DE4143177C2 - Beschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage mit meh­ reren, um eine gemeinsame Mittelachse herum auf einen Kreisbogen angeordneten Prozeßkammern, welche jeweils mit einer Unterdruckleitung und einer Gasleitung Verbindung haben und bei der ein koaxial zu der Mittelachse angeord­ netes Karussell mit Substrataufnahmen zum Transport von in den Prozeßkammern zu beschichtenden Substraten vorge­ sehen ist.

Beschichtungsanlagen der vorstehenden Art werden bei­ spielsweise unter der Bezeichnung "Circulus" zur Be­ schichtung von optischen Datenträgern durch Kathodenzer­ stäubung von der Firma Leybold vertrieben und sind des­ halb bekannt. Bei der bekannten Beschichtungsanlage ist das Karussell als Greiferstern ausgebildet, welcher die zu beschichtenden Substrate durch eine getaktete Dreh­ bewegung von Prozeßkammer zu Prozeßkammer bewegt, so daß die Substrate in den unterschiedlichen Prozeßkammern un­ terschiedlichen Behandlungsgängen unterzogen werden kön­ nen. Die Evakuierung und die Gaszufuhr für jede Prozeß­ kammer erfolgt unabhängig von den übrigen Prozeßkammern, so daß für jede Prozeßkammer Überwachungseinrichtungen vorgesehen sind, um die herrschenden Prozeßbedingungen zu steuern.

Oftmals ist es bei Beschichtungsanlagen wünschenswert, mehrere Prozeßkammern parallel zueinander zu betreiben, damit eine hohe Produktionsrate erreicht wird. Das ist beispielsweise der Fall, wenn man hohle Formteile oder ähnliche Körper beschichten will, weil bei solchen Teilen in einer einzigen Prozeßkammer das gesamte Beschichtungs­ system aufgebracht werden kann. Bei einem Parallelbetrei­ ben mehrerer Prozeßkammern muß man dafür sorgen, daß in allen Prozeßkammern völlig gleiche Bedingungen herrschen. Unterschiedlich lange Absaugleitungen oder Gaszuführlei­ tungen führen beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Strömungsverluste zu unterschiedlichen Drücken in den Prozeßkammern. Deshalb müssen alle Prozeßkammern einzeln steuerbar sein und die erforderlichen Kontroll- und Meß­ einrichtungen aufweisen, um gleiche Prozeßbedingungen er­ zeugen zu können.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Beschich­ tungsanlage der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit möglichst geringem Steuerungs- und Überwachungs­ aufwand mehrere Prozeßkammern parallel zueinander betrie­ ben werden können.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Unterdruckleitung einen koaxial zur Mittelachse ver­ laufenden Absaugsammelkanal aufweist, von dem radiale Verbindungskanäle mittelbar oder unmittelbar zu den Pro­ zeßkammern führen.

Durch diesen erfindungsgemäßen, mittigen Absaugsammelka­ nal und die radialen Verbindungskanäle kann die Absaugung für alle Prozeßkammern völlig gleich verlaufen. Es erge­ ben sich deshalb völlig gleiche Strömungsverluste zu al­ len Prozeßkammern hin, so daß sich in ihnen zwangsläufig stets gleicher Unterdruck einstellt, was für eine gleich­ mäßige Beschichtung aller gleichzeitig zu behandelnder Substrate notwendig ist.

Zur Reduzierung der Anlagekosten trägt es bei, wenn für alle Prozeßkammern gemeinsam zentrale Sensoren zur Über­ wachung der Prozeßbedingungen angeordnet sind. Dieser Verzicht auf eine Überwachung und Steuerung des Unter­ drucks und der sonstigen Prozeßbedingungen für jede ein­ zelne Prozeßkammer wird durch die Bauweise der Beschich­ tungsanlage mit einem zentralen Absaugsammelkanal mög­ lich.

Besonders einfach ist die Beschichtungsanlage gestaltet, wenn die Prozeßkammern mit einer entlang der Prozeßkam­ mern verlaufenden Ringleitung verbunden sind, welche über die radialen Verbindungskanäle mit dem Absaugsammelkanal Verbindung haben. Diese Gestaltung ermöglicht es, die An­ zahl der radialen Verbindungskanäle kleiner zu halten als die der Prozeßkammern. Es genügen zum Beispiel vier Ver­ bindungskanäle, um zweiunddreißig am Absaugsammelkanal angeschlossene Prozeßkammern gleichmäßig mit Unterdruck beaufschlagen zu können.

