DE2834353A1 - Geraet zum aufdampfen von beschichtungen - Google Patents
Geraet zum aufdampfen von beschichtungenInfo
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Description
Grupe - Pellmann
— *3 —
Dipl.-ing. H.Tiedtke
Dipl.-Chom. G. Bühling Dipl.-lng. R. Kinne
Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann
Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2
Tel.: 089-539653
Telex: 5-24845 tipat
cable: Germaniapatent München
4- August 1978
B 9101/case F 5720
Canon Kabushiki Kaisha
Tokyo / Japan
Tokyo / Japan
Gerät zum Aufdampfen von Beschichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Aufbringen von Dünnschichtbelägen auf ein optisches oder
elektrisches Schaltkreiselement oder ein magnetisches Substrat und betrifft insbesondere Verbesserungen derartiger
Geräte hinsichtlich einheitlicher
909807/1006
Deutsche Bank (München) Kto. 51/6T070
Dresdner Bank (München) Kto 3939844
Postscheck (München) Kto. 670-43-804
Eigenschaften der Dünnschichten bzw. Filmschichten.
Ein bekanntes Bedampfungsgerät für die Behandlung einer Anzahl
Substratfüllungen in kontinuierlichem,einzyklischem Glockenschalenbetrieb
in Drehkopfbauweise ist beispielsweise in dem Ja-Gbm No. Sho 38-25633 vom 27. November 1963 beschrieben. Figur 1
zeigt eine Schnittansicht dieses Gerätes. Das Gerät umfaßt eine Bedampf ungskammer, die an der Unterseite einer runden Grundplatte
angeordnet und mit dem Innenraum eines Abschlusses in Form
einer Glockenschale durch eine in der Grundplatte vorgesehene 1 O
öffnung verbunden ist. Eine sich durch die Mitte der Grundplatte
erstreckende Welle lagert drehbar einen Drehkopf,auf welchem eine
Anzahl Substratfüllungen in kuppeiförmigen Trägern zum Beschichten angeordnet sind. Nachdem der Innenraum und die Kammer
mittels einer Pumpe evakuiert sind, wird jede Substratfüllung auf eine vorbestimmte Temperatur mittels eines entsprechenden
Heizgerätes durch Strahlungsenergie erwärmt und dann einen Schritt zur Anordnung über der Bedampfungskammer vorwärts bewegt, woraufhin
dann zu verdampfendes Material durch ein Heizgerät zur Ausbildung eines Dampfes erwärmt wird. Nachdem eine dünne FiImschicht
auf die Oberfläche eines jeden Substrats über der Kammer aufgebracht wurde, wird der Drehkopf einen Schritt zur Behandlung
der nächsten Substratfüllung gedreht. Nach der Beschichtung aller Substratfüllungen folgt eine Kühlung, woraufhin dann
die Glockenschale mit Hilfe eines Hydraulikmotors geöffnet wird, um die behandelten Substratfüllungen zu entfernen und sie durch
eine Anzahl neuer Füllungen unbehandelter Substrate zu ersetzen. Das Bedampfungsgerät in Drehkopfbauweise weist daher Nachteile
hinsichtlich der benötigten Zeitdauer zur Behandlung eines Substrats und hinsichtlich der Schwierigkeit der Regelung der Eigenschaften
der aufgebrachten Filmschicht, die in verschiedenen Umläufen der Glockenschale erzeugt wird, infolge des wiederholten
Evakuierens der Bedampfungskammer und des Aussetzens der Atmosphäre, auf. Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde ein Beschichtungsgerät
in Reihenbauweise vorgeschlagen (US-PS 3 568 632 und 3 656 454), in welchem eine Beschichtungskammer, eine evakuierte
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Kammer, eine Heizklammer, eine Kühlkammer und eine vakuumdichte
Kammer in Reihenbauweise angeordnet sind und einzeln durch Ventilscheiben so abgedichtet sind, daß die Kammern unabhängig voneinander
geregelte Atmosphären aufweisen. Diese Anordnung ist jedoch mit dem Nachteil der größeren Bauweise des Gerätes verbunden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Gerät der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, in der Lage ist, Substratfüllungen
kontinuierlich in einer Vorwärm-, Bedampfungs- und Kühlkammer
zu behandlen, wobei nur eine geringe Möglichkeit besteht, daß Unreinheiten in diese Kammer von der umgebenden Atmosphäre eindringen;
dabei sollen die auf den Substraten aufgebrachten Schichten
einheitliche Filmeigenschaften aufweisen, und das Verdampfungsmaterial
mittels einer neuen Zuführeinrichtung zugeführt
v/erden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. 20
Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Bedampfungsgerätes
in Drehkopfbauweise nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt einer Ausführungsform
eines Bedampfungsgerätes gemäß der vorliegenden
Erfindung mit besonderer Darstellung konstruktiver Merkmale einer Bedampfungskammer und einer
luftdichten Eintritts- und Austrittskammer; Fig. 3 einen horizontalen Schnitt längs der Linie A-B
von Figur 2 mit der Anordnung von sechs Dichteinrichtungen oder Glockenschalen, die zur Ausbildung
von sechs Kammern angeordnet sind; Fig. 4 einen vertikalen Schnitt zur Darstellung konstruktiver
Merkmale der Vorwärm- und Kühlkammern
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gemäß Figur 2 und 3;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines kuppeiförmigen Substratträgers mit einer Klammereinrichtung;
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht zur Darstellung von Einzelheiten der Klammereinrichtung gemäß
Figur 5 in Arbeitsstellung, wobei der Träger von der Oberseite der Glockenschale getragen
wird;
Fig. 7 einen Schnitt eines Beispiels einer Verdampfungs-0
materialzuführvorrichtung gemäß der Erfindung
zur Verwendung in dem Gerät von Figur 2 bis 6;
Fig. 8 eine perspektivische Explosionsansicht zur Darstellung konstruktiver Merkmale eines Überführungselements
der Vorrichtung gemäß Figur 7;
Fig. 9 (a) bis (d) Schnitte eines Steuerbauteils zur
Steuerung deg dem überführungselement zugeführten
Verdampfungsmaterials in vier verschiedenen Betriebsstellungen; und
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels
des Verdampfungsmaterialszuführsteuerbauteils.
