DE3411208C2

DE3411208C2 - Haltevorrichtung für Substrate, insbesondere in Vakuum-Beschichtungsanlagen

Info

Publication number: DE3411208C2
Application number: DE3411208A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 6452 Hainburg Mahler
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1984-03-27
Filing date: 1984-03-27
Publication date: 1987-01-29
Also published as: GB2156861B; DE3411208A1; US4589369A; JPH033744B2; FR2562094A1; GB8506702D0; GB2156861A; FR2562094B1; JPS616274A

Abstract

Haltevorrichtung für Substrate (13) mit im wesentlichen kreisförmigem Umriß, insbesondere im Vakuumbeschichtungsanlagen. In einer senkrechten Platte (1) ist eine Ausnehmung (4) angeordnet, an deren Rand Halteelemente für die formschlüssige Halterung je eines Substrats (13) angeordnet sind. Erfindungsgemäß besitzt die Ausnehmung (4) im unteren Bereich eine etwa halbkreisförmige radiale Nut (6), die auf beiden Seiten von halbkreisförmigen Rippen (10, 16) begrenzt ist. Im oberen Bereich besitzt die Ausnehmung auf der einen Seite eine Rippe (9), die sich mit der entsprechenden Rippe (10) im unteren Bereich ergänzt. Auf der anderen Seite ist eine nach oben exzentrisch versetzte Ausdrehung (8) angeordnet, deren Radius mindestens so groß ist wie der Radius des Nutengrundes (7). Dadurch wird auf einer Seite der Platte (1) eine Einsetzöffnung für das exzentrische Einsetzen des Substrats (13) gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für Substrate mit im wesentlichen kreisförmigem Umriß, insbesondere in Vakuum-Beschichtungsanlagen, mit mindestens einer im wesentlichen kreisförmigen, in einer senkrechten Platte angeordneten Ausnehmung, an deren Rand Halteelemente für die formschlüssige Halterung je eines Substrats angeordnet sind.
Haltevorrichtungen in Vakuum-Beschichtungsanlagen sind in einer Vielzahl bekannt geworden. Weite Verbreitung haben hierbei kalottenförmige Substrathalter mit kreisförmigen Ausnehmungen gefunden, deren Achsen im wesentlichen auf eine zentrale Beschichtungsquelle (Verdampfer) ausgerichtet sind. Als Halteelemente werden hierbei metallische Federn und andere mechanische Rastelemente verwendet, die die Substrate an mehreren Stellen des Substratumfangs nach Art von Klammern festhalten. Als Substrate kommen beispielsweise Linsen (Brillengläser), Filter und Reflektoren in Frage, deren Oberfläche möglichst gleichmäßig beschichtet werden soll.
Es sind auch bereits Haltevorrichtungen der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, bei denen die Platte in im wesentlichen senkrechter Stellung durch eine Katodenzerstäubungsanlage hindurchgeführt wird, in der die Substrate durch spiegelsymmetrisch angeordnete Zerstäubungskatoden auf beiden Seiten gleichzeitig beschichtet werden. Auch bei derartigen Substrathaltern wurden bisher metallische Federn und andere mechanische Rastelemente für die Halterung der Substrate verwendet.
