DE2507953A1

DE2507953A1 - Verfahren zur vakuumbeschichtung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2507953A1
Application number: DE19752507953
Authority: DE
Inventors: Gilbert Ramet
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauches SA
Priority date: 1974-03-04
Filing date: 1975-02-25
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE2507953C3; JPS50121172A; CH580990A5; US4036171A; DE2507953B2

Description

DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH

9^07953

PATENTANWÄLTE '^<JU'^<JJ(J

753 pforzheim. 24·.2.1975 I/Re

WESTLICHE 31 (AM LEOPOLD PLATZ) TEL. CO7231)^*e0*> -. "-"I ^

Pa. Ebauches S.A., Neuchttel (Schweiz)

"Verfahren zur Vakuumbeschichtung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vakuumbeschichtung und insbesondere ein Verfahren zum aufeinanderfolgenden Aufbringen im Vakuum zweier oder mehrerer Schichten durch Masken hindurch auf eine Vielzahl von Substraten, wobei jede Schicht gleichzeitig auf eine bestimmte Anzahl von Substraten durch die jeweils der aufzubringenden Schicht entsprechenden Maske hindurch aufgebracht wird.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einem Vakuumgefäß, wenigstens einer Substratunterlage,

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wenigstens einem Maskenhalter und Vorrichtungen zum Aufbringen zweier oder mehrerer Schichten mittels Verdampfung von Stoffen, die in Verdanipfungsschiffchen enthalten sind, durch die Masken hindurch auf die Substrate.

Es sind bereits Vakuumbeschichtungsanlagen bekannt, mit denen nacheinander verschiedene Stoffschichten mittels Verdampfung auf identische Substrate durch verschiedene Masken hindurch aufgebracht werden können. Im allgemeinen weisen diese Anlagen außer den Substraten und den Masken, die während des Verdampfungsvorganges auf die Oberfläche der Substrate aufgelegt werden, noch Abdeckungen oder Verschlüsse auf, die bedient werden müssen, um wenigstens einen Teil der Substrate während der verschiedenen Verfahrensschritte absudecken. Des weiteren weisen derartige komplexe Anlagen üblicherweise eine schrittweise arbeitende Vorschubeinrichtung für die Substrate auf, wobei der Vorschub jedesmal an einer Verdampfungsstelle unterbrochen wird, deren jede notwendigerweise mit einem Verdampfungsschiffchen ausgestattet ist.

Derartige Anlagen weisen komplizierte Vorrichtungen auf, und ermöglichen kein regelmäßiges und homogenes Aufbringen der Schichten auf die Gesamtheit der Substrate, da jedes Substrat an einer anderen Verdainpfungsstelle behandelt wird.

Aufgabe der e Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mit denen diese Nachteile vermieden werden.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß die Substrate auf einer drehbaren Unterlage angeordnet werden, daß jedes Substrat gegenüber je einer ersten Maske gebracht wird; daß diese ersten Masken auf jedes Substrat aufgelegt werden, daß auf die Substrate durch die ersten Masken hindurch eine erste

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Schicht aufgebracht wird bei gleichzeitiger relativ zueinander erfolgender gleichförmigen Drehung der Gesamtanordnung Masken - Substrate, sowie wenigstens einer ersten die entsprechende aufzubringende Schicht aussendenden Materialquelle, daß nach erfolgtem ersten Aufbringen jedes Substrat in eine bestimmte Stellung zu einer zweiten Maske gebracht wird, daß diese zweiten Masken auf die Substrate aufgelegt werden, daß auf die Substrate durch die zweiten Masken hindurch eine zweite Schicht aufgebracht wird bei gleichzeitiger relativ zueinander erfolgender gleichförmiger Drehung der
Gesamtanordnung Masken - Substrate, sowie wenigstens einer zweiten, die entsprechende aufzubringende Schicht aussendenden Materialquelle und daß die gleichen Verfahrensschritte für jede weitere aufzubringende Schicht wiederholt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens enthält eine Substratunterlage, die eine waagrechte drehbare Platte aufweist, während der Maskenhalter
eine drehbare Platte aufweist in einer zur ersten Ebene
parallelen Ebene, während die Vorrichtungen zum Aufbringen der Schichten wenigstens ein Schiffchen aufweisen, das die aufzubringenden Stoffe enthält, sowie eine Maskenwechselvorrichtung, die sowohl ein Annähern und ein Entfernen der drehbaren Platten zueinander und voneinander als auch einen Vorschub der einen relativ zur anderen ermöglicht und eine Justiervorrichtung für die Masken relativ zu den Substraten, sowie eine Antriebsvorrichtung zum gleichförmigen Drehen
der Gesamtanordnung Substrate - Masken.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden auf derselben kreisförmigen Platte eine bestimmte Anzahl von Substraten angeordnet, die auf einem oder mehreren konzentrischen Kreisen liegen und voneiraider relativ entfernt sind. Auf dem Maskenhalter, der aus einer kreisförmigen parallel zur ersten angeordneten Flatte besteht, sind die Masken in Reihen angeordnet,

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wobei jede Reihe die gleichen Masken enthält und jede Maske einer gleichen Reihe sich von den anderen der gleichen Reihe unterscheidet. Zu Beginn befindet sich die erste Maske jeder Reihe, d.h. diejenige durch die hindurch die erste Schicht aufgebracht wird, gegenüber von einem Substrat, während die anderen Masken der gleichen Reihe gegenüber dem Zwischenraum angeordnet sind, der ein Substrat vom benachbarten Substrat trennt. Nach dem Aufbringen der ersten Schicht wird die zweite Maske jeder Reihe gegenüber einem Substrat gebracht durch Verdrehen des Maskenhalters relativ zur Substratunterlage.