In den Zeichnungen 2 bis 9 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Bedampfungsgerätes gezeigt, mit dem dünne Filmschichten verschiedener Materialien aufeinanderfolgend auf ein optisches
oder elektrisches Schaltkreisbauteil oder ein magnetisches Substrat
aufgebracht werden können. Das in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigte Gerät umfaßt einen mittels einer runden Grundplatte 74 und einem
Vakuumgefäß 78 ausgebildeten Vakuumbehälter 76, der auf der Grundplatte 74 mittels einer ringförmigen Gummidichtung 86 abgedichtet
ist. Der Vakuumbehälter 76 nimmt sechs bewegliche,abdichtende,hohle
Aufnahmeräume bzw. Glockenschalen 32, 34, 36, 38, 40 und 42-auf, die mittels entsprechender radial sich von einer Antriebswelle 46
erstreckender Stangen 44 gelagert sind, wobei sich die Antriebswelle 46 durch die Mitte der Grundplatte 74 erstreckt und mit der
Ausgangswelle eines elektrischen Motors M1 zur Durchführung einer
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vertikalen Bewegung und einer Drehbewegung verbunden ist. Die
Glockenschalm32 bis 42 weisen jeweils einen sich von den Seiten
am offenen Ende nach außen erstreckenden Flansch oder Dichtungsrand mit einer Aussparung in der Oberfläche des Flansches
zur Aufnahme eines federnden Dichtungsrings 88 auf. Glockenschalen 32 bis 42 dieser Konstruktion schaffen/ wenn sie zur Abdekkung
in der Grundplatte 74 vorgesehener entsprechender kreisförmiger öffnungen angeordnet werden, eine luftdichte Eintrittsund
Austrittskammer, eine Vorwärmkammer, drei Bedampfungskammern,
IQ und eine Kühlkammer in völlig von der gesteuerten Atmosphäre 76
isolierter Weise, da die Innenräume der Kammern jeweils einen
oberen Abschnitt in den Glockenschalen und einen unteren Abschnitt 64, 100, 58-1, 58-2, 58-3 oder 102 umfassen.
Die luftdichte Eintritts- und Austrittskammer wird mittels einer luftdicht auf der unteren Fläche der Grundplatte 74 befestigten,
luftdichten,zylindrischen Seitenwand 65 und einer Bodenabdeckung 98 ausgebildet, die mit der zylindrischen Seitenwand 65 mittels
einer Ringdichtung 94 abgedichtet werden kann, und die, wenn sie von der Seitenwand 65 wegbewegt wird, durch die sich ergebende
Öffnung das Aufbringen einer Substratfüllung 48 auf einem kuppelförmigen
Träger 5 0 von der Außenseite des Gerätes und umgekehrt ermöglicht. Eine in einem in der Mitte der Bodenabdeckung 98 ausgebildeten
Loch luftdicht und beweglich eingepaßte Welle 68 trägt einen Untersatz 66, auf'dem eine versetzbare Kuppel 50 zur vertikalen
Bewegung mittels eines Antriebs 68a angetrieben wird. Die zylindrische Seitenwand 65 weist eine in zwei Abschnitte aufgeteilte
Rohrleitung 104 auf, von denen der eine Abschnitt über ein Ventil 106 mit einer geregelten Atmosphäre, einem Vakuum öder einer
Rotationsvakuumpumpe R.P. verbunden ist, und von denen der andere
über ein Entlüftungsventil 108' mit der umgebenden Atmosphäre verbunden
ist. Zur Aufrechterhaltung eines Vakuums in dem Behälter
ist, wenn Luft in die Kammer 64 eingebracht wird, eine Einrichtung zum Aufbringen eines Druckes mit einem ölhydraulikmotor 70
und einem Paar Armen 72 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß,
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wenn der Hydraulikmotor 70 arbeitet, die Glockenschale gegen die
Grundplatte 74 gedruckt wird.