Die bekannten Halteelemente haben jedoch eine Reihe von Nachteilen: Eine Reihe von Vorbehandlungsverfahren und auch die üblichen Beschichtungsverfahren bedingen eine starke Aufheizung der Substrate, so daß die Federn einem starken Verschleiß durch Ausglühen unterliegen. Weiterhin haben die bekannten Rastelemente sogenannte "Klammerstellen" auf den Substraten zur Folge, die auf eine Abschattung des Beschichtungsmaterials zurückzuführen sind. Weiterhin sind Substrathalter mit mechanischen Rastelementen schlecht zu reinigen, und auch die Handhabung beim Beschicken der Substrathalter ist verhältnismäßig kompliziert, insbesondere dann, wenn für die Beschickung sogenannte Roboter verwendet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die die geschilderten Nachteile nicht besitzt und bei langer Lebensdauer eine leichte Beschickung mit Substraten ermöglicht.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Haltevorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß die Ausnehmung im unteren Bereich eine parallel zur Hauptebene der Platte verlaufende, etwa halbkreisförmige radiale Nut aufweist, die auf beiden Seiten von radial einwärts gerichteten, etwa halbkreisförmigen Rippen begrenzt ist, deren Abstand der Substratdicke entspricht, und daß die Ausnehmung im oberen Bereich auf der einen Seite eine Rippe aufweist, die sich mit der entsprechenden Rippe im unteren Bereich im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzt, und auf der anderen Seite eine sich in der Dicke der Platte bis über die Nut erstreckende, nach oben exzentrisch um mindestens die Nuttiefe versetzte Ausdrehung besitzt, deren Radius mindestens so groß ist, wie der Radius des Nutengrundes, derart, daß auf einer Seite der Platte eine Einsetzöffnung für das exzentrische Einsetzen des Substrats bis über die Nut vorhanden ist.
Durch die vorstehend beschriebene Geometrie der Wandelemente der Ausnehmung wird ein aus einem einzigen Teil bestehender Substrathalter geschaffen, in den die Substrate formschlüssig eingesetzt werden können und in der eingesetzten Lage durch die Schwerkraft gehalten werden. Dies geschieht unter Verzicht auf wärmeempfindliche Bauteile wie beispielsweise Stahlfedern. Es erfolgt eine wesentlich gleichmäßigere Abschattung, die durch eine sehr geringe radiale Erstreckung der Rippen beiderseits der Nut auch noch sehr klein gehalten werden kann. Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung ist leicht zu reinigen, beispielsweise in Säurebädern. Sie er -möglicht weiterhin eine sehr einfache Handhabung, und auch die Beschickung ist durch Roboter möglich: Die Substrate werden einfach in vertikaler Lage ihrer Hauptebene seitlich herangeführt, eingesetzt und auf den Nutengrund abgesenkt. Durch die im oberen Bereich auf der einen Seite angeordnete Rippe, die sich mit der entsprechenden Rippe im unteren Bereich im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzt, wird außerdem erreicht, daß ein Überwechseln des Beschichtungsmaterials auf die jeweils gegenüberliegende Seite wirksam verhindert wird. Dieses Hinüberwechseln von Beschichtungsmaterial auf die andere Seite ist in vielen Fällen deswegen unerwünscht, weil die Kondensation mit unterschiedlichen Raten und aus unterschiedlichen Richtungen erfolgt, so daß in der Regel schlechte Schichteigenschaften, insbesondere aber eine ungenügende Haftung der Schichten auf der Unterlage die Folge sind. Ein solcher Vorteil läßt sich mit den bekannten Haltevorrichtungen praktisch nicht erreichen.
Hinsichtlich der Herstellung einer derartigen Haltevorrichtung, die in der Detailbeschreibung noch näher erläutert wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Ausnehmung aus Rotationsflächen mit mindestens drei verschiedenen Radien wie folgt zusammensetzt:

a) aus einer durch die Platte hindurchgehenden ersten Bohrung mit einem Radius R ₁, der kleiner als der halbe Substratdurchmesser D ist,
b) aus einem etwa in der halben Tiefe der ersten Bohrung liegenden konzentrischen, etwa halbkreisförmigen Nutengrung mit einem R ₂, wobei R ₂kleiner ist als R ₁, und
c) aus einer im oberen Bereich liegenden, exzentrisch nach oben versetzten Ausdrehung mit dem Radius R ₃, die sich in Tiefenrichtung mindestens bis über den Nutengrund erstreckt, wobei R ₃ kleiner R ₂ kleiner R ₁ ist.

Diese Rotationsflächen sind durch radiale Flächen voneinander abgegrenzt, wobei die jeweils außen liegenden radialen Flächen mit den beiderseitigen Oberflächen der Platte identisch sind.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn zwischen dem Boden der Ausdrehung und der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte eine Wandstärke vorliegt, die geringer ist als die Dicke der Rippe im unteren Bereich. Hierdurch wird verhindert, daß das Substrat, wenn es zuverlässig geführt wird, beim Einsetzen gegen die obere (dünnere) Rippe stößt und beim Absenken in die Nut im unteren Bereich verkratzt wird. Diese Maßnahme ist deswegen von Bedeutung, weil sich auf der im oberen Bereich liegenden Rippe beim Beschichtungsvorgang Beschichtungsmaterial niederschlägt, welches durch Kumulation im Laufe der Zeit eine beträchtliche Oberflächenrauhigkeit aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird - unter Übertreibung der geometrischen Relationen - nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Radialschnitt durch die Mitte der Platte (Hauptebene I-I in Fig. 2),
Fig. 2 einen Axialschnitt entlang der Bohrungsachse (Linie II-II in Fig. 1), und
Fig. 3 eine Mehrfachanordnung des Gegenstandes nach Fig. 1 in einer gemeinsamen Platte.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Platte 1 dargestellt, die von zwei planparallelen Oberflächen 2 und 3 begrenzt wird. In dieser Platte ist eine Ausnehmung 4 vorhanden, deren geometrische Verhältnisse am einfachsten durch ihren Herstellvorgang beschrieben werden:
Zunächst wird in der Platte 1 eine Achse A festgelegt, die mit der Lage der Substratachse S in eingesetzter Lage des Substrats übereinstimmt. Entlang der Achse A wird alsdann eine durch die Platte hindurchgehende erste Bohrung 5 mit einem Radius R ₁ hergestellt, der kleiner als der Substratdurchmesser "D" ist. Diese Bohrung äußert sich zunächst in einer Zylinderfläche mit der Achse A.
Sodann wird etwa in der halben Tiefe der ersten Bohrung in deren Wandfläche eine Nut 6 mit dem Nutengrund 7 eingestochen, der einen Radius R ₂ aufweist, der größer ist als R ₁ und im wesentlichen mit der Hälfte des Substratdurchmessers D übereinstimmt. Auf diese Weise entsteht eine rotationssymmetrische Anordnung von Bohrung und Nut, die im wesentlichen dem Querschnitt in der unteren Hälfte von Fig. 2 entspricht.
Anschließend wird mit einer Exzentrizität E, die mindestens der Nuttiefe entspricht, vorzugsweise aber etwas größer ist, eine Ausdrehung 8 mit dem Radius R ₃ erzeugt, wobei R ₃ wiederum etwas größer ist als R ₂. Durch diese Maßnahme wird die ursprünglich auch im oberen Bereich auf der einen Seite der Platte vorhandene Rippe entfernt, desgleichen der im oberen Bereich liegende Teil des Nutengrundes 7. Die Ausdrehung 8 wird dabei bis in eine solche Tiefe jenseits der Nut 6 vorgetrieben, daß zwischen der Ausdrehung 8 und der gegenüberliegenden Oberfläche 2 der Platte 1 eine Rippe 9 stehen bleibt, deren Wandstärke geringer ist als die Dicke der Rippe 10 im unteren Bereich der Ausnehmung. Es ist erkennbar, daß die Rippen 9 und 10 sich in Durchblickrichtung durch die Ausnehmung 4 zwar im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzt, daß jedoch die Rippe 9 dünner ist als die Rippe 10. Die Angabe, daß es sich im wesentlichen um einen Kreisring handelt, schließt die Tatsache ein, daß im oberen Bereich der Ausnehmung durch die Ausdrehung 8 ein Freischnitt erzeugt wird, der zu einer sichelförmigen ebenen Begrenzungsfläche führt, die den Boden 11 der Ausdrehung 8 bildet. Der Boden 11 ist infolgedessen in Tiefenrichtung gegenüber der seitlichen Begrenzungsfläche 12 der Nut 6 um ein solches Maß versetzt, daß das Substrat 13 beim Einsetzen in einer parallelen Lage zur Hauptebene der Platte 1 unter keinen Umständen mit dem Boden 11 bzw. mit dort abgeschiedenem Schichtmaterial in Berührung kommt.
Die Exzentrizität E und der Radius R ₃ für die Ausdrehung 8 werden dabei so gewählt, daß auch im Bereich eines zur Linie II-II senkrechten Durchmessers durch die Achse A ein genügender Freischnitt erfolgt, so daß das Einsetzen des Substrats 13 nicht behindert wird.