Wird ganz allgemein mit η die Anzahl der auf einem Kreis der Platte angeordneten Substrate bezeichnet und mit b die Anzahl der verschiedenen Masken einer gleichen Reihe, so beträgt der Winkel urn den der Maskenhalter verdreht werden muß, um die Jc^te Maske gegenüber den. Substraten anzuordnen, gleich 2 Ή" /np, wobei die (k-i)-te Schicht bereits auf den Substraten aufgebracht ist. In der Tat befinden sich die n_identischen ersten Masken gegenüber einem jeden Substrat, während sich die n(p-i) anderen Masken gegenüber den jn_ Zwischenräumen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Substraten befinden. Ist beispielsweise die Anzahl der Masken gleich 3, so beträgt die Anzahl der Substrate auf einem Kreis 12. In diesem Fall genügen zwei aufeinanderfolgende Drehungen.um jeweils 10°, um das Aufbringen von d: drei Masken hindurch zu ermöglichen.

jeweils 10°, um das Aufbringen von drei Schichten durch die

Während der Verdampfungsphasen, die von den Zeiträumen zum Wechsel der Masken unterbrochen sind, wird die Gesamtheit Masken - Substrate im Inneren des Vakuumgefäßes einer gleichmäßigen Drehung unterworfen, während die Schiffchen, die die mittels Verdampfung auf die Substrate aufzubringenden Stoffe enthalten, unbeweglich bleiben. Dadurch wird eine homogene Verteilung der aufgebrachten Schichten erzielt.

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Vorzugsweise weist die Platte, die die Substrate trägt, eine bestimmte Anzahl von Löchern auf, in deren Jedes eine gleitende Dose eingesetzt werden kann, an deren inneren Wänden ein Substrat befestigt ist. Die Dose weist sowohl feste als auch bewegliche Vorsprünge auf, um die Substrate relativ zu bestimmten Markierungen zu zentrieren und einzustellen. Sind die Substrate rechteckig, so liegen die festen Vorsprünge gegen zv/ei der Wände des Rechtecks an, während die einstellbaren Vorsprünge gegen die beiden anderen Wände des Rechtecks anliegen, um das Substrat genau zu positionieren. Des weiteren sind die Dopen mit Bohrungen versehen, die mit Stiften zusammenwirken, die am Maskenhalter fest angeordnet sind, um eine genaue Lage der Maske relativ zu den Substraten zu ermöglichen.

Des weiteren ist der obere Teil des Vakuumgefäßes mit einer Heizvorrichtung versehen, beispielsweise mit an sich bekannten Infrarotstrahlern, die die Aufgabe haben, das Innere des Gefäßes auf eine Temperatur zwischen 80° C und 120° C zu bringen, um dergestalt eine bessere Haftfähigkeit der Schichten auf den Substraten zu erzielen.

Die Schiffchen mit den aufzubringenden Stoffen sind im unteren Teil des Vakuumgefäßes angeordnet. Sie können mit Höhlungen versehene gepreßte Platten sein, die einen elektrischen Heizwiderstand besitzen. Vorzugsweise bestehen sie selbst aus Widerstandsmaterial, deren Halterungen gleichzeitig die Stromzuführungsanschlüsse sind. Jedes Schiffchen ist mit einer Verschlußplatte versehen, die individuell von einem elektrischen Motor gesteuert wird und die das Schiffchen während der Phasen abdeckt, wo es nicht benötigt wird.

Die Antriebsachse für die gleichförmige Drehung der Gesamtanordnung Substrate - Maske ist koaxial zur Achse der Maskenwechselvorrichtung. An ihren freien Enden sind die Platten

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für die Substrate und die Masken angeordnet.