Die Bedampfungskammern 58-1, 58-2 und 58-3, von denen die Kammer
58-2 als Beispiel herausgegriffen wird, sind mittels einer zylindrischen Seitenwand 75 und einer Bodenabdeckung 58-2a ausgebildet,
wobei letztere normalerweise mit der Seitenwand 75 mittels einer federnden Ringdichtung 94 abgedichtet ist, und mittels
einer Einrichtung 5 9 geöffnet werden kann, wenn das Betriebspersonal das Innere der Kammer 58-2 reinigen möchte. Im Innern der
Kammer ist ein Verdampfer mit einem Heizgerät 60, ein Verschluß zur Steuerung der Verdampfung des Verdampfungsmaterials und eine Verdampf
ungsmaterialzuführeinrichtung 58-2b, die später im einzelnen beschrieben wird,vorgesehen. Außerhalb der Kammer 58-2 sind eine
geregelte Gasquelle P1, wie z.B. Sauerstoff und Stickstoff, die
über ein einstellbares Durchflußmengenventil 106 mit dem Innern
der Kammer verbunden ist, eine Vakuumquelle, bestehend aus einer
mit einer Rotationspumpe R.P. in Reihe geschalteten Diffusionspumpe
D.P., die mit einer Rohrleitung 104 der Seitenwand 75 über
entsprechende Druckeinstellventile verbunden ist, wobei die Rohrleitung 104 ebenfalls direkt mit der Rotationspumpe R.P. über ein
Druckeinstellventil 106 und über das Entlüftungsventil 108 mit der
umgebenden Atmosphäre verbunden ist, eine Verschlußregeleinrichtung 62a und 62b und ein Antrieb 59 für die Bodenabdeckung 58-2a,
vorgesehen.
In Figur 4 sind die Vorwärmkammer 100 und die Kühlkammer 102 mit
entsprechend angeordneten Heiz- und Kühleinrichtungen gezeigt. Die Heizeinrichtung ist als Heizgerät 54a mit einem Strahlungsreflektor
56a ausgebildet. Die Kühleinrichtung ist in Form einer hohlen Platte 110 mit einer luftdicht und in eine in der
Bodenabdeckung vorgesehenen Öffnung beweglich eingepaßten Kühlwasserleitung
110b ausgebildet. Die Leitung 110b dient ebenfalls
zur Regelung der Stellung der Platte 110 relativ zur Kuppel 5 0
mittels eines Antriebs 110a, sodaß die Kühlgeschwindigkeit der behandelten Substrate 48 auf einen gewünschten Wert eingestellt
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werden kann.
In den Figuren 5 und 6 ist ein Mechanismus zum entfernbaren Aufhängen
eines Substratträgers oder einer Kuppel 5 0 von der Oberseite des Innern der hohlen Dichtabdeckung an einem Flansch 132a einer
am inneren oberen Abschnitt 52 einer jeden Glockenschale befestigten
Stange 132 gezeigt. Der Mechanismus umfaßt innere und äussere
Schutzplatten 12 0a und 12Ob,die die Wand der Kuppel 5 0 an
ihrem Pol oder ihrer Spitze umfassen und an ihr mittels Schrau-
IQ ben 120c befestigt sind und ein fest an der Außenseite der
Schutzplatte 120b befestigtes Backenlager 124. Das Backenlager
124 weist einen sich von seinen Seiten radial nach außen erstrekkenden Flansch an einem mittleren Punkt seiner Länge auf, an dem
drei Klammern 128,jeweils um 120° versetzt, schwenkbar befestigt
sind. Ein Antriebselement oder eine Welle 122 erstreckt sich
durch die Innen- und Außenseite der Wächterplatten 120 in einen Raum innerhalb des Backenlagers 124 und weist zwei obere Flansche
122a und 122b auf, die sich von ihrem oberen Ende und von einem mittleren Punkt radial von den Seiten mit einem dazwischen ausgebildeten
Raum nach außen erstrecken, der Anschläge 128b der Klammer 128 aufnimmt, sodaß, nachdem die Kuppel von dem unteren
Abschnitt 64 der luftdichten Eintritts- und Austrittskammer zu ihrem oberen Abschnitt 28, nämlich dem Inneren der Kappe oder
Glockenschale 32 durch die feste Verbindung des Untersatzes 66 und der Welle 68 überführt ist, bei einer Zurückbewegung der Welle 68,
während der der Untersatz 66 stationär verharrt, die Welle 122 mittels einer Expansionsfeder 130 zwischen einem sich nach
innen erstreckenden Flansch des Backenlagers 124 und einem dritten Flansch 122c der Welle 122 nach unten bewegt wird,wodurch alle
Klammern 128 gleichzeitig in ihre in Figur 6 gezeigten Stellungen mittels des ersten Flansches 122a gedreht werden, der die Anschläge
128b der Klammern 128 in Eingriff nimmt. Wenn die Welle 122 nach oben gedrückt wird, drehen sich alle Klammern 128 um
ihre Schwenkstifte 126 nach außen, wodurch die Anschläge 128b mit dem zweiten Flansch 122b der Welle 122 in Eingriff kommen,
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und dadurch die Klinken 128a von dem Flansch 132a der Trägerstange
132 wegbewegen.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen einen Verdampfungsmaterialzuführmechanismus,
der sicherstellt, daß die dem Verdampfer zugeführte Menge des Verdampfungsmaterials so eingestellt wird, daß die Ausbildungsgeschwindigkeit
eines Dampfes konstant gehalten wird. Zu diesem Zweck ist das fein verteilte Verdampfungsmaterial in Form
von kleinen Kugeln oder Zylindern pelletiert, die dann in vorbestimmter Menge dem Verdampfer zugeführt werden. In dem in den
Figuren 7 bis 9 gezeigten Beispiel sind die Pellets des Verdampfungsmaterials,
z.B. Silber, Kupfer und Gold/zylindrisch und
vorher in einem in der Bedampfungskammer 58 nicht gezeigten Behälter
gelagert. Zusätzlich zu dem Behälter umfaßt der Zuführmechanismus weiter eine Pellet-Leitung 212, durch welche eine
Reihe Pellets 214 von dem Behälter einem Zuführbauteil 216 zugeführt
werden, ein Paar Regelstangen 218 und 22 0, die durch entsprechende
in dem Bauteil vorgesehene Öffnungen verlaufen und nach einer Bewegung nach rechts die Zuführleitung verschließen,
und eine Nockenplatte mit einer Nockenoberfläche 222a, gegen die zwei Rollen 218a und 220a der gegenüberliegenden Enden der
Regelstangen 218 und 22 0 mittels Expansionsfedern gedrückt werden.
