DE2635008A1

DE2635008A1 - Substrattraeger fuer vakuumbeschichtungsanlage

Info

Publication number: DE2635008A1
Application number: DE19762635008
Authority: DE
Inventors: Roman Schertler; Hermann Dipl Ing Woessner
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-08-04
Publication date: 1977-02-24
Also published as: NL168886B; DE2635008C3; NL168886C; FR2322936A1; DE2635008B2; CH599982A5; NL7511898A; GB1562822A; US4034704A; FR2322936B1

Description

BALZERS HOCHVAKUUM GMBH, Siemensstrasse 11, D 6201 Nordenstadt

Substratträger für Vakuumbeschichtungsanlage

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vakuumbeschichtungsanlagen, welche eine evakuierbare Kammer und einen darin angeordneten drehbaren Substratträger für die zu beschichtenden Gegenstände aufweisen. Es ist bekannt, bei Vakuumbeschichtungsanlagen, vorzugsweise bei Vakuumauf dampf- oder Kathodenzerstäubungsanlagen, die meist als Drehkorb ausgebildete Haltevorrichtung für die zu beschichtenden Gegenstände in Rotation zu versetzen, um eine gleichmässlgere Beschichtung zu erzielen. Ferner sind Haltevorrichtungen mit zentralem Antrieb und mit wendbaren Trägerplatten für die zu beschichtenden Gegenstände bekannt, welche ohne Unterbrechung des Vakuums gewendet werden können. Dies ist vorteilhaft, da man auf diese Weise beide Seiten der Trägerplatten mit Gegenständen belegen und so die Anlage wirtschaftlicher ausnützen kann, oder die Gegenstände (z.B. Linsen),

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die In Aussparungen der Trägerplatte befestigt sind, in einem Arbeitsgang beidseitig beschichten kann.

Halte- und Wendevorrichtungen für Vakuumbeschichtungsanlagen sind schon mehrfach beschrieben worden; z.B. in DP 962 488, DP 966 014, USP 2 532 971, USP 2 260 471, USP 3 396 696, USP 3 643 625, DT-os 1 913 318, DT-OS 2 209 857, DT-AS 2 306 173, Oe-PS I99 904.

Die bekannten Einrichtungen weisen, soweit sie sowohl die erwähnte Rotationsbewegung als auch das Wenden der Trägerplatten für die zu beschichtenden Gegenstände ermöglichen, meistens getrennte Antriebsmechanismen für diese beiden Bewegungen auf und besitzen deshalb meist zwei getrennte vakuumdichte Bewegungsdurchführungen. Manche der bekannten Einrichtungen sind sehr platzraubend und wegen der Kompliziertheit ihrer Getriebe sehr störanfällig.

Die in der DT-OS 2 306 173 beschriebene Vakuumbe schi chtungsanlage vermeidet den genannten Nachteil. Sie besteht aus einer evakuierbaren Kammer, einer darin angeordneten drehbaren Haltevorrichtung mit Halteplatten-für die zu beschichtenden Gegenstände, zugehörigen Einrichtungen zur Beschichtung dieser Gegenstände, vorzugsweise mit einer Verdampfungs- oder Kathodenzerstäubungseinrichtung, wobei Antriebsmittel vorgesehen sind, um die Haltevorrichtung

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während der Beschichtung in Drehung um eine vorzugsweise vertikale Achse versetzen zu können und weitere Mittel, um die Trägerplatten wenden und dadurch in zwei verschiedene Beschichtungspositionen bringen zu können. Charakteristisch für die bekannte Anlage ist, dass ein um die Achse der drehbaren Haltevorrichtung drehbar gelagerter Antriebsring vorgesehen ist, welcher mit dem Wendemechanismus der Trägerplatten derart gekoppelt ist, dass jeder der beiden Drehrichtungen des Antriebsringes je eine Richtung des Wendens entspricht, und dass ferner Mittel vorgesehen sind, um die Wendebewegung in der jeweiligen Richtung nach Erreichen einer der beiden Beschichtungspositionen zu sperren, so dass die die Halteplatten tragende Haltevorrichtung bei weiterer Drehung des Antriebsringes in gleicher Richtung von dieser mitgenommen wird.