Des weiteren weist die Maskenwechselvorrichtung eine Sicherheitseinrichtung auf, um das aufeinanderfolgende Aufbringen der verschiedenen Schichten in einer bestimmten Reihenfolge zu gewährleisten, ohne daß eine Schicht ausgelassen wird oder daß nach der ^Lj-ten Maske die i+2-te Maske aufgelegt wird, ohne daß zuerst die i+1-te Maske aufgelegt worden ist. Die Einrichtung weist ein Ratschenrad und eine Sperrklinke auf, deren Bewegung von einem Nocken und einer Blockiervorrichtung gesteuert wird/

Um eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung des Abstandes zwischen Substratunterlage und Maskenhalter zu ermöglichen, ist die Maskenwechselvorrichtung mit einer Einrichtung versehen, die aus einer Mutter besteht, die sich entlang einer Schraubspindel bewegt. Dreht man die Schraubspindel um ihre Achse, so bewirkt die mit einer der Platten fest verbundene Mutter eine longitudinale Verschiebung, die die zwei Platten voneinander entfernt oder einander annähert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2 eine schematische Ansicht eines Schnittes durch ein Ausführungsbeispiel einer Maskenwechselvorrichtung, Figur 3 eine Draufsicht auf einen Teil der Maskenwechselvorrichtung nach Figur 2,

Figur 4 eine Unteransicht der die Substrate tragenden Dosen, Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Figur 4, wobei das Anbringen der Dosen auf der Substratunterlage dargestellt ist,

Figur 6 eine schematische Ansicht der Sicherheitseinrichtung der Maskenwechselvorrichtung nach Figur 2,

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Figur 7 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine Antriebsvorrichtung für die Maskenwechselvorrichtung nach Figur 2 und

Figur 8 einen Schnitt entlang der Linie B-B der Antriebsvorrichtung nach Figur 7.

In Figur 1 ist mit 1 ein glockenförmiges Vakuumgefäß bezeichnet, das eine Plattform 1' enthält, auf der Verdampfungsschiffchen angeordnet sind, in denen die zu verdampfenden und als aufeinanderfolgende Schichten auf Substrate aufzubringenden Stoff e enthalten sind, beispielsweise Glasplättchen oder Keramikstücke. Die Schiffchen weisen eine mit einer Höhlung versehene Platte 2 auf, die von Stiften 3 getragen wird, die gleichzeitig als Anschlüsse 3* für den Heizstrom zu einem Widerstandsteil dienen, aus denen die Platte selbst gefertigt sein kann, über jedem Seht ffchen ist ein Verschlußflügel 4 angeordnet, der von einem elektrischen Motor 5 gesteuert wird, der unabhängig über die Leiter 5¹ versorgt wird.

Das Gefäß 1 ist an seinem oberen Ende' mit einer Platte 6 verschlossen, die die Platte für die Substrate 21, die Platte für die Masken 22, die Antriebsvorrichtung für die gleichförmige Drehbewegung dieser Platten, sowie die Maskenwechselvorrichtung und eine Heizvorrichtung 7 trägt.

Die Heizvorrichtung 7 besteht aus einer Reihe Infrarotstrahlern 7', die an einem Gehäuse 8 befestigt sind, das mit der Platte 6 über Stäbe 8¹ verbunden ist, die gleichzeitig den Heizstrom zuführen und ermöglicht eine Erhöhung der Temperatur der Substrate, um die Haftfähigkeit der Schichten zu verbessern. Ein waagrecht angeordneter, von einer Halterung ίο¹ getragener Schutzschirm 10 trennt den Teil des Gefäßes, der die Heizvorrichtung 7 enthält, von dem Teil, in dem die Verdampfung und das Aufbringen der in den Schiffchen

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enthaltenen Stoffe erfolgt, um einen Niederschlag der Stoffe auf den oberen Teil des Gefäßes 1 und insbesondere auf die Heizvorrichtung 7 zu verhindern.

Die Antriebsvorrichtung für die Platten 21, 22 enthält eine zentrale Achse 11 und eine sie umgebende koaxiale Achse 12, die einzeln oder gleichzeitig angetrieben werden können. Die Achse 12 weist einen Bajonettverschluß 13 und die Achse 11 weist einen Dorn 14 auf, der mit dem Bajonettverschluß 13 mittels einer Feststellschraube 9 verbunden ist.

In der Platte 21 sind auf einem zu den Achsen 11 und 12 konzentrischen Kreis Dosen 23 angeordnet, in deren Inneren die Substrate S enthalten sind, auf die die von der Platte gehaltenen Masken"aufgelegt werden.

Die zwischen den Platten 21 und 22 angeordnete Maskenwechselvorrichtung, die eine Mutter 33, eine mit der Mutter 33 fest verbundene Scheibe 38, einen Nocken 35 und einen Stift 40 aufweist, der durch eine Feder in die am Umfang der Scheibe 38 ausgesparten Nuten eingreift, wird im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 ausführlicher beschrieben.

Die Antri= bsvorrichtung für die Platten 21, 22 und für die Maskenwechselvorrichtung befindet sich außerhalb des Gefäßes 1. Sie ist in Figur 1 schematisch dargestellt und wird im einzelnen unter Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben. Sie besteht aus einem Treibriemen84, einer Riemenscheibe 83, Antriebsritzeln 87, 89, einem Drehrad 91, Lagern'15, 16 und einer Vakuumabdeckung 18, durch die hindurch die Antriebsteile und Steuerungen ins Innere des Vakuumgefäßes reichen.