Wenn sich die Nockenplatte 222 in der in Figur 9 (a) gezeigten untersten Stellung befindet, ist die erste Stange 218
von dem Führungsweg der Pelletreihe zurückgezogen und die zweite Stange 22 0 ist vollkommen zum Abschließen des Führungsweges
nach vorne geschoben, wodurch zwei zylindrische feste Pellets 214a und 214b den Raum zwischen den Achsen der Stangen 218 und
22 0 einnehmen und ein drittes Pellet 214c (von unten gezählt) befindet sich in Ausrichtung mit der ersten Stange 218. Wenn die
Nockenplatte 222 mittels einer Stange 226 mit einem Motor 224 nach oben in eine in Figur 9 (b) gezeigte mittlere Stellung bewegt
wird, wird das dritte Pellet 214c von einer Abwärtsbewegung durch die erste Stange 218 abgehalten. Nach weiterer Aufwärtsbewegung
der Nockenplatte 222 wird der Nockenanschlag 222a von dem zweiten Nockenfolgeelement oder der Rolle 22 0a wegbewegt,
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wodurch die zweite Stange 220 sich unter der Wirkung der Feder nach links bewegt, wodurch zwei Pellets 214a und 214b in ein Überführungselement
232 fallen (siehe Figur 7 und 9 (c)).
Die konstruktiven Merkmale des Oberführungselements 232 sieht man
besser aus Figur 8, wo eine Aufnahme 232a für die Pellets 214a
und 214b in Form eines Zylinders mit einer Eintrittsöffnung 232aT
gezeigt ist, die eine größere Fläche als der Pelletquerschnitt in
Längsrichtung und eine Austrittsöffnung 232a2 von der gleichen Fläche aufweist, wobei die Eintritts- und die Austrittsöffnung
232a1 und 232a2 miteinander mittels eines Raums 232a3 verbunden sind. Der Zylinder 232 ist fest auf der Zahnstange 236 (Fig.7)
so befestigt, daß der vertikal ausgerichtete Raum 232a3 mit dem"
Pelletführungsweg 212a in dem Bauteil 216 ausgerichtet ist, wenn die Zahnstange 236 sich in ihrer in Figur 7 dargestellten äußersten
linken Stellung befindet. Eine sich nach außen erstreckende Hülse
232b ist drehbar auf dem Zylinder 232 befestigt und weist zwei
rechtwinklige Öffnungen 232b1 und 232b2 von einer gleichen oder ein wenig größeren Fläche als die der Öffnungen 232a1 und 232a2
auf, die voneinander durch einen solchen winkligen Abstand angeordnet
sind, daß wenn die Eintrittsöffnungen 232a1 und 232b1
vertikal miteinander ausgerichtet sind,die Austrittsöffnungen
232a2 und 232b2 zum Zurückhalten der Pellets 214a und 214b in
dem Raum 232a2 zueinander versetzt sind. Ein Ritzel 238 kämmt
mit dem Zahnabschnitt der Zahnstange 236 und wird mittels ei-
nes Elektromotors 240 über ein Getriebe 242 und 244 angetrieben.
Wenn die Aufnahme 232 in die mit gestrichelten Linien gezeigte
Stellung bewegt wird, wird ein elektrischer Motor 248 eingeschaltet, wodurch eine Stange 246 nach oben bewegt wird, die wiederum
eine Bewegung der Hülse 232 im Uhrzeigersinn bewirkt, wenn sie mit einem sich radial von der Hülse 232b erstreckenden Vorsprung
232b3 in Eingriff kommt, bis die Ausgangsöffnung 232b2 mit der
Ausgangsöffnung 232a2 ausgerichtet ist, wodurch die Pellets 214a
und 214b in den Verdampfer 60 abgegeben werden. Um zu verhindern,
daß sich das Verdampfungsmaterial auf cien verschiedenen
teilenund insbesondere auf dem Überführungselement 232 ft
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sind erste und zweite Verschlußeinrichtungen 25 0 bzw. 62 vorgesehen.
