DE2635008C3

DE2635008C3 - Substratträger für Vakuumbeschichtungsanlagen

Info

Publication number: DE2635008C3
Application number: DE2635008A
Authority: DE
Inventors: Roman Wolfurt Schertler
Original assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Current assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-08-04
Publication date: 1982-05-13
Also published as: NL168886B; NL168886C; DE2635008A1; FR2322936A1; DE2635008B2; CH599982A5; NL7511898A; GB1562822A; US4034704A; FR2322936B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vakuumbeschichtungsanlagen, welche eine evakuierbare Kammer und einen uarin angeordneten drehbaren Substratträger für die zu beschichtende:· Gegenstände aufweisen. Es ist bekannt, bei Vikuumbeschichtungsanlagen, vorzugsweise bei Vakuumaufdr «npf- oder Kathodenzerstäubungsanlagen, die meist als Drehkorb ausgebildete Haltevorrichtung für die zu beschichtenden Gegenstände in Rotation zu versetzen, um eine gleichmäßigere 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 ausnutzen kann, oder die Gegenstände (z. B. Linsen), 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 DEPS 9 62 488, DE-PS 9 66 014, US-PS 25 32 971, US-PS 22 60471, US-PS 33 96 696, US-PS 36 43 625, DE-OS 19 13 318, DE-OS 22 09 857, DE-OS 23 06 173,AT-PS 199 904.

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 meist zwei getrennte vakuumdichte Bewegungsdurchführungen. Manche der bekannten Einrichtungen sind sehr platzraubend und wegen der Kompliziertheit ihrer Getriebe sehr störanfällig.

Die in der DE-OS 23 06 173 beschriebene Vakuumbeschichtungsanlage 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 Verdampfungsoder Kathodenzerstäubungseinrichtung, wobei Antriebsmittel vorgesehen sind, um die Haltevorrichtung während der Beschichtung in Drehung um eine vertikale Achse versetzen und die Trägerplatten wenden zu • können. Dabei entspricht jeder der beiden Drehrichtungen je eine Richtung des Wendens, und es stnd Mittel

ίο vorgesehen, um die Wendebewegung nach Erreichen einer der beiden Beschiehtungspositionen zu sperren, womit die die Halteplatten tragende Haltevorrichtung bei weiterer Drehung mitgenommen wird. Das auf die Antriebswelle ausgeübte Antriebsmoment kann also nur dann eine Drehbewegung der Substrathalter bewirken, wenn deren Wendestellung dem Drehrichtungssinii entspricht; andernfalls wird zunächst eine entsprechende Wendebewegung erzwungen. Die Beschichtungsposition ist dabei allein durch die Drehrichtung festgelegt, und es ist kein zusätzlicher Bewegungsmechanismus zum Wenden der Substrathalter mehr erforderlich.

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 Sabstrate angeordnete Heizstrahler ausgeführt. Infolge der in den einzelnen Bauteilen der Anlage dann 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 einzelenen Halteplatten bewirkenden Zahnrädern andererseits eintritt, bevor die V/ondebewegung beendet ist, d. h. noch während die Haltey'atten sich in einer Zwischenposition zwischen den beiden Beschiehtungspositionen 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 (DE-OS 19 13 318) 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 7U beschichtenden Gegenstände auf, mit einem den Träger um eine etwa senkrecht zu seiner Drehachse gerichtete Achse um 180° 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 außen in den Evakuierungsraum führen, Insbesondere ist bei dieser bekannten Anlage vorgesehen, daß der Umklappmechanismus mittels der Betätigungseinrichtung für die der Verdampfungs· oder 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 Betätigungseinrichtung 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 180° 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 Substraiträger für Vakuumbeschichtungsanlagen so auszubilden, daß das Wenden der Substrathalteplatten unabhängig von der Betätigung anderer Bedienungselemente der Anlage betriebsicher erfolgen kann, und ebenfalls keine eigene Bewegungsdurchführung benötigt wird. Hierfür bietet sich — wie schon im Falle der Anlage gemäß DE-OS 23 06 173 — die Bewegungsdurchführung für das Rotieren der Halteplatten während der Beschichtung an, da dies die einzige Funktion in einer Beschichtungsanlage darstellt, bei der der Drehsinn keine Bedeutung hat. Man kann den Drehsinn also für die Festlegung von zwei Besnhichtungspositionen, also für das Wenden der Halteplatten auf die eine oder die andere Seite ausnutzen. Die Erfindung zeigt hierfür also eine neue im Betrieb sichere 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 an sich 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 Seschichtungsposition allein durch die Drehrichtung festgelegt wird und kein zusätzlicher Bewegungsmechanismus zum V/enden der Platten erforderlich ist.