Wie Figur 2 zeigt, ist die kreisförmige Platte 21, die die Substrate S trägt, in einer horizontalen Ebene parallel zur kreisförmigen Platte 22 angeordnet, die die Masken M trägt.

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Die Platte 21 ist mit einer bestimmten Anzahl Öffnungen versehen, in denen die Dosen oder Kästchen 23 angeordnet sind, die in ihrem Inneren die Substrate S tragen. Sie werden durch einen Justierstift 24 in der richtigen Stellung gehalten und entsprechend ausgerichtet, der mit einem senkrechten Schlitz 25 zusammenwirkt» Eine Spiralfeder 26, die koaxial zur Dose angeordnet ist, drückt einerseits auf die untere Fläche der Platte 21 und andererseits auf einen Vorsprung 27, der auf der unteren Seite der Dose 23 vorgesehen ist. Ein Anschlag 28 begrenzt die durch die Feder 26 bewirkte senkrechte Verschiebung der Dose nach unten, wenn die Platten 21 und 22 voneinander entfernt sind. Die untere Fläche der Dosen 23 ist mit Öffnungen 29 versehen, deren innerer Durchmesser dem äußeren Durchmesser von Stiften 30 entspricht, die mit der Platte 23 fest verbunden sind und mit den Bohrungen dahingehend zusammenwirken, daß die Masken genau zu den Substraten justiert werden.

Ein teilweise mit einem Gewinde versehener Bolzen 31 ist an einem seiner Ende mit einer zentralen Bohrung 32 versehen, in die der Dorn 14 eingereift und wi&t mit der Mutter 33, die die Platte 21 unterstützt,derart zusammen, daß die beiden Platten 21 und 22 entsprechend den Aufbrintmgsphasen der Schichten zueinander angenähert oder voneinander entfernt werden können. Eine Ringklammer 34 begrenzt den Weg der Platte 22 am Bolzen 31. Am unteren Teil das Bolzens 31 ist ein waagrechter Nocken 35 angeordnet, der weiter unten näher beschrieben wird. Am oberen Teil der Mutter 35 sind Flügel 36 angeordnet, die in den Bajonettverschluß 13 eingreifen, wobei die Verriegelung durch einen Stift 37 vorgenommen wird.

Die Maskenwechselvorrichtung ist weiterhin mit einer Sicherheitseinrichtung versehen, um zu verhindern,daß im Falle des Aufbringens von drei aufeinanderfolgenden Sclichteri auf ein und dasselbe Substrat die dritte Maske auf das Substrat direkt nach der ersten aufgelegt wird. Zu diesem Zweck ist die Mutter

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mit einer verbreiterten Stelle versehen, die eine Scheibe 38 bildet und die mit Umfangnuten 39 versehen ist. Ihre Anzahl entspricht der Anzahl der Masken, die nacheinander mit der Oberfläche des Substrates in Berührung kommen. Ein Stift 40 ist an einem Ende eines Hebels 41 befestigt, der wiederum an der Platte 22 mittels einer Niete 42 angelenkt ist^unÄringt aufgrund einer nicht in der Figur 2 dargestellten Feder,die an einem Ende des Hebels 41 befestigt ist, in die Nut 39 ein.

Ein zweiter Hebel 43, der waagrecht um eine mit den Nocken 35 fest verbundene Niete 44 schwenkbar ist, wirkt mit einem Stift 45 zusammen, der an der Mutter 33 befestigt ist und läßt die Sicherheitseinrichtung dahingehend wirksam werden, daß der Stift 40 nicht von der ersten zur dritten Nut 39 gelangt, ohne vorher in die zweite Nut eingegriffen zu haben. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist ausführlicher im Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht, in der teilweise die Platte 22 dargestellt ist, die Maskenwechselvorrichtung, sowie ein Substrat S, zu dem drei entsprechende Masken M., M« und M^ gehören, die nacheinander auf die untere Fläche des Substrates S aufgelegt werden sollen. Der mit dem Gewindebolzen 31 versehene Nocken 35 weist eine Nase 47 auf, sowie einem Vorsprung 48, der auf den Stift 40 derart wirkt, daß er von einer Nut 39 zur folgenden gelangt. Dreht sich der Nocken 35 in Pfeilrichtung (trigonometrische Richtung), so drückt der Stift 40, der am Ende des an der Platte 22 über die Niete 42 angelenkten Hebels 41 befestigt ist, kontinuierlich auf den Umfang des Nockens, aufgrund der Einwirkung der Feder 46. Daraufhin nimmt der Hebel die gestrichelt dargestellte Stsllung 41' ein und der aus der Stellung 40^f kommende Stift 40 greift in die Nut 39 ein. Wird der Nocken weitergedreht, so ergreift die Nase 4? den Stift 40 und befördert ihn in die nächste Nut 39, die an der mit der Mutter 33 fest verbundenen Scheibe 38 angeordnet ist.