Figur 10 zeigt ein Beispiel einer Abänderung der Zuführsteuereinheit
des Zuführmechanismus zur wahlweisen Steuerung der Anzahl der dem Verdampfer in einem Arbeitsgang der Nockenplatte 22 zugeführten
Anzahl der Pellets. Zusätzlich zu einem ersten Paar Steuerstangen 18 und 6 0 sind beabstandet zueinander im gleichen
Abstand wie die Stangen 218 und 220 von Figur 7 ein zweites Paar IQ Steuerstangen 20 und 64 in einem Abstand voneinander angeordnet,
der dem Durchmesser eines Pellets entspricht, sodaß dem Verdampfer 6 0 wahlweise ein oder zwei Pellets gleichzeitig durch wahlweise
Betätigung eine der entsprechenden Nockenplatten 68 und 22 zugeführt werden können.
Die Arbeitsweise des in den Figuren 2 bis 9 gezeigten Gerätes soll nun unter Bezugnahme auf ein kontinuierliches Verfahren zum
Aufbringen einer Dreilagenbeschichtung auf ein optisches oder elektrisches Schaltkreiselement, wie z.B. Widerstände, Kondensa-0
toren oder ein elektromagnetisches Substrat beschrieben werden.
(a) Vorbereitender Arbeitsgang: Der Vakuumbehälter 7 6 und alle sechs Kammern werden über einen gewissen Zeitraum mittels
der entsprechenden Vakuumpumpe evakuiert.
(b) Arbeitsgang zum Besetzen der Kuppel: Der Ölhydrau-
likmotor 70 drückt die Glockenschale 32 gegen die Grundplatte Daraufhin wird das Ventil 108" geöffnet, wodurch ein Druckausgleich
zwischen der umgebenden Atmosphäre und der luftdichten
ο« Eintritts- und Austrittskammer stattfindet. Die Bodenabdeckung
98 wird daraufhin mit der Welle 68 nach unten bewegt, wodurch das Bedienungspersonal eine erste Kuppel 5 0 auf den Untersatz 66
stellen kann. Nachdem die Kuppel 5 0 sich auf dem Untersatz 66 befindet, wird der Motor 68a zum Anheben des Untersatzes 66 und
oc der Bodenabdeckung 98 betrieben. Wenn die Bodenabdeckung 98 mit-
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tels der Dichtung 94 nach einer weiteren leichten Aufwärtsbewegung
der Welle 68 abdichtet, wird die Welle 122 (Figur 6) mittels des oberen Endes der Welle 68 nach oben geschoben, wodurch
alle Klammern 128 zur Aufnahme des Stangenflansches 132a geöffnet sind. Während der Untersatz 66 in dieser Stellung stationär
verharrt^wird die Welle 68 nach unten bewegt, wodurch sich die
Klammern 128 unter der Wirkung der Feder 130 schließen. Daraufhin
wird der Untersatz 66 ebenfalls nach unten bewegt, um ein Spiel für die Bewegung der Glockenschale 32 in den darauffolgenden
Arbeitsgang zu schaffen.
(c) Arbeitsgang zum luftdichten Abschließen: Nachdem
das Ventil 108' erneut geschlossen wird, wird die Rotationspumpe R.P. bei offenem Ventil 106 betrieben, um die luftdichte Kam-
mer 64 auf ein Druckniveau zu evakuieren, das ungefähr gleich dem
Vakuum in dem Behälter 76 ist. Daraufhin wird ein Heizstrahler 54 über der Kuppel 50 eingeschaltet.
(d) Vorwärmung: Die Glockenschale 32 wird nicht länger
mittels des Hydraulikmotors 7 0 gegen die Grundplatte 74 gedrückt..
Die Welle 46 wird ein wenig nach oben bewegt und mittels des Motors
M1 gedreht, um alle Glockenschalen einen Schritt vorwärts zu bewegen, sodaß die Glockenschale 32 mit der ersten Kuppel zusammen
mit dem Raum 30 (Figur 4) eine Vorwärmkammer ausbildet. Die Heizung 54a wird zur weiteren Temperatursteigerung des Substrats
48 eingeschaltet, wodurch absorbiertes Gas und Staub von der Substratoberfläche entfernt werden und sich eine für die Aufnahme
einer Dünnschicht eines Verdampfungsmaterials geeignete Substratoberfläche ergibt.
Auf der anderen Seite wird der Arbeitsgang (b) wiederholt um eine zweite Kuppel zur Aufhängung in die Glockenschale 42 einzubringen,
da diese Glockenschale 42 mit dem unveränderten unteren Abschnitt eine neue luftdichte Kammer bildet. Auf den Arbeitsgang
(b) folgt der Arbeitsgang (c) für die zweite Kuppel. Nachdem die Glockenschale 42 von dem Hydraulikmotor 7 0 gelöst ist",
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wird die Welle 4 6 wiederum angetrieben,um die Glockenschale einen
oder mehrere Schritte vorwärts zu bewegen,wodurch die erste und zweite Kuppel 50 in die erste Bedampfungskammer bzw. in die Vorwärmkammer
gelangt. Während dieser Vorwärtsbewegung verbleibt die t- die erste Kuppel 5 0 umgebende Atmosphäre ungestört, da die Leckage
der umgebenden Atmosphäre von der luftdichten Kammer in den Vakuumbehälter auf ein sehr geringes Maß begrenzt ist.