Der erfindungsgemäüe rotierende Substratträger für Vakuumbeschichtungsanlagen, mit zentralem Antrieb mittels liner durch die Vakuumkammer hindurchgeführten Welle, wobei mit der zentralen Welle mehrere Haltearme für je einen Trägerkopf gekoppelt 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, wobei das auf die Antriebswelle ausgeübte Antriebsmoment nur dann eine Drehbewegung des Trägerkopfes bewirken kann, wenn die Wendestellung der Substrathalteplatten dem Drehrichtungssinn entspricht, andernfalls zuerst eine Wendebewegung erzwungen wird, so daß jede der beiden Drehrichtungen einer bestimmten Wendestellung zugeordnet ist. ist gekennzeichnet durch zwei am Trägerkopf gelagerte und gegenläufig wirksame Sperrklinken im Zusammenwirken mit einer ortsfesten Nockenscheibe einerseits und einer an dem über die Welle und Kegelräder angetriebenen Zahnrad befestigten Kurvenscheibe andererseits.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung an Hand der anliegenden Zeichnungen näher beschrieben.

Die F i g. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Vakuumbedampfungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Wendeplanetengetriebe.

Die Fig.2a und 2b, die einen Schnitt nach der Linie H-II der F i g. 1 darstellen, zeigen den bei dieser Anlage vorgesehenen Sperrklinkenmechanismus in den beiden ArbeitssteHungen.

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 eriolgt beispielsweise durch Vakuumaufdampfen, wozu die schematisch angedeutete Dampfquelle 24 dient Es kann jede Art von Dampfqueüe vorgesehen werden, v;,o insbesondere die üblich elektrisch beheizten Verdan.pfüngstiege! sowie Elektronenstrahlverdampfungseinrichtungen. 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

jo 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 23 ist die vertikale zentrale Antriebsachse 16 vakuumdicht hindurchgeführt

Die einzelnen Substratträgerplatten 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 Antriebsgehäuse 5 und ih:Trägerkopf 2 gelagert Der Antrieb des Zahnrades 4 erfolgt über die Welle 6 und Kegelräder 7 und 8. Die Wellen 6 ihrerseits weisen an ihrem anderen Ende ebenfalls Zahnräder 18 auf, die bei einer Drehbewegung der zentralen Antriebswelle 16 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 Antriebsgehrhise 5 oder gegenüber dim 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' und 9" ausgestattet, die tiurch Anschlag an einer am Antriebsgehäuse 5 befestigten Nockenscheibe 10, deren Form aus der F ί g. 2 ersichtlich ist, die Drehbewegung des Trägerkopfes in der einen cder in der anderen Richtung sperren können. Eine am Zahnrad 4 befestigte Kurvenscheibe 11 soret dafür, daß immer

nur eine Klinke in Sperrstellung eingerückt ist, während die andere abgehoben, d.h. unwirksam ist. In der Fig. 2a ist die Klinke 9' durch Anschlag an der Nockenscheibe 10 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 in 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' ι ί abgehoben wird. Dieser Fall ist in Fig. 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 bewirk! also, wie ersichtlich, ein gleichzeitiges Wenden aller vom Trägerkopf 2 getragenen Substrathalteplatten. Der Anschlagbolzen 12 und die an der Achse jeder Substrathalteplatte angebrachte Kippfeder 13 sorgen für eine genaue 180"-Drehung.

An der zentralen Antriebswelle 16 können mehrere Arme 6 mit je einem Antriebsgehäuse 5, Trägerkopf 2 und mehreren zugeordneten Substrathalteplatten 1 vorgesehen werden. Auf der rechten Seite der F i g. I 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 6 vorsehen. |e nach der Größe der Vakuumkammer, der Länge der Arme und der Größe der Halleplatten bzw. der damit gebildeten Kalotten (Planeten) können im allgemeinen mindestens 3 bis 6 Planeten untergebracht werden.

Die Fig. 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 Fig. 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Rotierender Substratträger für Vakuumbeschichtungsanlagen, mit zentralem Antrieb mittels einer durch die Vakuumkammer hindurchgefflhrten Welle, wobei mit der zentralen Welle mehrere Haltearme für je einen Trägerkopf gekoppelt 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, wobei das auf die Antriebswelle ausgeübte Antriebsmoment nur dann eine Drehbewegung des Trägerkopfes bewirken kann, wenn die Wendestellung der Substrathalteplatten dem Drehrichtungssinn entspricht, andernfalls zuerst eine Wendebewegung erzwungen wird, so daß jede der beiden Drehrichtungen einer bestimmten Wendesteliung zugeordnet ist, gekennzeichnet durch zwei am Trägerkopf (2) gelagerte und gegenläufig wirksame Sperrkliriken (9', 9") im Zusammenwirken mit einer ortsfesten Nockenscheibe (10) einerseits und einer an dem über die Welle (6) und Kegelräder (7, 8) angetriebenen Zahnrad (4) befestigten Kurvenscheibe (11) andererseits.