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In Figur 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Befestigung eines rechteckigen Substrates S in einer zylindrischen Dose 23 dargestellt, die mit einer rechteckigen/gestrichelt dargestellten Öffnung 50 versehen, deren Abmessungen etv/as unter denjenigen des Substrates S liegen. Drei Stifte 51 an zwei benachbarten Seiten des Substrates S dienen dabei als Anschläge. Die beiden anderen benachbarten Seiten werden von beweglichen Vorsprüngen 52 gehalten, die in Aussparungen 53 eingreifen und mittels an sich bekannter exzentrischer Schrauben 54 festgestellt werden können.

Wie Figur 5 zeigt, in der ein Transversalschnitt entlang der Linie A-A der in Figur 4 dargestellten Anordnung Dose - Substrat gezeigt ist, weist die Dose zwei ringförmige Platten 55 und auf, die relativ zueinander an Stiften verschiebbar sind, beispielsweise entlang dem Stift 51, der die Dose voll und ganz durchdringt. Weiterhin sind die Platten 55 und 56 durch Federn 57 voneinander getrennt, deren Funktion weiter unten erklärt wird. Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dose 23 in einer kreisförmigen Ausnehmung der Platte 21 angeordnet und wird von einer Ringklammer 28 gehalten. Die Anordnung der Dosen bezüglich der Platte 21 erfolgt durch mehrere Stifte, beispielsweise den Stift 51, der in eine Bohrung 59 der Platte 21 eingreift. Wird die Platte zur Platte 21 geführt, um auf dem Substrat S durch die Maske M hindurch eine Schicht aufzubringen, so kommt die Maske in direkten Kontakt mit der unteren Fläche des Substrates. Die kleinen Höhenunterschiede des Substrates werden durch die Federn 57 ausgeglichen.

Figur 6 'zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sicherheitseinrichtung, die teilwa.se bereits in Figur 2 dargestellt ist. Der mit dem Gewindebolzen 31 fest verbundene Nocken 35 weist einen tangentiellen Schlitz 60 auf, dessen Rand 48 eine Erhöhung bildet, auf dem der Stift 40 ruht. Dieser Stift ist senkrecht am

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Ende des Hebels 41 befestigt, der um die Achse 42 schwenkbar ist und mittels einer Ringklammer 62 an der Platte gehalten wird. Am anderen Ende des Hebels 41 greift die Feder 46 an, deren eines Ende am Hebel 41 befestigt ist und deren anderes Ende mittels bekannter Vorrichtungen, beispielsweise einem Stift 64, an der Platte 22 befestigt ist. Der Hebel 43» der an der Niete 44 angelenkt ist, die wiederum fest mit dem Nocken 35 verbunden ist, wird der Wirkung einer Feder 65 unterworfen, die zwischen einem Ende des Hebels und einem am Nocken 35 befestigten Stift angeordnet ist. Drei Anschläge 45, 67 und 68 begrenzen den Weg des Hebels 43 während der verschiedenen Funktionsphasen der Anordnung.

Zum Wechseln der Masken wird der zentrale Gewindebolzen und damit der Nocken 35 durch manuelles Drehen des Handrades 91 um ungefähr eine 3/4 Umdrehung bewegt, so daß er die in Figur 6 gezeigte Stellung einnimmt. In der Ruhestellung wird der Hebel 43 durch die Feder 65 gegen den Anschlag 67 gedrückt. Dreht sich der Nocken weiter, so zieht die Erhöhung 48 kontinuierlich den Stift 40 aus der Nut heraus, in die er eingreift* Bei weiterem Drehen drückt die Seite 70 gegen den Anschlag 40, wonach der Hebel 43 sich um seine Schwenkachse 44 dreht, so daß die Spitze 71 in die Nähe der äußeren Kante des Schlitzes 60 gelangt und der Rand 72 gegen den Anschlag 68 drückt. Bei noch weiterer Drehung des Nockens kommt die radiale Kante 69 in Kontakt mit dem Stift 40, der in Pfeilrichtung mitgenommen wird und unter dem Einfluß der Feder 46 in die nächst folgende Nut 39 eingreift. Während dieser letzteren Drehphase des Nockens wird die Platte 22 relativ zur verbreiterten Zone 38 der Mutter in Drehung versetzt und damit auch relativ zur Platte 21. In dieser Stellung wird der Hebel 43 durch den Stift 45 festgehalten und eine weitere Umdrehung des Nockens ist nur nach einer Rückwärtsbewegung möglich, die diesen Hebel freilegt.