(e) Aufbringen einer ersten Lage: Die erste Bedampfungs-
-JQ kammer 58-1 wird auf ein niedrigeres Druckniveau als das des Vakuumbehälters
76 evakuiert. Daraufhin wird der Verdampfungsmaterials zuführ mechanismus zum Zuführen der Pellets 214 zum Verdampfer
60 mit einer von der Ausbildungsgeschwindigkeit einer Verdampfung abhängigen Rate zugeführt. Während der Verdampfung wird
die Kuppel 5 0 mittels des Antriebs 8 0 (Figur 2) um ihren Pol gedreht, um sicherzustellen, daß die Dicke der ersten Lagen auf
den verschiedenen Substraten ungefähr gleich ist. Wenn die Dicke der an das Substrat angrenzenden ersten Lage ein mittels eines
nicht gezeigten Überwachungsgerätes gemessenes vorbestimmtes Maß
2η erreicht hat, wird die Ausbildung der Verdampfung entweder durch
Abschalten der elektrischen Energie zum Verdampfer oder durch Schließen des Verschlusses 62 unterbrochen. Während die erste
Kuppel in der ersten Verdampfungskammer behandelt wird, werden die zweiten und dritten Kuppeln in der Vorwärmkammer bzw. der
luftdichten Kammer behandelt.
25
25
(f) Aufbringen der zweiten Lage: Die erste, zweite und dritte Kuppel wird zu der zweiten, und der ersten Beschichtungskammer
bzw. zur Vorwärmkammer überführt. Während der gleichzei-
3Q tigen Behandlung dieser drei Kuppeln in der oben beschriebenen
Weise wird eine vierte Kuppel in die luftdichte Kammer in ähnlicher Weise,wie in Verbindung mit den Arbeitsgängen (b) und (c)
beschrieben, eingebracht. In der zweiten Verdampfungskammer wird eine zweite dünne Filmschicht auf die erste Lage aufgebracht.
(g) Aufbringen der dritten Lage: Die erste, zweite,dritte
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und vierte Kuppel werden zu der dritten, zweiten und ersten Bedampfungskammer
58-3, 58-2 und 58-1 bzw. zur Vorwärmkammer weiterbewegt und eine fünfte Kuppel wird in die luftdichte Kammer eingebracht.
In der dritten Bedampfungskammer 58-3 wird auf die zweite
Lage eine dritte Dünnschicht aufgebracht.
(h) Abkühlung:Nachdem die erste Kuppel zur Kühlkammer
überführt ist, wird die Kühlplatte 110 zum Kontakt mit der unteren
Kante der Kuppel 5 0 angehoben. Auf diese Weise wird die Wärme des IQ Substrats über den Kuppelkörper zur Kühlplatte 110 abgeleitet. Während
des Kühlens werden die zweite, dritte, vierte und fünfte Kuppel der dritten, zweiten und ersten Beschichtung bzw. der Vorwärmung
unterworfen und eine dritte Kuppel wird in die luftdichte Kammer eingebracht.
(i) Ausbringung: Nachdem die Temperatur der ersten Kuppel auf einen vorbestimmten Wert vermindert ist und die Behandlungen
der anderen Kuppeln beendet sind, werden alle Glockenschalen vorwärtsbewegt, sodaß die erste Kuppel in den Vakuumbehälter 7 6 eine
2Q vollständige Umdrehung durchgeführt hat und wieder in der luftdichten
Kammer angelangt ist. Daraufhin wird die Glockenschale 42 wieder mit dem Hydraulikmotor 70 gegen die Grundplatte 74 gedrückt.
Das Ventil 108 wird geöffnet, um den Druck in der luftdichten Kammer auf ungefähr 760 -mmHg zu steigern. Der Untersatz und
die Welle werden zum Lösen der ersten Kuppel aus der Verbindung der Klammern mit der Tragstange 132 nach oben bewegt. Die erste
Kuppel wird aus der luftdichten Kammer entnommen. Daraufhin wird eine siebte Kuppel in das Gerät in der in Verbindung mit den Arbeitsschritten
(b) und (c) beschriebenen Weise eingebracht.
Man sieht, daß mit der vorliegenden Erfindung ein Bedampfungsgerät
zum kontinuierlichen Behandeln von Substratfüllungen in einer Vorwärm-, Bedampfungs- und Kühlkammer ermöglicht wird, wodurch
sichergestellt wird, daß eine verbesserte Gleichförmigkeit der dünnen Filmeigenschaften gegenüber der bisherigen nach dem Stand
der Technik geschaffen wird. Zusammenfassend hat die Erfindung
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die folgenden Merkmale und Vorteile:
(1.) Es werden eine AnzahlSubstrat füllungen kontinuierlich
durch die entsprechenden Kammerabschnitte zum Vorwärmen, Bedampfen c und Kühlen r die unabhängig voneinander in dem gleichen Gerät gesteuert
werden, behandelt. Entsprechend ist es nicht notwendig, auf die Entfernung irgendeiner der behandelten Substratfüllungen
zu warten, bis alle eingebrachten Füllungen einen Bearbeitungszyklus beendet haben, wie dies in den bekannten Geräten der Fall
IQ ist. Dies führt zu einer beträchtlichen Steigerung des Wirkungsgrades
der Produktion.
