DE202018006292U1

DE202018006292U1 - Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten

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Publication number: DE202018006292U1
Application number: DE202018006292.8U
Authority: DE
Original assignee: Rodenstock GmbH
Current assignee: Rodenstock GmbH
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2028-08-08

Abstract

Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten, wobei die Vielzahl von Substraten (S, S, S, ... S) auf einer Halteeinrichtung (H) angeordnet werden, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungsquelle (Q, Q, ... Q) aufweist, wobei die Halteeinrichtung (H) die Vielzahl von Substraten (S, S, S, ... S) so haltert, dass sie von der Beschichtungsquelle (Q, Q, ... Q) aus in einer direkten Linie beschichtet werden können, wobei durch einen einstellbaren, im Wesentlichen horizontalen Shutter (SH, SH, SH... SH) ausgewählt werden kann, welche Substrate der Vielzahl von Substraten (S, S, S... S) beschichtet werden kann, wobei der im Wesentlichen horizontalen Shutter (SH, SH, SH... SH) die direkte Linie zwischen Substrat und Beschichtungsquelle statisch während der Beschichtung unterbricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten.
Hintergrund der Erfindung
Linsen und Gläser, allgemeiner als Substrate bezeichnet, werden aus zahlreichen Gründen mit Beschichtungen versehen. Dabei werden Linsen als transparente Elemente mit Abbildungseigenschaften und Gläser allgemein als transparente Elemente ohne Abbildungseigenschaften, z.B. Flachgläser, Displays, etc. verstanden. Eine beispielhafte Beschichtung ist eine Antireflex-Beschichtung. Solche Beschichtungen werden häufig in Beschichtungsanlagen vorgenommen. Dort werden die zu beschichtenden Substrate auf einem Halter aufgebracht.
Für Beschichtungen selbst ist es notwendig entsprechende atmosphärische Bedingungen zu schaffen. Hierzu wird die Beschichtungsanlage zunächst evakuiert und gegebenfalls wird für einen PVD/CVD-Prozess (Physical Vapour Deposition (engl.) physikalische Gasphasenabscheidung; chemical vapour deposition (engl.), CVD chemische Gasphasenabscheidung) ein Gas- oder Gasgemisch zugeführt.
Anschließend wird durch geeignete (Beschichtungs-) Techniken wie Sputtern, PVD, CVD, etc. Material von einer Quelle hin zu den Substraten befördert.
Sowohl der Evakuierungsschritt als auch der Beschichtungsschritt sind zeitaufwändig. Beispielsweise muss für den Evakuierungsschritt ein Zeitraum von circa 25 min eingeplant werden. Für einen beispielhaften Beschichtungsschritt müssen weitere 30-35 min eingeplant werden. Zur Entnahme der beschichteten Substrate muss die Beschichtungsanlage belüftet werden. Um die Beschichtungen nicht zu beschädigen muss bei der anschließenden Belüftung der Beschichtungsanlage, d.h. dem Einströmen von Gas bis der Umgebungsdruck erreicht ist, ebenfalls ein Zeitraum von circa 10 min eingeplant werden.
Im Vergleich dazu sind die Schritte des Bestückens und Entnehmens von Substraten zeitlich untergeordnet.
Werden nun aber vergleichsweise kleine Mengen von Substraten mit unterschiedlichen Beschichtungen benötigt, so muss für jeden Typ der Beschichtung ein eigener Vorgang gestartet werden. D.h. unterschiedliche Beschichtungen können nur nacheinander oder parallel in verschiedenen Beschichtungsanlagen hergestellt werden. Während die erste Lösung zeitlich unattraktiv ist, ist die zweite Lösung sehr teuer, da eine Vielzahl von Beschichtungsanlagen angeschafft werden müssten.
Ausgehend von dieser Situation ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt eine Vielzahl von Substraten mit unterschiedlichen Beschichtungen in zeitlich verbesserter und somit kostengünstigerer Weise zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten, wobei die Vielzahl von Substraten auf einer Halteeinrichtung angeordnet werden, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungsquelle aufweist, wobei die Halteeinrichtung die Vielzahl von Substraten so haltert, dass sie von der Beschichtungsquelle aus in einer direkten Linie beschichtet werden können, wobei durch einen einstellbaren im Wesentlichen horizontalen Shutter ausgewählt werden kann, welche Substrate der Vielzahl von Substraten beschichtet werden kann, wobei der im Wesentlichen horizontalen Shutter die direkte Linie zwischen Substrat und Beschichtungsquelle statisch während der Beschichtung unterbricht.