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In dem beschriebenen Beispiel hat diese Einrichtung den Sinn, zu verhindern, daß die Vorrichtung direkt nach der ersten Maske die dritte Maske auflegt, ohne daß vorher die zweite Maske aufgelegt worden ist. Sollen mehr Schichten aufgebracht werden, so kann die gleiche Einrichtung auf eine beliebige Anzahl von Masken ausgedehnt werden, denen eine entsprechende Anzahl von Nuten 39 entspricht*

Die in Figur 7 dargestellte Antriebsvorrichtung für die Maskenwechselvorrichtung weist einen Dorn 14 auf, der in eine Bohrung 32 und einen Bajonettverschluß 13 paßt, zum Verbinden der Flügel 36. Ein Elektromotor 81, dessen Achse 82 eine Riemenscheibe 83 trägt, die mittels eines Treibriemens 84 mit einer Riemenscheibe 85 verbunden ist, sorgt für eine gleichmäßige Drehung der Gesamtanordnung Masken Substrate. Die Riemenscheibe 85 ist auf einer Achse 86 befestigt, die ebenfalls die identischen Ritzel 87 und 88 antreibt. Das Ritzel 87 greift in das Zahnrad 89 ein, das die Achse 11 des Dornes 14 über einen Stift 90 antreibt, der am ' Handrad 91'befestigt ist, das wiederum mit der Achse 11 über den Stift 92 fest verbunden ist. Das Ritzel 88 greift in ein Zahnrad 93 ein, das mit der Antriebsachse 12 des Bajonettverschlusses 13 fest verbunden ist und die koaxial zur Achse 11 des Dornes 14 angeordnet ist. Das Zahnrad 93 liegt auf der Platte 6 auf, die das obere Ende des Vekuumgefäßes abschließt, und zwar mittels eines Kugellagers, das durch die Kugeln 94 schematisch angedeutet ist. In der Ruhestellung oder während der Verfahrensschritte, bei denen der Dorn 14 und der Bajonettverschluß 13 gleichzeitig angetrieben werden, greift der Stift 90 in eine Bohrung 95 des Zahnrades 89 ein. Eine Feder 96 ruht einerseits auf der unteren Platte 97 des Handrades 91 und andererseits auf der Scheibe 98, die das obere Ende der Achse 11 abkapselt. Ein am Umfang der Drehplatte 100 befestigte Finger¹·' trägt an seinem freien Ende einen Anschlag 101, der senkrecht zur Ebene der Platte 100

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angeordnet ist. Eine Sperrklinke 102, die ausführlicher in Figur 8 dargestellt ist, weist eine Nase 103 auf, die in die Umfangsnuten t)4 der Platte 100 eingreift.

Bei der in den Figuren 7 und 8 dargestellten Stellung, wobei letztere einen Transversalschnitt durch die Antriebsvorrichtung nach Figur 7 ist, die insbesondere die Winkelverschiebung des Domes 14 bezüglich des Bajonettverschlusses 13 ermöglicht, ist angenommen, daß der Antriebsmotor 81 in Ruhestellung ist. Wird das Handrad 91 nach oben bewegt, so löst sich der Stift 90 aus der Bohrung 95, so daß die Achsen 11 und 12 entkoppelt werden. Das durch eine Nase 80 verlängerte Handrad 91 wird anschließend um ungefähr eine 3/4 Umdrehung im trigonometrischen Sinn gedreht, bis es gegen einen Stift 110 anliegt, der von der Verlängerung 111 der drehbaren Sperrklinke 102 getragen wird. Die Nase 80 nimmt schließlich die Stellung 80· ein, nach dem sie die Verlängerung 111 gegen einen Anschlag 112 zurückgedrückt hat und die Sperrklinke 102 um eine Schwenkachse 113 gedreht hat, so daß sie die gestrichelte Stellung 102' einnimmt. In der Ruhestellung drückt die Sperrklinke 102 gegen einen Anschlag 114 unter der Einwirkung einer Feder 115, wobei die Nase 103 in eine der Nuten 104 eingreift. In dieser Stellung 102' hat sich die Nase 103 aus der Nut 104 der Platte 100 gelöst, die dadurch freigegeben ist und sich im Uhrzeigersinn unter der Einwirkung einer Feder 116 bewegt. Der Finger 99 der Platte 100 nimmt nacheinander die Stellungen 99 ^T und 99'' ein. Um zu verhindern, daß bei jeder folgenden Umdrehung der Nase 80 die Platte 100 sich um einen Winkel dreht, der größer als der Zentrumswinkel ist, der zwei Nuten 104 trennt, ist die Platte 100 mit einer Reihe von Stiften 117, 118, 119 versehen, die nacheinander mit der Spitze der Sperrklinke 102 in Berührung kommen, wenn diese die Stellung 102^f einnimmt*

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Das Aufbringen einer Vielzahl von Schichten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt dabei durch folgende Verfahrensschritte:

- die Masken und die Substrate werden auf ihren entsprechenden drehbaren Platten angeordnet und der Dorn 14 wird im Bajonettverschluß 13 mittels der Feststellschraube 9 verriegelt,

- das Vakuumgefäß 1 wird durch Anschluß an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe evakuiert,

- die Temperatur im Vakuumgefäß wird ungefähr auf 100° C durch die Heizvorrichtung 7 gebracht,

- die Gesamtanordnung Substrate - Masken wird durch den Motor 81 über Riemenscheiben, Ritzel und Antriebsriemen, wie oben beschrieben, in eine gleichförmige Drehung versetzt und zwar über die Antriebsachsen 11 und 12 der Platten 22 und 21,