(2.) Die Bedampfungskammer kann mit einer Substratförderkammer
in Verbindung treten, wenn das Verfahren um einen Schritt weiter geführt wird, da der Vakuumbehälter eine Atmosphäre oder
ein Vakuum aufweist, das vorher auf ein bestimmtes Maß eingestellt wurde. Indem man vermeidet, die Bedampfungskammer wiederholt der
Atmosphäre auszusetzen, wird sichergestellt, daß viel früher als bei den bekannten Geräten eine spezifische Atmosphäre in der Bedampfungskammer
erhalten werden kann wenn die Kammer evakuiert wird, wodurch es möglich ist, die Eigenschaften der durch die verschiedenen Aufdampf
arbeitsgänge aufgedampften Schichten zu regeln.
(3.) Bei dem Bedampfungsgerät nach dem Stand der Technik
nc in Reihenbauweise, muß der Mechanismus für den Transport der zu
behandelnden Substrate in einem Vakuum arbeiten, was hinsichtlich der Auswahl eines Schmiermittels eine erhebliche Einschränkung darstellt.
Dies führt zu häufigen Beschädigungen des Transportmechanismus, verminderter Lebensdauer des Gerätes infolge der unvollkommenen
3Q Schmierung und zur Verschmutzung der geregelten Atmosphäre durch
die Dämpfe des verwendeten Schmiermittels. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Bedampfungskammer von der Substrattransportkammer abgeschirmt und es wird nahezu kein Schmiermittel verwendet,
um ein zufriedenstellendes Arbeiten des Geräts sicherzustellen, wodurch die oben erwähnten Probleme gelöst werden. Hierdurch
wird eine Verminderung der Produktionskosten und eine Verbesse-
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rung der auf die Oberfläche eines Substrats aufgebrachten Dünnschichtqualität
erleichtert.
(4.) Bei den bekannten Geräten wurde, um die chemische Zusammensetzung der Beschichtung durch die Einbringung eines Gases
in die Bedampfungskammer, wie z.B. Sauerstoff oder Stickstoff, zu
verändern, die vorher eingestellte Atmosphäre vollständig abgesaugt, bevor die nächste Schicht einer unterschiedlichen chemischen
Zusammensetzung aufgebracht wurde. Diese Absaugung erfordert eine sehr lange Zeitspanne,verglichen mit der tatsächlichen
Beschichtungszeit. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Gerät
eine Anzahl getrennter Bedampfungskammern auf, deren Atmosphären unabhängig voneinander eingestellt werden können, wodurch das
Austauschen der Atmosphäre, was sonst nötig war, vermieden wird.
(5.) Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die unteren und oberen Abschnitte der Bedampfungskammern in entsprechenden
und unabhängigen optimalen Formen auszulegen und herzustellen. Die luftdichte Eintrittskammer dient ebenfalls als luftdichte
Austrittskammer. Die runde Anordnung der verschiedenen da-20
zwischen angeordneten Kammern vermindert die Baugröße verglichen mit einem Gerät der Reihenbauweise, das getrennte luftdichte Eintritts-
und Austrittskammern aufweist.
(6.) Die Anzahl der einzelnen Bedampfungskammern in 25
einem einzigen Gerät kann abhängig von dem gewünschten Grad oder der Anzahl der Beschichtungslagen verändert werden.
(7.) Gemäß der vorliegenden Erfindung können verschiedene Beschichtungsverfahren einschließlich der Katoden-Beschichtung
entweder im Vakuum oder einer speziellen Gasatmosphäre durchgeführt werden, ohne daß der Wirkungsgrad der Erfindung vermindert
wird.
(8.) Während das übliche Gerät in Reihenbauweise umfangreiche Steuermechanismen für die Abdichteinrichtungen zwischen den
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aufeinanderfolgenden Kammerabschnitten, dem Substratförderer und
ähnlichem erfordern, ist das erfindungsgemäße Gerät durch vereinfachte
konstruktive Merkmale infolge der Verwendung einer festen Beziehung zwischen den eingegebenen Substraten und den oberen Abis schnitten der verschiedenen Kammern gekennzeichnet, wodurch die
Möglichkeit von Beschädigungen der sonst notwendigen umfangreichen Regelmechanismen vermindert und gleichzeitig die Produktionsgeschwindigkeit
gesteigert wird.
IQ (9.) Die vorliegende Erfindung wurde in Verbindung mit
einem typischen Beispiel eines Bedampfungsgerätes mit einer Vorwärmkammer
100, einer Bedampfungskammer 58-1, 58-2 und 58-3 und einer Kühlkammer 102 beschrieben. Bei der Verwendung zur Aluminium-
oder Silberbeschichtung eines Reflexionsspiegel für
«t? eine Kamera ist die Verwendung von Vorwärm- und Kühlkammern nicht
notwendig. In diesem Fall ist die Flexibilität des erfindungsgemäßen
Gerätes sehr von Vorteil.