Mittels der Erfindung ist es nunmehr möglich eine Vielzahl von Substraten mit unterschiedlichen Beschichtungen in zeitlich verbesserter und somit kostengünstiger Weise zur Verfügung zu stellen.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann der Shutter innerhalb der Vorrichtung gedreht werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Zahl der ausgewählten Substrate veränderlich.
D.h. Substrate können selektiv (zeitlich als auch räumlich) abgeschirmt werden. Hierdurch wird die Flexibilität erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Zahl der ausgewählten Substrate unter Vakuum veränderlich.
D.h. im Laufe des Prozesses können Substrate selektiv (zeitlich als auch räumlich) abgeschirmt werden. Hierdurch wird die Flexibilität weiter erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der im Wesentlichen horizontalen Shutter von einem Antrieb gedreht werden.
Hierdurch kann eine zeitlich abgestimmte Bewegung der einzelnen Teile in einem Gehäuse als auch gegeneinander zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind an dem im Wesentlichen horizontalen Shutter und der Halteeinrichtung Positionierungselemente angeordnet.
Mittels dieser Elemente kann sichergestellt werden, dass bestimmte Relativpositionen zueinander unabhängig von einer Bewegung erreicht und gehalten werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt der im Wesentlichen horizontalen Shutter relativ zu einem Substrat zumindest eine teilweise Überdeckung bereit, sodass zumindest für die teilweise überdeckten Teile die direkte Linie zwischen dem Substrat und der Beschichtungsquelle unterbrochen ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung weiterhin einen vertikalen Shutter auf, wobei der vertikale Shutter in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zur Drehachse des horizontalen Shutters ist, wobei der vertikale Shutter zwischen den Beschichtungsquellen und der Vielzahl von Substraten angeordnet ist.
Durch den vertikalen Shutter kann eine bessere Abschirmung gegenüber einer nichtgewünschten Beschichtung eines Substrates durch mehrere Beschichtungsquellen als auch ein paralleles Beschichten von unterschiedlichen Substraten ermöglicht werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der vertikale Shutter in einer Ebene angeordnet, die die Drehachse des horizontalen Shutters aufweist.
Hierdurch kann eine mechanisch einfache Konstruktion zur Verfügung gestellt werden.
In noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der vertikale Shutter segmentartig aufgebaut.
Durch einen segmentartigen Aufbau kann der Shutter gezielt eingesetzt werden, z.B. geöffnet, partiell geöffnet, geschlossen, sodass nach Bedarf eine volle oder teilweise Abschirmung oder keine Abschirmung bereitgestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der vertikale Shutter in der Ebene Aussparungen auf.
Mittels der Aussparungen kann in gleicher Weise wie zuvor bei den Segmenten alternativ oder zusätzlich nach Bedarf eine volle oder teilweise Abschirmung oder keine Abschirmung bereitgestellt werden.
In noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können im Betrieb zwei oder mehr der Beschichtungsquellen aktiv verwendet werden.
Hierdurch kann die Betriebszeit optimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Verteilerblende mit einer ringförmigen Öffnung auf, die über einer der Beschichtungsquellen angeordnet ist.
Hierdurch kann die Homogenität der Beschichtung auf einem Substrat beeinflusst werden.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Halteeinrichtung ein Kalottensegment.
D.h. auch herkömmliche Beschichtungsanlagen können ohne weiteres nachgerüstet werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtungsquelle eine Sputterquelle
D.h. auch herkömmliche Beschichtungsanlagen können ohne weiteres nachgerüstet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Halteeinrichtung,
2 eine schematische Darstellung eines im Wesentlichen horizontalen Shutters gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung von Positionierungselementen gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
4 eine schematische Darstellung von Drehachsen und Verrastungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
5 eine schematische Darstellung einer Halteeinrichtung und eines im Wesentlichen horizontalen Shutters gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Seitenriss
7 eine schematische Darstellung eines vertikalen Shutters gemäß Ausführungsformen der Erfindung, und
8 eine weitere schematische Darstellung eines vertikalen Shutters gemäß Ausführungsformen der Erfindung in einer Draufsicht.

Ausführliche Beschreibung
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl N von Substraten S₁ , S₂ , S₃ , ... S_N zur Verfügung gestellt. Die genaue Anzahl N ist dabei für das Verständnis der Erfindung ohne Belang. Substrate im Sinne der Erfindung sind zumindest Gläser und Linsen. Dabei werden Linsen als transparente Elemente mit Abbildungseigenschaften und Gläser allgemein als transparente Elemente ohne Abbildungseigenschaften, z.B. Flachgläser, Displays, etc. verstanden.