- das Schiffchen mit dem ersten auf den Substraten aufzubringenden Stoff wird erhitzt, die das Schiffchen verschließende Verschlußvorrichtung wird geöffnet und das Aufbringen der ersten Schicht erfolgt,

- das Wechseln der Masken wird schließlich dadurch vorgenommen, daß das Handrad 91 derart nach oben bewegt wird, daß der Stift 90 aus der Bohrung 95 befreit wird durch Drehen des Handrades 91 um ungefähr J>/k Umdrehungen, wodurch aufgrund seiner Kopplung mit dem Gewindebolzen 31 die Platten 21 und 22 voneinander entfernt werden, so daß die Platte 22 relativ zur Platte 21 bewegt wird, wie es im Zusammenhang mit Figur 8 beschrieben ist, wonach das Handrad in seine ursprüngliche Stellung zurückgebracht wird, so daß die Platten 21 und 22 einander angenähert werden, wonach schließlich die Achsen 12 und 11 mittels der Stifte 90 und 92 gekoppelt werden. In diesem Augenblick ist die Vorrichtung zum Aufbringen einer zweiten Schicht vorbereitet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht also ein regel-

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mäßiges Aufbringen aufeinanderfolgender homogener Schichten/ mit maximaler Reproduzierbarkeit, und zwar im Vakuum zu verdampfender Schichten auf eine große Anzahl von Substraten
durch verschiedenartige Masken hindurch.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum aufeinanderfolgenden Aufbringen im Vakuum zweier oder mehrerer Schichten durch Masken hindurch auf eine Vielzahl von Substraten, wobei jede Schicht gleichzeitig auf eine bestimmte Anzahl von Substraten, durch die jeweils der aufzubringenden Schicht entsprechenden Maske hindurch aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Substrate auf einer drehbaren Unterlage angeordnet v/erden, daß jedes Substrat gegenüber je einer ersten Maske gebracht wird, daß diese ersten Masken auf jedes Substrat aufgelegt werden, daß auf die Substrate durch die ersten Masken hindurch eine erste Schicht aufgebracht wird bei gleichzeitiger relativ zueinander erfolgender gleichförmiger Drehung der Gesamtanordnung Masken - Substrate, sowie wenigstens einer ersten die entsprechende aufzubringende Schicht aussendenden Materiaiquelle, daß nach erfolgtem ersten Aufbringen jedes Substrat in eine bestimmte Stellui?.t/feu einer zweiten Maske gebracht wird, daß diese zweiten Masken auf die Substrate aufgelegt weden, daß auf die Substrate durch die zweiten Masken hindurch eine zweite Schicht aufgebracht wird bei gleichzeitiger relativ zueinander erfolgender gleichförmiger Drehung der Gesanrtanordnung Masken - Substrate, sowie wenigstens einer zweiten die entsprechende aufzubringende Schicht aussendenden Materialquelle und daß die gleichen Verfahrensschritte für jede weitere aufzubringende Schicht wiederholt werden.

i Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß auf ein und derselben Unterlage η Substrate kreisförmig angeordnet werden, daß auf dem Maskenhalter η Reihen von je j> Masken angeordnet werden, wobei p_ die Zahl der verschiedenen, nacheinander jedem der n_ Substrate

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zugeordneten Masken ist, daß vor dem Aufbringen der ersten Schicht die η ersten identischen Masken gegenüber den Substraten angeordnet werden, wobei die η (p-i) anderen Masken sich gegenüber den η Zwischenräumen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Substraten befinden und daß zwischen dem Aufbringen einer Schicht und der nächstfolgenden der Maskenhalter um einen Winkel 2 Tf /np relativ zur Substratunterlage gedreht wird.

J5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß auf einer Unterlage eine bestimmte Anzahl Substrate auf wenigstens einem Kreis angeordnet werden, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse des Halters liegt, daß jedes Substrat nacheinander mit drei verschiedenen Masken zur Deckung gebracht wird, wobei die erste ursprünglich gegenüber dem Substrat angeordnet ist und sich die beiden anderen gegenüber den Zwischenräumen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Substraten befinden und daß die zweiten und dritten Schichten entsprechend den zweiten und dritten verschiedenen Masken nacheinander aufgebracht werden, nachdem der Maskenhalter relativ zur Substratunterlage um einen Winkel verdreht wurde, der zuerst gleich einem Drittel und danach zwei Dritteln des Zentrumswinkels ist, der zwei aufeinanderfolgende Substrate trennt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zu verdampfenden Stoffe in festen Schiffchen im Inneren des Vakuumbehälters angeordnet werden und daß während der Verdampfungsphase und der Aufbringungsphase der in den Schiffchen enthaltene Stoff sowie die drehbaren Substratunterlagen und Maskenhalter in gleichförmige Drehungen versetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