(10.) Zur Behebung der Reinigungsschwierigkeiten der bekannten
Geräte ist jede Kammer des erfindungsgemäßen Geräts mit einer entfernbaren Bodenabdeckung ausgerüstet. Die Innenflächen
der Bedampfungskammern können daher immer frei von Ansammlungen abgelagerten
Verdampfungsmaterials und Unreinheiten, die als Auffang
für von dem zu behandelnden Substrat ausströmendes ungewünschtes Gas dienen,gehalten werden.Entsprechend tritt nicht das Problem verlängerter
Evakuierungszeiten infolge des Ausbringens der aufgefangenen Gase mit dem erfindungsgemäßen Gerät auf.
Es wurde ein Gerät zum Vakuumaufdampfen eines dünnen Films auf
die Oberfläche eines Substrats beschrieben, das einen mittels einer Grundplatte ausgebildeten Vakuumbehälter, eine zylindrische
Seitenwand und eine obere Platte umfaßt, um mindestens vier bewegliche Dichtkappen aufzunehmen. Jede Dichtkappe hat ausreichend
Raum zur Aufnahme einer Füllung Substrate auf einem kuppeiförmigen
Träger. Die Kappen werden um die Mitte der Grundplattenfläche bewegt.
Wenn die Kappen angehalten werden, um entsprechende Öffnun-
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gen in der Grundplatte abzudecken, werden eine Vorwärm-, eine
Bedampfungs-, eine Kühl- und eine luftdichte Kammer geschaffen
und die Füllung der zu behandelnden Substrate in der luftdichten Kammer wird auf der Außenseite des Gerätes ohne Beeinflussung
des Vakuums in den Behälter bewegt. Nachdem die luftdichte Kammer eine neue Füllung unbehandelter Substrate in ihren Kuppelraum
aufgenommen hat, wird sie von der umgebenden Atmosphäre abgedichtet und alle Kappen werden einen Schritt vorwärtsbewegt.
Die in dem unteren Abschnitt der Bedampfungskammern eingestellte
Atmosphäre bleibt überwiegend unverändert während dieser Zeit, wodurch sichergestellt ist, daß gleichförmige, dünne Filmlagen
des aufzubringenden Materials auf die Substrate aufgebracht werden.
Um weiter Qualitätsveränderungen zwischen den hergestellten Mengen zu vermindern, wurde ein neuer Verdampfungsmaterialzuführ-
mechanismus geschaffen.
15
15
Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben. Es ist verständlich, daß dem Fachmann naheliegende Veränderungen und Ergänzungen
mit unter den Erfindungsgedanken der vorliegenden Er-
findung fallen.
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Claims (6)
1. Gerät zum Aufdampfen von Beschichtungen im
Vakuum mit einer Eintritts- und Austrittskammer zum Einbringen und Ausbringen einer Kuppel, auf der zu behandelnde
oder behandelte Substrate angeordnet sind, und einer Behandlungskammer zum Behandeln der Substrate, dadurch gekennzeichnet,
daß
(a) jeweils ein Teil der Eintritts- und Austrittskammer(28, 64) undder Behandlungskammer (30, 100;
20, 58., ; 22, 582; 24, 58 ; 26, 102) als Aufnahmeraum
(32, 34, 36, 38, 40, 42) zur Aufnahme der Kuppel (50) ausgebildet ist, und daß Einrichtungen
(70, 46) zur Durchführung vertikaler und Drehbewegungen des Aufnahmeraums (32, 34, 36, 38, 40,
42) vorgesehen sind;
(b) der Aufnahmeraum (32,34,36,38,40,42) der Eintrittsund Austrittskammer (28,64) und der Behandlungskammer
(30,100;20,58^22,582;24,583;26,102) mittels
eines Vakuumgefäßes (78) abgedeckt sind; und
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ORIGINAL INSPECTED
(c) eine Einrichtung (R.P.) zum Evakuieren des Vakuumgefäßes
(78) und der Behandlungskammer (30,100;20, 58.. ;22,582;24,58-;26,102) und Einrichtungen (R.P.)
zum Absaugen und Evakuieren der Eintritts- und Austrittskammer (28,64) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Aufnahmebehälterabschnitte (32,34,36,40,42) Einrichtungen
(128) zum Festklammern der Kuppel (50) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß Einrichtungen (80,82,84) zum Drehen der Kuppel (5 0) in jedem
der Aufnahmebehälterabschnitte (32,34,36,40,42) mit konstanter Geschwindigkeit vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungskammer (30,1 00.-20 ,58.. ;22 ,582 ;24 ,583 ;26 ,1 02)
zur Behandlung des Substrats (48) im Vakuum in einen Abschnitt (30,100)
zur Erwärmung des Substrats (48) einen Abschnitt (20,22,24) zum Aufdampfen Q eines Films auf das Substrat und einen Abschnitt (26) zum Kühlen des Substrats
unterteilt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedampfungskammerabschnitt (20,22,24) einen Abschnitt (58-2a)
zum öffnen und Schließen mittels eines Antriebs (5 9) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zuführeinrichtung (58-2b) für Verdampfungsmaterial,
eine Verdampfungszone (60) und eine Abschirmung (62) in dem Bedampfungskammerabschnitt
(20,22,24) vorgesehen sind, die aus der
Bedampfungskammer in Abhängigkeit von dem Abschnitt (58-2a) zum öff-30
nen und Schließen bewegt werden können.
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