Die Vielzahl von Substraten S₁ , S₂ , S₃ , ... S_N wird auf einer Halteeinrichtung H angeordnet. Anordnen kann dabei ein Einlegen in Öffnungen, wie in 6 angedeutet, und/oder ein aktives befestigen sein. Die Halteeinrichtung H ist in den Figuren vereinfacht scheibenförmig dargestellt. Prozesstechnisch können z.B. für die Beschichtung von Materialien und / oder die vergrößerte Fläche zur Beschichtung andere Formen geeigneter sein, z.B. kann die Halteeinrichtung H auch kalottenförmig, insbesondere kugelförmig oder parabeloid oder ellipsoid, ausgestaltet sein.
Weiterhin weist die Vorrichtung mindestens eine Beschichtungsquelle Q₁ , Q₂ , ... Q_M auf.
Auch hier gilt, dass die genaue Anzahl M für das Verständnis der Erfindung ohne Belang ist. Beschichtungsquelle ist dabei auch breit zu verstehen, so können unterschiedlichste Formen der Beschichtungsquelle bzw. Beschichtungs- und Funktionalisierungsmethoden (wie z. B. Atmosphärenplasma etc.) vorgesehen sein, z.B. Sputtern, insbesondere DC-Sputtern, HF-Sputtern, Ionenstrahlsputtern, Magnetronsputtern, als auch reaktives Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaunterstütztes CVD, hot-wire CVD oder catalytic CVD, Niederdruck-CVD, metal organic CVD, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), insbesondere thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen (engl. electron beam evaporation), Laserstrahlverdampfen (engl. pulsed laser deposition, pulsed laser ablation), Lichtbogenverdampfen (engl. arc evaporation, Arc-PVD), Molekularstrahlepitaxie (engl. molecularbeam epitaxy), ionenstrahlgestützte Deposition (engl. ion beam assisted deposition, IBAD), lonenplattieren, ICB-Technik (engl. ionized cluster beam deposition, ICBD). Diese Verfahren können auch in einer Vorrichtung kombiniert zum Einsatz kommen, um Schichten und/oder Schichtfolgen zu erzeugen.
Die Halteeinrichtung H haltert die Vielzahl von Substraten S₁ , S₂ , S₃ , ... S_N so, dass sie von der Beschichtungsquelle Q₁ , Q₂ , ... Q_M aus in einer direkten Linie beschichtet werden können.
Allerdings kann die Beschichtung selektiv verhindert bzw. erlaubt werden. Hierzu dient ein einstellbarer im Wesentlichen horizontaler Shutter bzw. eine Vielzahl von einstellbaren im Wesentlichen horizontalen Shuttern SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K .
Mittels des im Wesentlichen horizontalen Shutters kann ausgewählt werden, welche Substrate der Vielzahl von Substraten S₁ , S₂ , S₃ ... S_N beschichtet werden können, indem der im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K die direkte Linie durch Einbringung einer (physikalischen) Barriere zwischen Substrat und Beschichtungsquelle statisch während der Beschichtung unterbricht.
Beispielsweise ist der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ in 6 so eingestellt, dass Substrat S₁ beschichtet werden kann, während eine Beschichtung des Substrates S₂ verhindert wird.
Der im Wesentlichen horizontale Shutter SH kann z.B. ein Kreissegment abdecken. Durch geeignete Prozessführung kann nun z.B. ein Teil von Substraten abgedeckt werden, sodass z.B. ein Teil der Substrate weniger lang beschichtet wird. Durch die Größe des im Wesentlichen horizontalen Shutters wird dann die Anzahl der Substrate bestimmt, die von der (weiteren) Beschichtung ausgenommen sind. So können z.B. unterschiedliche Schichtdicken oder unterschiedliche Schichtfolgen bereitgestellt werden. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass der im Wesentlichen horizontale Shutter aus einzelnen Segmenten besteht, die so gegeneinander verschoben werden können, dass z.B. unterschiedlich große Anzahlen überdeckt werden können. Beispielsweise kann der im Wesentlichen horizontale Shutter SH in drei in etwa gleich große Viertelkreissegemente unterteilt sein, die nebeneinander, überlappend oder übereinander angeordnet sein können. Dann kann je nach Stellung des im Wesentlichen horizontalen Shutters die Schichtdicke für eine erste Anzahl unterschiedlich zur Schichtdickefüreine zweite Anzahl unterschiedlich zur Schichtdickefüreine dritte Anzahl usw. eingestellt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung können die Halteeinrichtung H als auch der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K innerhalb der Vorrichtung gedreht werden.