Durch des Einbringen der Ausdrehung 8 wird nicht nur die eine Rippe sondern auch etwa die Hälfte des Nutengrundes 7 entfernt, und dieser endet nunmehr an zwei achsparallelen Linien 14, an denen die Rotationsflächen der Ausdrehung 8 einerseits und des Nutengrundes 7 andererseits ineinander übergehen. Die Rotationsflächen der ersten Bohrung 5 einerseits und der Ausdrehung 8 andererseits gehen entlang weiterer Linien 15 ineinander über. Durch deren tiefe Lage unterhalb der Achse A wird der erforderliche Freischnitt erhalten.
Durch den exzentrisch nach oben gerichteten Versatz der Ausdrehung 8 gegenüber der Achse A bleibt auf der Vorderseite der Platte 1 naturgemäß eine Rippe 16 stehen, die sich jedoch auf etwas weniger als auf den halben Umfang der Ausnehmung (bezogen auf die Achse A) erstreckt.
Auf die angegebene Weise besitzt die Ausnehmung 4 im unteren Bereich die parallel zur Hauptebene der Platte 1 verlaufende, etwa halbkreisförmige radiale Nut 6, die auf beiden Seiten von radial einwärts gerichteten, etwa halbkreisförmigen Rippen 10 und 16 begrenzt ist. Deren Abstand entspricht der Substratdicke. Im oberen Bereich der Ausnehmung ist auf der einen Seite noch die Rippe 9vorhanden, die sich mit der entsprechenden Rippe 10 im unteren Bereich im wesentlichen zu dem bereits beschriebenen Kreisring ergänzt. Diese Rippe 9 ist es, die bei eingesetztem Substrat 13 ein Durchtreten des Beschichtungsmaterials auf die gegenüberliegende Seite der Platte 1 verhindert. Durch die angegebenen geometrischen Verhältnisse wird auf einer Seite der Platte eine Einsetzöffnung für das exzentrische Einsetzen des Substrats bis über die Nut 6 gebildet. Dieses Einsetzen wird nachstehend etwas näher beschrieben.
Das Substrat 13, das aus einer kreisringförmigen Aluminiumscheibe besteht, auf die durch Katodenzerstäubung eine Schicht aus ferromagnetischem Werkstoff niedergeschlagen werden soll (Herstellung sogenannter Magnetspeicherplatten), befindet sich zunächst ( vorzugsweise von einem Roboter gehalten) in einer relativen Lage zur Platte 1 bzw. zu deren Ausnehmung 4, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, d. h. die Hauptebene des Substrats 13 verläuft parallel zur Hauptebene der Platte 1. Hierbei ist die Substratachse S um ein Maß e nach oben angehoben, das beispielsweise mit der Exzentrizität E übereinstimmen kann. Alsdann wird das Substrat 13 entlang der gestrichelten Linien soweit in die Ausnehmung 4 hineinbewegt, daß es etwa mittig über der Nut 6 zu liegen kommt. Alsdann wird das Substrat 13 um das Maß e abgesenkt, bis der untere Teilumfang des Substrats 13 auf dem Nutengrund 7aufliegt. Das Substrat wird nunmehr zuverlässig in der Nut 6 gehalten, und zwar etwa auf der Hälfte seines Umfangs. Es ist nunmehr auch bei erheblicher Schrägstellung der Platte 1 nicht mehr möglich, das Substrat nach links (bezogen auf Fig. 2) herausfallen zu lassen.
In Fig. 1 ist mittels der gestrichelten Linie 17 die Ausgangslage des Substrats 13 gemäß Fig. 2 gezeigt. Die strichpunktierte Linie 18, die nur einen Teilumfang des Substrats wiedergibt, zeigt dieses in der abgesenkten Position, in der das Substrat auf dem Nutengrund 7 aufsitzt. Es ist zu erkennen, daß zwischen dem Boden 11 und dieser Linie 18 etwa die gleiche Überdeckung vorliegt, wie zwischen dem Substrat und der Rippe 10. Hierdurch wird der bereits beschriebene Durchtritt von Beschichtungsmaterial wirksam verhindert.
Fig. 3 zeigt die Mehrfachanordnung des Prinzips nach den Fig. 1 und 2 in einer entsprechend größeren Platte 19, in der eine Vielzahl von Ausnehmungen 4 angeordnet ist. Der Einfachheit halber und wegen des gewählten Maßstabes sind Einzelheiten am Rande dieser Ausnehmung nicht dargestellt.
Wie bereits gesagt, sind die Verhältnisse in den Fig. 1 und 2 zur Veranschaulichung der Verhältnisse übertrieben dargestellt. In der Praxis wird man die Exzentrizität E bei einem Substratdurchmesser von beispielhaft 130 mm zu 5 mm wählen, und auch die Nuttiefe ist auf etwa 2 mm begrenzt. Der innere, nicht näher bezeichnete gestrichelte Kreis in Fig. 1 zeigt das üblicherweise in Magnetspeicherplatten vorhandene Loch. In dieses kann zur Vermeidung des Durchtretens von Beschichtungsmaterial ein Verschluß eingesetzt werden.
Der Substrathalter ist für alle möglichen, etwa scheibenförmige Substrate geeignet, wie für Linsen (Brillengläser), Filter, Reflektoren etc. Auch Parabolspiegel mit einem Ringflansch sind einsetzbar und vorzugsweise von einer Seite her beschichtbar, um beispielsweise Kaltlichtspiegel zu erzeugen.