Es hat sich aber herausgestellt, dass diese bekannte Einrichtung insofern nicht befriedigte, als das Wenden der Halteplatten nicht, betriebssicher genug erfolgte. Besonders tritt diese Schwierigkeit in BeSchichtungsanlagen auf, in denen zusätzliche Heizeinrichtungen vorgesehen sind,um (wie es für manche Beschichtungsverfahren erforderlich ist) die Substrate während der Beschichtung auf höherer Temperatur zu halten. Solche.Heizeinrichtungen sind meist als über der Haltevorrichtung für die Substrate angeordnete Heizstrahler ausgeführt. Infolge der in den einzelnen Bauteilen der Anlage dann

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auftretenden Temperaturgradienten und der damit verbundenen unterschiedlichen thermischen Ausdehnung dieser Teile kann es dazu kommen, dass bereits eine Blockierung der Relativbewegung zwischen dem Antriebsring einerseits und den das Wenden der einzelnen Halteplatten bewirkenden Zahnrädern andererseits eintritt, bevor die Wendebewegung beendet ist, d.h. noch während die Halteplatten sich in einer Zwischenposition zwischen den beiden Beschichtungspositionen befinden. Tritt dieser Fall ein, dann muss der Aufdampfprozess unterbrochen und die Vakuumkammer geöffnet werden, was oft ein Verderben des gerade in der Anlage befindlichen Beschichtungsgutes, mindestens aber Zeitverlust zur Folge hat.

Eine weitere bekannte Beschichtungsanlage (DT-OS 1 913 318) vermeidet ebenfalls eine gesonderte Bewegungsdurchführung für das Wenden der Halteplatten durch entsprechende Kupplungsglieder zur Betätigung von mehr als einer der im Vakuumraum angeordneten bewegbaren Einrichtungen. Sie weist einen im Innern einer Vakuumglocke um eine vertikale Achse drehbaren Trägerteller, für die zu beschichtenden Gegenstände auf, mit einem den Träger um eine etwa senkrecht zu seiner Drehachse gerichtete Achse um l80° umklappenden Mechanismus, der derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Ingangsetzung seiner Arbeitsgänge über Bauteile erfolgt, die bereits zum Betätigen anderer Funktionen der Gesamtanlage von

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von aussen in den Evakuierungsraum führen. Insbesondere ist bei dieser bekannten Anlage vorgesehen, dass der Umklappmechanismus mittels der Betätigungseinrichtung für die der Verdampfungsoder Zerstäubungsquelle zugeordneten Blende bedienbar ist.

Eine solche Kopplung zwischen der Betätigung der Blende und dem Wenden der Halteplatten ist aber unerwünscht und nur für spezielle Anwendungsfälle zulässig, für welche der Mechanismus dann entsprechend konstruiert sein muss. Im bekannten Falle wird ein Beispiel erwähnt, bei dem die Wendebewegung mit der Betätitungseinrichtung für die über einer Verdampfungsquelle befindliche Blende gekoppelt ist, derart, dass zwecks Einleitung des Bedampfungsvorganges die Blende geöffnet werden kann, ohne dass der Wendemechanismus in Aktion tritt. Wird die Blende aber dann zur Unterbrechung der Bedampfung wieder geschlossen, dann wird gleichzeitig über einen entsprechenden Schaltnocken das Wenden der Halteplatten um l8o° bewirkt. Eine solche. Einrichtung erlaubt jedoch nur das einmalige Bedampfen einer Plattenseite, Mehrfachschichten können damit nicht hergestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform der bekannten Einrichtung ist dann zwar vorgesehen, dass das Umklappen beliebig oft im gleichen Vakuum wiederholt werden kann, jedoch bleibt auch dann noch die Kopplung zwischen Wenden der Substratträger und Betätigung der Blende bestehen.

Die vorliegende Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, einen Substratträger für Vakuumbeschichtungsanlagen so

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auszubilden, dass das Wenden der Substrathalteplatten unabhängig von der Betätigung anderer Bedienungselemente der Anlage erfolgen kann, aber keine eigene Bewegungsdurchführung benötigt wird. Hiefür bietet sich - wie schon im Falle der Anlage gemass DT-OS 2 306 173 - die Bewegungsdurchführung für das Rotieren der Halteplatten während der Beschichtung an, da dies die einzige Punktion in einer Beschichtungsanlage darstellt, bei der der Drehsinn keine Bedeutung hat. Man kann den Drehsinn also für die Festlegung von zwei Beschichtungspositionen, also für das Wenden der Halteplatten auf die eine oder die andere Seite ausnutzen. Die Erfindung zeigt hiefür eine neue betriebssichere Konstruktion; gleichzeitig ist der erfindungsgemässe Substratträger als sogenanntes Planetengetriebe ausgebildet, d.h. die Halteplatten bewegen sich während der Beschichtung um eine zentrale (meist vertikale) Achse und zusätzlich um eine zweite (zu der ersten meist senkrecht stehende) Achse. Derartige Planetengetriebe sind ansich bekannt und haben sich in der Beschichtungstechnik sehr bewährt. Der Erfindung liegt also die spezielle Aufgabe zugrunde, einen neuartigen als Planetengetriebe ausgebildeten Substrathalter anzugeben, wobei die Beschichtungsposition allein durch die Drehrichtung festgelegt wird und kein zusätzlicher Bewegungsmechanismus zum Wenden der Platten erforderlich ist.