Somit kann eine gleichmäßigere Beschichtung der Substrate erreicht werden, wodurch die Qualität der Beschichtung gesteigert werden kann.
Für die Verbesserung der Homogenität kann alternativ oder zusätzlich auch eine Verteilerblende verwendet werden.
Obwohl durch die Abschattung von einzelnen Substraten unter Umständen die Beschichtungszeiten verlängert werden, ergibt sich auf Grund der zeitlich langen Vor- und Nachbereitungszeiten ein zeitlicher Vorteil bei erhöhter Flexibilität.
Wie bereits zuvor beschrieben kann die Zahl der ausgewählten Substrate S₁ , S₂ , S₃ , ... S_N veränderlich sein. Dabei kann zum einen vorgesehen sein, dass der im Wesentlichen horizontale Shutter SH zu Beginn entsprechend ausgestaltet wird, alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Zahl der ausgewählten Substrate S₁ , S₂ , S₃ , ... S_N insbesondere auch unter Vakuum veränderlich ist. In letzterem Fall steigt die Flexibilität auch in Bezug auf die Beschichtungen erheblich an.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K und die Halteeinrichtung H von einem gemeinsamen Antrieb gedreht werden. Ein gemeinsamer Antrieb erlaubt es mit wenigen mechanischen Mitteln eine Bewegung von Shutter und Halteeinrichtung H zwischen den Beschichtungen bereitzustellen.
In einer Ausführungsform, welche beispielhaft in einem Aspekt in 3 gezeigt ist, sind an dem im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K und der Halteeinrichtung H Positionierungselemente SHP, HP angeordnet. Zur Erleichterung haben die entsprechenden Positionierungselemente eine gleichartige Füllung.
In einer Ausführungsform, welche beispielhaft in 5 gezeigt ist, kann vorgesehen sein, dass der im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K relativ zu einem Substrat zumindest eine teilweise Überdeckung bereitstellt, sodass zumindest für die teilweise überdeckten Teile die direkte Linie zwischen dem Substrat und Beschichtungsquelle unterbrochen ist. Beispielsweise ist in 5 am im Wesentlichen horizontalen Shutter SH1 eine beispielhafte dreieckige Spitze auf der linken Seite dargestellt. Befindet sich diese (zumindest zeitweise) über einem Substrat, so wird auf dem stärker beschatteten Bereich weniger Material beschichtet werden. Hierdurch können Beschichtungsverläufe erzeugt werden.
Der im Wesentlichen horizontalen Shutter kann auch in mehrere Teile zergliedert sein. Beispielsweise können unterschiedliche Kreis- bzw. Ringsegmente einen im Wesentlichen horizontalen Shutter bilden. Beispielsweise kann wie in 5 gezeigt, ein äußerer im Wesentlichen horizontaler Shutter SH1 nur ein Viertel in der dargestellten Stellung von allen Substraten überdecken, während der innere Shutter SH3 drei Viertel der inneren Substrate überdeckt. Durch Verdrehen der im Wesentlichen horizontalen Shutter können so unterschiedliche Einstellungen zur Überdeckung erreicht werden. Natürlich können auch die einzelnen im Wesentlichen horizontale Shutter wieder segmentiert sein, sodass die einzelnen Segmente nebeneinander, überlappend oder übereinander angeordnet sein können.
Ein beispielhaftes Gesamtsystem sei nachfolgend nochmals dargestellt.
Ein kalottenartiges Halteelement H wird mit den zu beschichtenden Substraten S₁ , S₂ , S₃ ... S_N bestückt. Ein Teil der Substrate wird mit einem segmentierten Teil Shutter SH abgedeckt. Der im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K ist entweder mechanisch, aber veränderbar an das drehbare Halteelement H angekoppelt, sodass eine Drehung (selbstständig) synchron mit dem Halteelement H vor oder während einer Beschichtung ermöglicht werden kann.
Wenn der im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ zum Beispiel in vier gleiche Segmente unterteilt ist und 3/4 des Halteelements H abdeckt, so lassen sich vier verschiedene Prozesse in einem Durchgang beschichten. Der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ lässt z.B. ein Viertel des bestückten Halteelements H offen. Im jetzt ablaufenden ersten Beschichtungsprozess bleibt der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ relativ zum Halteelement H immer in dieser gleichen Position zum Halteelement H. Wenn der erste Beschichtungsprozess beendet ist, dann dreht sich der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ für den zweiten Beschichtungsprozess relativ zum Halteelement H um ein Viertel weiter und beginnt mit dem zweiten Beschichtungsprozess, usw.