Claims

1. Haltvorrichtung für Substrate mit im wesentlichen kreisförmigem Umriß, insbesondere in Vakuum-Beschichtungsanlagen, mit mindestens einer im wesentlichen kreisförmigen in einer senkrechten Platte angeordneten Ausnehmung, an deren Rand Halteelemente für die formschlüssige Halterung je eines Substrats angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (4) im unteren Bereich eine parallel zur Hauptebene der Platte (1) verlaufende, etwa halbkreisförmige radiale Nut (6) aufweist, die auf beiden Seiten von radial einwärts gerichteten, etwa halbkreisförmigen Rippen (10, 16) begrenzt ist, deren Abstand der Substratdicke entspricht, und daß die Ausnehmung (4) im oberen Bereich auf der einen Seite eine Rippe (9) aufweist, die sich mit der entsprechenden Rippe (10) im unteren Bereich im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzt, und auf der anderen Seite eine sich in der Dicke der Platte bis über die Nut (6) erstreckende, nach oben exzentrisch um mindestens die Nuttiefe versetzte Ausdrehung (8) besitzt, deren Radius mindestens so groß ist wie der Radius des Nutengrundes (7), derart, daß auf einer Seite der Platte (1) eine Einsetzöffnung für das exzentrische Einsetzen des Substrats (13) bis über die Nut vorhanden ist.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ausnehmung (4) aus Rotationsflächen mit mindestens drei verschiedenen Radien zusammensetzt:

a) aus einer durch die Platte (1) hindurchgehenden ersten Bohrung (5) mit einem Radius R ₁, der kleiner ist als der halbe Substratdurchmesser D ist,

b) aus einem etwa in der halben Tiefe der ersten Bohrung (5) liegenden konzentrischen, etwa halbkreisförmigen Nutengrund (7) mit einem Radius R ₂, wobei R ₂ > R ₁, und

c) aus einer im oberen Bereich liegenden, exzentrisch nach oben versetzten Ausdrehung (8) mit dem Radius R ₃, die sich in Tiefenrichtung mindestens bis über den Nutengrund (7) erstreckt, wobei R ₃ > R ₂ > R ₁.

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden (11) der Ausdrehung (8) und der gegenüberliegenden Oberfläche (2 ) der Platte (1) eine Wandstärke vorliegt, die geringer ist als die Dicke der Rippe (10) im unteren Bereich.

4. Haltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) aus Edelstahl besteht.