Der erfindungsgemässe rotierende Substratträger für Vakuumbeschichtungsanlagen mit zentralem Antrieb mittels einer durch die

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Vakuumkammer hindurchgeführten Welle, wobei mit der zentralen Welle mehrere Haltearme für je einen Trägerkopf vorgesehen sind, und jeder Trägerkopf mehrere an ihm drehbar gelagerte und über ein Zahnradgetriebe miteinander gekoppelte Substrathalteplatten trägt, die eine Wendebewegung um ihre Drehachse ausführen können, ist dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe zweier am Trägerkopf gelagerter und gegenläufig wirksamer Sperrklinken im Zusammenwirken mit einer ortsfesten Nockenscheibe einerseits und einer am Zahnrad befestigten Kurvenscheibe andererseits bewirkt wird, dass das auf die Antriebswelle ausgeübte Antriebsmoment nur dann eine Drehbewegung des Trägerkopfes bewirken kann, wenn die Wendestellung der Trägerplatten dem Drehrichtungssinn entspricht, andernfalls zuerst eine Wendebewegung erzwungen wird, so dass jede der beiden Drehrichtungen einer bestimmten Wendestellung zugeordnet ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung an Hand der anliegenden Zeichnungen näher beschrieben.

Die Figur 1 zeigt einen Vertikälschnitt durch eine Vakuumbedampfungsanlage mit einem erfindungsgemässen Wendeplanetengetriebe.

Die Figuren 2a und 2b, die einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1 darstellen, zeigen den bei dieser Anlage vorgesehenen Sperrklinkenmechanismus in den beiden Arbeitsstellungen.

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Im Ausführungsbeispiel· ist die Beschichtungskammer 21 nur schematisch dargestellt; sie weist oben einen Flansch 22 für einen Deckel 23 auf, der das gesamte Planetenwendegetriebe trägt. Die Beschichtung der von diesem getragenen Substrate erfolgt beispielsweise durch Vakuumaufdampfen, wozu die schematisch angedeutete Dampfquelle 24 dient. Es kann jede Art von Dampfquelle vorgesehen werden, also insbesondere die üblichen elektrisch beheizten Verdampfungstiegel, sowie Elektronenstrahl Verdampfungseinrichtungen. Die Dampfquelle 24 kann aber auch eine Einrichtung zur Kathodenzerstäubung sein. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet 24 einfach jedwede Art einer Vorrichtung, von der beim Betrieb unter einem gewissen Raumwinkel Atome oder Moleküle ausgesandt werden, die sich auf den zu beschichtenden Substraten niederschlagen können. Bei den üblichen Beschichtungsverfahren muss dabei stets Unterdruck angewendet werden, die Kammer 21 also evakuierbar sein, um den Unterdruck herstellen zu können. Dazu dient der Evakuierungsstutzen 25, an den entsprechende Pumpen anzuschliessen sind. Durch den Deckel ist die vertikale zentrale Antriebsachse l6 vakuumdicht hindurchgeführt.

Die einzelnen Subs trat trägerplatten 1 sind mittels "Lager 17 am Trägerkopf 2 drehbar gelagert und über Zahnräder 3 und 4 miteinander gekoppelt. Das Zahnrad 4 ist mit seiner Achse drehbar im

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Antriebsgehäuse 5 und im Trägerkopf 2 gelagert. Der Antrieb des Zahnrades ¹J- erfolgt über die Welle 6 und Kegelräder 7 und Die Wellen 6 ihrerseits weisen an ihrem anderen Ende ebenfalls Zahnräder l8 auf, die bei einer Drehbewegung der zentralen Antriebswelle l6 und damit der Haltearme 20 an dem Zahnkranz 26 an der Aussenseite des Zylinders 27 abrollen.

Das Antriebsmoment der Welle 6 wird also zunächst auf das Zahnrad 4 übertragen. Dieses Antriebsmoment kann nun benützt werden entweder zum Wenden der Substrathalteplatten oder zum gleichzeitigen Drehen aller von dem Trägerkopf 2 getragenen Halteplatten, die zusammen eine drehbare Kalotte bilden, um die Welle 6'. Je nach dem, ob der Trägerkopf 2 gegenüber dem Antriebsgehäuse 5 oder gegenüber dem Zahnrad 4 festgehalten wird, tritt eine Wendebewegung oder eine Drehbewegung ein.