Wenn vier Beschichtungsprozesse abgelaufen sind, dann besteht die Möglichkeit für alle vier Substrate am Schluss eine einheitliche Behandlung (zum Beispiel Plasmanachbehandlung oder Pflegeschicht) aufzubringen. In diesem Fall wird der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ von der Drehbewegung des Halteelements H entkoppelt. Der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ bleibt unbewegt stehen und das Halteelement H dreht sich alleine.
Um für einen einheitlichen Verfahrensschritt den Material- als auch Zeitverbrauch gering zu halten, wäre es denkbar, den im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ segmentweise wie einen Fächer umzusetzen. Die einzelnen Fächer-Segmente wären einzeln ansteuerbar und könnten im Falle eines einheitlichen Verfahrensschrittes übereinander gefahren werden. Je nach Realisierung wird damit die abgeschattete Fläche von 3/4 im obigen Beispiel auf die Fläche von einem Shuttersegment von 1/4 reduziert.
Je kleiner die Segmentierung ist, desto mehr verschiedene Prozesse lassen sich in einem Durchgang beschichten. Die Größe der Segmentierung kann dabei abhängig vom gewählten Grad der Freiheit, dem Anlagentyp, der Substrate, den Beschichtungsquellen oder anderen Parametern abhängen und dem Fachmann sind insoweit keine Grenzen gesetzt.
Um eine seitliche Beschichtung zwischen den im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K und Halteelement H, d.h. um eine seitliche Beschichtung der abgedeckten Substrate zu verhindern, sind verschiedene Wege gangbar. Eine Möglichkeit wäre die Segmente des im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K mit Abweiserblenden zu versehen und/oder zusätzlich Einlegeelement der einzelnen Substrate ebenfalls mit seitlichen Abweiserblenden zu versehen. D.h. Substrate können in ein Einlegeelement, z.B. ein Einlegering, gehalten werden, das seitlich überragend zumindest abschnittsweise eine kragenförmige Ausstülpung aufweist. Diese (abschnittsweise) kragenförmige Ausstülpung kann dann für eine seitliche Beschichtung eine physikalische Barriere darstellen. Beispielsweise kann ein solches Einlegeelement in eine Öffnung entsprechend S_1..4 im Halteelement H eingesetzt werden. In aller Regel muss dann die Öffnung im Halteelement H leicht größer als das betreffende Substrat ausgeformt sein, sodass das Einlegelement in der Öffnung aufgenommen werden kann.
Die Position des Halteelements H relativ zum im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ , SH₂ , SH₃ ... SH_K kann mechanisch aber veränderbar an das drehbare Halteelement H angekoppelt sein. Der Shutter SH₁ weist eine Drehhülse (bevorzugt innerhalb der Beschichtungskammer) auf. Hierfür ist der im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ mit Aussparungen, z. B. vier Aussparungen (für vier Segmente) versehen. Diese Aussparungen können auch konisch sein, um das Einrasten zu erleichtern. Für eine Positionsveränderung des Shutters relativ zum Halteelement H wird das Haltelement H angehoben, entsprechend für die neue Position weitergedreht und wieder abgesenkt. Damit sind der im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ und das Halteelement H für den nächsten Prozess wieder gekoppelt.
Um eine hohe Präzision bei der relativen Positionierung von Halteelement H und/oder im Wesentlichen horizontalen Shutter SH₁ zu erreichen, können Schrittmotoren verwendet werden. Alternativ hierzu können Positionsschalter vorgesehen sein.
In einer möglichen Ausführungsform der Positionsschalter - siehe 3 - besitzt das Halteelement H selbst kleine Zapfen- in 3 als Dreieck HP dargestellt, in welche ein Positionsschalter SHP des im Wesentlichen horizontalen Shutters - in 3 als oberes Gegenstück mit dreieckiger Ausnehmung dargestellt - einrasten können. Die Positionsschalter können elektrisch sein und ein Signal abgeben, wenn sie in ihrer Ruheposition (dunkel im Vordergrund dargestellt) sind und wenn sie diese verlassen (hell im Hintergrund dargestellt). Sofern die Ruheposition wieder erreicht ist, d.h, wenn der im Wesentlichen horizontale Shutter SH₁ unter dem Halteelement H positioniert ist, wird die Drehbewegung gestoppt. Auf diesem Weg ist es möglich, den Shutter SH₁ in der oben beschriebenen Weise nach Abschluss eines Vorganges um eine genau definierte Drehung (hier im Beispiel 1/4 Drehung) weiterzudrehen. Dies ist nur eine mögliche Ausführungsform der Positionsschalter; weitere Ausführungen (z.B. Kugelgelenk mit Feder etc.) sind ebenfalls denkbar. Elektrische Signale der Positionsschalter können ähnlich wie bei der Schwingquarz-Einheit aus der Vakuumkammer geführt werden.
