischen Motorgehäuse (18) und dem Befestigungsflansch (21) eine Hubeinrichtung angeordnet ist, die eine Verstellung der Scheibe oder des Balkens (12) in lotrechter Richtung (A oder B) ge stattet.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Greifer (10, 11) mit den Hubarmen (8, 9) über Lager oder Gelenke (22, 23) verbun den sind, die ein Drehen der Greifer (10,11) um die Längsachsen der Hubarme (in Pfeilrich tung E, F) gestatten.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Flansch (21) über einen Kurbel arm (24) am Deckel der Vakuumkammer gehalten ist, der ein Verschwenken der gesamten Vor richtung aus dem Bereich einer Gruppe von Hohlkathoden (4, 4′, . . .; 5, 5′, . . .) in den Be reich einer anderen Gruppe von Hohlkathoden ermöglicht.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Kathoden einer Gruppe von auf einem Kreisbogen angeordneten Kathoden, die jeweils benachbart sind, mit Targets aus ver schiedenen Werkstoffen versehen sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die die Hubarme (8, 9) bewegenden Mo tore (14, 15) zu unterschiedlichen Zeiten an gesteuert werden, so daß die Verweilzeiten der Substrate (2, 3) in den Kathoden (4, 5, . . . ) unterschiedlich bemessen sind.