Damit nach jedem Drehrichtungswechsel zwangsläufig zuerst Wenden und dann erst eine Drehbewegung erfolgt, ist die folgende Einrichtung vorgesehen: Der Trägerkopf 2 ist mit zwei gegenläufig wirkenden Sperrklinken 9^{r ur}*d 9' ' ausgestattet, die durch Anschlag an einer am Antriebsgehäuse 5 befestigten Nockenscheibe 10, deren Form aus der Figur 2 ersichtlich ist, die Drehbewegung des Trägerkopfes in der einen oder in der anderen Richtung sperren können. Eine am Zahnrad 4 befestigte Kurvenscheibe 11 sorgt dafür,

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dass immer nur eine Klinke in Sperrstellung eingerückt ist, während die andere abgehoben, d.h. unwirksam ist. In der Figur 2a ist die Klinke 9' durch Anschlag an der Nockenscheibe in Sperrstellung, während die Klinke 9'' durch die Kurvenscheibe 11 abgehoben ist, sodass sich die Substrathalteplatten nur in der eingezeichneten Richtung bewegen können.

Wird nun die Drehrichtung umgekehrt, so ist zunächst wegen der Klinke 9' der Trägerkopf 2 arretiert. Das Antriebsmoment wirkt jedoch auf das Zahnrad 4 und auf die mit ihm verbundene Kurvenscheibe 11, die sich somit relativ zum Trägerkopf entgegen der Pfeilrichtung bewegt. Diese Bewegung bewirkt, wie aus der Form der Kurvenscheibe ersichtlich, dass zunächst die Klinke 9'' in Eingriff kommt und schliesslich die Klinke 9^f abgehoben wird. Dieser Fall ist in Figur 2b dargestellt. Mit dem Abheben der Klinke 9' ist die Relativbewegung der Kurvenscheibe - begrenzt durch Anschlagbolzen 12 - beendet und die Drehbewegung in der umgekehrten Richtung freigegeben.

Die Relativbewegung zwischen Kurvenscheibe 11 und Zahnrad 4 bewirkt also, wie ersichtlich, ein gleichzeitiges Wenden aller vom Trägerkopf 2 getragenen Substrathalteplatten. Der Anschlagbolzen und die an der Achse jeder Substrathalteplatte angebrachte Kippfeder 13 sorgen für eine genaue l8o°-Drehung.

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~ 11 -

An der zentralen Antriebswelle l6 können mehrere Arme 6 mit je einem Antriebsgehäuse 5, Trägerkopf 2 und mehreren zugeordneten Substrathalteplatten 1 vorgesehen werden. Auf der rechten Seite der Figur 1 ist eine zweite derartige Einrichtung in Ansicht dargestellt, wobei drei Substrathalteplatten 1 sichtbar sind, Im allgemeinen wird man, um die Kapazität der Anlage möglichst gross zu machen, mehr Arme 20 vorsehen. Je nach der Grosse der Vakuumkammer, der Länge der Arme und der Grosse der Halteplatten bzw. der damit gebildeten Kalotten (Planeten) können im allgemeinen mindestens 3 bis 6 Planeten untergebracht werden.

Die Figur 3 zeigt in vergrösserter Darstellung und in Ansicht von oben eine einzelne von einem Trägerkopf 2 getragene Kalotte, die durch fünf Substrathalteplatten gebildet wird. Die Numerierung der Teile entspricht derjenigen der Figur 1.

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Claims

PATENTANSPRUCH

Rotierender Substratträger für Vakuumbeschichtungsanlagen, mit zentralem Antrieb mittels einer durch die Vakuumkammer hindurchgeführten Welle, wobei mit der zentralen Welle mehrere Haltearme für je einen Trägerkopf vorgesehen sind, und jeder Trägerkopf mehere an ihm drehbar gelagerte und über ein Zahnradgetriebe miteinander gekoppelte Substrathalteplatten trägt, die eine Wendebewegung um ihre Drehachse ausführen können, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe zweier am Trägerkopf (2) gelagerter und gegenläufig wirksamer Sperrklinken (9**9'') i^m Zusammenwirken mit einer ortsfesten Nockenscheibe (1O) einerseits und einer am Zahnrad (4) befestigten Kurvenscheibe (ll) andererseits bewirkt wird, dass das auf die Antriebswelle (8) ausgeübte Antriebsmoment nur dann eine Drehbewegung des Trägerkopfes (2) bewirken kann, wenn die Wendestellung der Trägerplatten dem Drehrichtungssinn entspricht, andernfalls zuerst eine Wendebewegung erzwungen wird, so dass jede der beiden Drehrichtungen "einer bestimmten Wendestellung zugeordnet ist.

PR 75^9

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