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net , daß im Inneren des Gefäßes eine Temperatur zwischen 80° C und 120° C erzeugt wird und daß der in einem Schiffchen enthaltene Stoff wenigstens während der Verdampfungsphase und der Aufbringungsphase der entsprechenden Schicht aufgeheizt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des in den Ansprüchen 1 bis 5 dargestellten Verfahrens, bestehend aus einem Vakuumgefäß, wenigstens einer Substratunterlage, wenigstens einem Maskenhalter und Vorrichtungen zum Aufbringen zweier oder mehrerer Schichten mittels Verdampfung von Stoffen,dia in Verdampfungsschiffchen enthalten sind, durch Masken hindurch auf die Substrate, dadurch gekennzeichnet , daß die Substratunterlage eine waagrechte drehbare Platte aufweist, daß der Maskenhalter eine drehbare Platte aufweist in einer zur ersten Ebene parallelen Ebene und daß die Vorrichtungen zum Aufbringen der Schichten wenigstens ein Schiffchen aufweisen, das die aufzubringenden Stoffe enthält, eine Maskenwechselvorrichtung, die sowohl ein Annähern und ein Entfernen der drehbaren Platten zueinander und voneinander als auch einen Vorschub der einen relativ zur anderen ermöglicht, eine Justiervorrichtung für die Masken relativ zu den Substraten, sowie eine Antriebsvorrichtung zum gleichförmigen Drehen der Gesamtanordnung Substrate-Masken.

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die drehbare Unterlage für die Substrate eine kreisförmige Platte aufweist, die mit auf konzentrischen Kreisen angeordneten Öffnungen versehen ist, um gleitbare Dosen aufzunehmen, an deren inneren Wände die Substrate befestigt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich-

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net , daß die die Substrate tragenden Dosen mit festen und einstellbaren beweglichen Vorsprüngen versehen sind, um die Substrate zu zentrieren und sie relativ zu den Masken anzuordnen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Dosen Bohrungen aufweisen, in die Stifte des Maskenhalters eingreifen können, um dergestalt eine genaue Positionierung der Maske relativ zu den Substraten zu ermöglichen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Dosen wenigstens eine Feder aufweisen, die sie an ihrem Platz auf der Platte hält und die für einen genauen Kontakt des Substrates mit der gesamten nutzbaren Fläche der Maske sorgt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , &*ß der obere Teil des Gefäßes eine Infrarotstrahlen aussendende Heizvorrichtung aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der untere Teil des Gefäßes wenigstens zwei fest angeordnete Schiffchen aufweist, wobei jedes mit einer gepreßten, eine Höhlung aufweisenden Platte versehen ist, um den zu verdampfenden Stoff aufzunehmen und daß er ein Widerstandsteil mit großem, elektrischem Widerstand aufweist, sowie elektrische Anschlüsse, um ihm einen elektrischen Strom zuzuführen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte selbst aus einem Widerstandsmaterial besteht und daß die Stromzuführungsanschlüsse gleichzeitig als Plattenstützen dienen.

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14'. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet , daß jedes Schiffchen einen Verschlußflügel aufweist, das von einem unabhängigen elektrischen Motor betätigt wird, um das Schiffchen während der Verfahrensschritte zu verschließen, während denen es nicht benötigt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Drehachse für die gleichförmige Drehung der Gesamtanordnung Substrate - Masken koaxial zur Achse der Maskenwechselvorrichtung ist und daß die die Masken tragende Platte und die die Substrate tragende Platte im Vakuumgefäß an den freien Enden der Achsen befestigt sind.

16. Vorrichtung nach Ansprüchen 6 und 15, dadurch g e τ kennzeichnet , daß die Maskenwechselvorrichtung eine Sicherheitseinrichtung aufweist, um zu vermeiden, daß die (i+2)-te:.Schicht durch die (i+2)-te _# Maske hindurch direkt auf die _i^-te Schicht aufgebracht, bevor noch die (i+1)~te Schicht aufgebracht worden ist, wobei diese Einrichtung ein Ratschenrad und eine Sperrklinke enthält, deren Bewegung von einem Nocken und einer Blockiereinrichtung gesteuert werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Maßkenwechselvorrichtung einen Gewindebolzen aufweist, der mit einer Mutter derart zusammenwirkt, daß die die Masken tragende Platte relativ zur die Substrate tragenden Platte entfernt oder angenähert wird.

18. Vorrichtung nach Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet , daß das Ratschenrad von einer verbreiterten Zone der Mutter der Maskenwechselvorrichtung gebildet wird, die am Umfang angeordnete Nuten aufweist, deren Zahl gleich der Zahl der verschiedenen mit der Oberfläche der Substrate zur Deckung zu bringenden

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Masken ist, während die Sperrklinke einen angelenkten Hebel aufväst, der mit einem festen Stift versehen ist, und der von einer Feder in einer derartigen Stellung gehalten wird, daß der Stift in eine der Nuten eingreift,

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß an dem die Sperrklinke steuernden Nocken ein zweiter Hebel angelenkt ist, der mit einem an der Mutter fest angeordneten Stift derart zusammenwirkt, daß der Stift der Sperrklinke nicht von einer ersten Nut zu einer dritten Nut weiterspringt, ohne vorher in die zweite Nut eingegriffen zu haben.

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