Während der Beschichtung wird weder das Halteelement H noch der Shutter SH₁ gedreht. Das Halteelement H und der im Wesentlichen horizontale Shutter verbleiben für die Dauer des Beschichtungsprozesses (statisch) über der Beschichtungsquelle Q. Dadurch wird nur der von Shutter SH nicht abgedeckte Anteil der Substrate beschichtet (z.B. nur ¼). Wenn ein Beschichtungsprozesses abgeschlossen ist, bleibt der Shutter SH₁ stehen und nur das Halteelement H wird um einen Schritt (hier eine ¼ Drehung) weitergedreht. Dieses Vorgehen erlaubt kürzere Beschichtungszeiten pro Prozessschritt.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann auch ein vertikaler Shutter SV alternativ oder zusätzlich zum im Wesentlichen horizontalen Shutter vorgesehen sein.
Der vertikale Shutter SV ist bevorzugt in einer Ebene angeordnet, die parallel zur Drehachse D des horizontalen Shutters SH ist, wobei der vertikale Shutter SV zwischen den Beschichtungsquelle Q₁ , Q₂ , ... Q_M und der Vielzahl von Substraten S₁ , S₂ , S₃ ... S_N angeordnet ist.
Durch den vertikalen Shutter SV kann eine bessere Abschirmung gegenüber einer nichtgewünschten Beschichtung eines Substrates durch mehrere Beschichtungsquellen als auch ein paralleles Beschichten von unterschiedlichen Substraten ermöglicht werden. Beispielsweise kann durch den vertikalen Shutter SV eine Beschichtung des Substrates S2 durch die Beschichtungsquelle Q2 in 6 vermieden werden während eine Beschichtung des Substrates S1 durch die Beschichtungsquelle Q2 möglich ist. Umgekehrt könnte auch durch den vertikalen Shutter SV eine Beschichtung des Substrates S1 durch die Beschichtungsquelle Q1 in 6 vermieden werden während eine Beschichtung des Substrates S2 durch die Beschichtungsquelle Q1 möglich ist.
Obwohl der vertikale Shutter SV als ebenenhaft in 6 und 7 dargestellt ist, versteht sich auch, dass andere Konstruktionen gleichfalls möglich wären. Mit einer Ebene kann die Vorrichtung zur Beschichtung in quasi zwei Teilvorrichtungen aufgeteilt werden. D.h. wird z.B. eine sternförmige Anordnung von einzelnen Ebenen / Teilebenen verwendet kann die Vorrichtung zur Beschichtung in quasi zwei Teilvorrichtungen aufgeteilt werden. Dabei kann sich die Aufteilung z.B. an der Anzahl von Beschichtungsquellen orientieren, sodass z.B. für ein Vielfaches von Beschichtungsquellen n=1,... jeweils eine Teilvorrichtung zur Verfügung gestellt wird.
In einer besonders einfachen mechanischen Konstruktion ist der vertikale Shutter VH in einer Ebene angeordnet, die die Drehachse D des horizontalen Shutters SH aufweist. Durch diese im Wesentlichen zentrale Anordnung kann das Gewicht des vertikalen Shutters SV ausbalanciert werden, sodass eventuelle Drehbewegungen keine oder nur geringe seitliche Kräfte bewirkt.
Der vertikale Shutter SV kann unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise kann der vertikale Shutter SV als ein lückenloses Trennelement realisiert sein. Der vertikale Shutter SV kann aber auch flexibel, ähnlich einem „Kettenhemd“ oder starr / festes Blech realisiert sein.
Der vertikale Shutter SV kann auch segmentartig, ähnlich einem „Rolladen“ mit verstellbaren Lamellen realisiert sein. Der vertikale Shutter SV kann elektrisch vom Rest der Beschichtungsanlage isoliert sein bzw. auf ein beliebiges elektrisches Potential gelegt werden. Der vertikale Shutter SV kann an zu definierbaren Stellen Aussparungen aufweisen.
Durch einen segmentartigen Aufbau kann der vertikale Shutter SV gezielt eingesetzt werden, z.B. geöffnet, partiell geöffnet, geschlossen, sodass nach Bedarf eine volle oder teilweise Abschirmung oder keine Abschirmung bereitgestellt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der vertikale Shutter in der Ebene Aussparungen auf.
Mittels der Aussparungen kann in gleicher Weise wie zuvor bei den Segmenten alternativ oder zusätzlich nach Bedarf eine volle oder teilweise Abschirmung oder keine Abschirmung bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist der vertikale Shutter SV unter Vakuum veränderlich.
In noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können im Betrieb zwei oder mehr der Beschichtungsquellen Q₁ , Q₂ , ... Q_M aktiv verwendet werden.
Hierdurch kann die Betriebszeit optimiert werden.
Beispielsweise kann ein singulärer Beschichtungsprozess wie folgt aussehen:

Beim eigentlichen Beschichtungsprozess stehen die Substrate S₁ , S₂ , S₃ , ... S_N statisch über der Beschichtungsquelle Q₁ , Q₂ , ... Q_M . Der unter der Halteeinrichtung H montierte Shutter SH / SV gibt das Segment der Halteeinrichtung H frei, das beschichtet werden soll. Alle anderen Segmente, die nicht beschichtet werden sollen, werden von dem Shutter SH / SV derart abgedeckt, dass keine Beschichtung stattfinden kann. Die Beschichtung findet also in einem quasistatischen Zustand statt. Wenn die Beschichtung einer Einzellage oder der gesamte Beschichtungsprozess abgeschlossen ist, kann sich die Halteeinrichtung H zusammen oder getrennt mit dem Shutter SH / SV drehen. Dieses Drehen kann im Vakuum oder auch bei geöffneter Anlage (Normaldruck) stattfinden.

Aber es ist auch möglich einen dualen Beschichtungsprozess zu verwenden:

Bei dieser Variante wird die Beschichtungsanlage durch den vertikalen Shutter SV in zwei Bereiche unterteilt. In jedem Bereich befindet sich „virtuell“ eine Beschichtungsquelle Q₁ , Q₂ . Die eine Beschichtungsquelle Q₁ kann bezüglich der anderen Beschichtungsquelle Q₂ entweder mit den gleichen Materialien bestückt sein oder kann andere Materialien in ihrer Bestückung aufweisen. Beim eigentlichen Beschichtungsprozess können beide Beschichtungsquellen Q₁ , Q₂ parallel betrieben werden. Der Shutter SH/SV gibt jeweils das über der jeweiligen Beschichtungsquelle Q₁ , Q₂ befindliche Segment frei. Wenn die Beschichtung einer Einzellage oder der gesamte Beschichtungsprozess abgeschlossen ist, kann sich die Glashalterung zusammen oder getrennt mit dem Shutter SH/SV drehen. Dieses Drehen der Halteeinrichtung H kann im Vakuum oder auch bei geöffneter Anlage (Normaldruck) stattfinden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Verteilerblende mit einer ringförmigen Öffnung B auf, die über einer der Beschichtungsquellen Q₁ angeordnet ist. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit kann die Vorrichtung auch mehrere solcher Blenden aufweisen. Diese können je nach Material, das aufzubringen ist, entsprechend räumlich angeordnet sein und/oder elektrisch angesteuert sein.
Hierdurch kann die Homogenität der Beschichtung auf einem Substrat beeinflusst werden.
Ohne weiteres kann die Blende aber auch andere Formen aufweisen, z.B. ein fingerhutförmiger Maschendraht sein.
Die Halteeinrichtung H kann auch eben gestaltet sein. Die Halteeinrichtung H kann in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt sein, wovon jede Vielzahl der Segmente eine Vielzahl von Substraten haltern kann. Die Halteeinrichtung H kann um ihre Mittelachse D rotiert werden. Die Rotation kann auch unter Vakuum ein- und ausgeschaltet werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Segmente der Halteeinrichtung H an einem bezüglich der Drehachse D veränderlichen Winkel aufgehängt. Hierdurch lässt sich die Abscheidung über ein Glas graduell variieren und z.B. eine „Verlaufsbeschichtung zur Verfügung stellen.
Der Abstand der Halteeinrichtung H zur Beschichtungsquelle Q₁ , Q₂ , ... Q_M kann variiert werden. Diese Variation ist auch unter Vakuum möglich.
Bisher dauerte eine einseitige Beschichtung grob gemittelt zwischen 75 bis 85 min (abhängig vom Beschichtungssystem der Anlage). D.h. als reine Beschichtungszeit beispielsweise für vier Seiten werden aktuell zwischen 300 bis 340 min benötigt. Mit der Anwendung des hier beschriebenen Gesamtsystems dauert eine Beschichtung von vier verschiedenen Beschichtungen circa 160 min.
An den Shutter SH₁ (und auch an die anderen Shuttern) können, wie beispielsweise in Bild 5 gezeigt, definierte Blenden in einer beliebigen Geometrie ringabhängig angeordnet sein. Diese weiteren Blenden können fix oder beweglich sein. Wird jetzt der Shutter SH₁ nicht gedreht (steht also fix an einer Position) und das Haltelement H gleichzeitig gedreht, so werden durch die beschriebene Blendenkonfiguration Schichten mit graduellem Dickenverlauf (Gradientenschichten) über das Substrat aufgebracht.
Hierdurch können z. B. graduelle unterschiedliche Reflexhöhen im UV Bereich (Verschiebung des UV Peaks durch Dickenänderung), ein gradueller Verlauf von Verspiegelung zu Entspiegelung oder die gezielte graduelle Einbringung von Absorption um einen Transmissionsgradienten auf die Gläser aufgebracht werden. Die Kombination aus unterschiedlichen Gradienten in Richtung und Stärke für Vorder- und Rückseite der Substrate ist ebenso umsetzbar und ermöglicht Verläufe, wie sie bisher selbst mit der konventionellen Färbetechnologie (Tauchbad etc.) nicht umsetzbar sind.

Claims

Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten, wobei die Vielzahl von Substraten (S₁, S₂, S₃, ... S_N) auf einer Halteeinrichtung (H) angeordnet werden, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungsquelle (Q₁, Q₂, ... Q_M) aufweist, wobei die Halteeinrichtung (H) die Vielzahl von Substraten (S₁, S₂, S₃, ... S_N) so haltert, dass sie von der Beschichtungsquelle (Q₁, Q₂, ... Q_M) aus in einer direkten Linie beschichtet werden können, wobei durch einen einstellbaren, im Wesentlichen horizontalen Shutter (SH₁, SH₂, SH₃ ... SH_K) ausgewählt werden kann, welche Substrate der Vielzahl von Substraten (S₁, S₂, S₃ ... S_N) beschichtet werden kann, wobei der im Wesentlichen horizontalen Shutter (SH₁, SH₂, SH₃ ... SH_K) die direkte Linie zwischen Substrat und Beschichtungsquelle statisch während der Beschichtung unterbricht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Shutter (SH₁, SH₂, SH₃ ... SH_K) innerhalb der Vorrichtung gedreht werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der ausgewählten Substrate (S₁, S₂, S₃, ... S_N) veränderlich ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der ausgewählten Substrate (S₁, S₂, S₃, ... S_N) unter Vakuum veränderlich ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen horizontale Shutter (SH₁, SH₂, SH₃ ... SH_K) von einem Antrieb gedreht werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem im Wesentlichen horizontalen Shutter (SH₁, SH₂, SH₃ ... SH_K) und der Halteeinrichtung (H) Positionierungselemente (SHP, HP) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der im Wesentlichen horizontale Shutter (SH₁, SH₂, SH₃ ... SH_K) relativ zu einem Substrat zumindest eine teilweise Überdeckung bereitstellt, sodass zumindest für die teilweise überdeckten Teile die direkte Linie zwischen dem Substrat und Beschichtungsquelle unterbrochen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend einen vertikalen Shutter (SV), wobei der vertikale Shutter (SV) in einer Ebene angeordnet ist, die parallel zur Drehachse des horizontalen Shutters ist, wobei der vertikale Shutter zwischen den Beschichtungsquelle (Q1, Q2, ... QM) und der Vielzahl von Substraten (S1, S2, S3 ... SN) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Shutter (VH) in einer Ebene angeordnet ist, die die Drehachse des horizontalen Shutters aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Shutter (VH) segmentartig aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Shutter (VH) in der Ebene Aussparungen aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb zwei oder mehr der Beschichtungsquellen (Q1, Q2, ... QM) aktiv verwendet werden können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über einer der Beschichtungsquellen (Q₁, Q₂, ... Q_M) eine Verteilerblende mit einer ringförmigen Öffnung (B) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung ein Kalottensegment ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsquelle (Q₁, Q₂, ... Q_M) ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend: Sputtern, insbesondere DC-Sputtern, HF-Sputtern, Ionenstrahlsputtern, Magnetronsputtern, reaktives Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstütztes CVD, hot-wire CVD oder catalytic CVD, Niederdruck-CVD, metal organic CVD, physikalische Gasphasenabscheidung, thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdam pfen, Laserstrahlverdam pfen, Lichtbogenverdampfen, Molekularstrahlepitaxie, ionenstrahlgestützte Deposition, lonenplattieren, ICB-Technik.