Die Anordnung des zentralen Absaugsammelkanals ist beson­ ders platzsparend möglich, wenn das Karussell ringförmig ausgebildet ist.

Denkbar wäre es, daß das Karussell durch die einzelnen Prozeßkammern hindurchführt, so daß jeweils ein von ihm getragenes Substrat sich in einer Prozeßkammer befinden kann. Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Beschich­ tungsanlage im Bereich jeder Prozeßkammer einen Substrat­ wechsler zum Transport eines Substrates zwischen der je­ weiligen Substrataufnahme des Karussells und einer Auf­ nahme in der Prozeßkammer hat. Diese Gestaltung ermög­ licht es, mit dem Karussell fertig beschichtete Substrate abzutransportieren und es mit noch zu beschichtenden Sub­ straten zu bestücken, während in den einzelnen Prozeßkam­ mern der Beschichtungsprozeß abläuft. Dadurch lassen sich die nach Abschluß des Beschichtungsprozesses erforderli­ chen Nebenzeiten für den Austausch der Substrate in den Prozeßkammern wesentlich verkürzen.

Zur weiteren Verkürzung der Nebenzeiten trägt es bei, wenn das Karussell doppelt so viele Substrataufnahmen aufweist, wie insgesamt Prozeßkammern vorgesehen sind. Hierdurch wird es möglich, immer nur jede zweite Sub­ strataufnahme des Karussells mit neuen Substraten zu be­ stücken. Man taktet dann das Karussell derart, daß sich zunächst jeweils eine leere Substrataufnahme vor jeder Prozeßkammer befindet, um aus der jeweiligen Prozeßkammer ein fertiges Substrat aufnehmen zu können. Anschließend braucht man das Karussell lediglich um den Teilungswinkel einer Substrataufnahme weiterzutakten, um die neuen Sub­ strat in Übergabeposition mit den einzelnen Prozeßkammern zu bringen.

Das Karussell ist besonders einfach und massearm ausge­ bildet und kann mit geringem Aufwand mittels handelsübli­ cher Bauteile angetrieben werden, wenn es aus einer Nabe und einem mit der Nabe durch Speichen verbundenen, die Substrataufnahmen aufweisenden Ring gebildet ist und wenn zum Antrieb des Karussells ein einen Schrittmotor aufweisender, fest mit der Nabe verbundener Drehtisch vorgesehen ist.

Auch die Gasbeaufschlagung der einzelnen Prozeßkammern kann sehr gleichmäßig erfolgen, ohne daß in den einzelnen Prozeßkammern Meß- und Steuereinrichtungen notwendig wer­ den, wenn gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Gasleitung koaxial zur Mittelachse einen Gaszuführka­ nal hat, von dem radiale Gasleitungen zu den einzelnen Prozeßkammern führen.

Besonders einfach ist die Beschichtungsanlage gestaltet, wenn sie zum gleichzeitigen Wechseln von Substraten aller Prozeßkammern ausgebildet ist.

Alternativ hierzu kann man mehrere benachbarte Prozeßkam­ mern jeweils zu einer gemeinsam zu beschickenden Prozeß­ kammereinheit zusammenfassen. Das hat den Vorteil, daß bei Störungen einzelne Prozeßkammereinheiten abgeschaltet werden können, so daß die Beschichtungsanlage mit den üb­ rigen Prozeßkammern weiter betrieben werden kann. Weiter­ hin könnte man unterschiedliche Beschichtungsvorgänge nacheinander in unterschiedlichen Prozeßkammereinheiten durchführen.

Die Prozeßkammereinheiten können sehr einfach aufgebaut sein, wenn in ihnen die Prozeßkammern auf einer Geraden tangential zur Mittelachse des Karussells angeordnet sind und das Karussell für jede Prozeßkammereinheit auf einer Tangente eine der Zahl der Prozeßkammern einer Prozeßkam­ mereinheit entsprechende Zahl von Substrataufnahmen und hierzu versetzt auf einer zweiten Tangente eine gleiche Anzahl weiterer Substrataufnahmen aufweist.

Die einzelnen Prozeßkammern brauchen kein diese nach au­ ßen abdichtendes Gehäuse aufzuweisen, wenn die Prozeßkam­ mern jeweils eine Auflageplatte mit zumindest einem Un­ terdruckdurchlaß und einem Gasdurchlaß zur dichtenden Auflage einer offenen Stirnseite eines topfförmigen Sub­ strates aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform bil­ den die Substrate einen Teil des Gehäuses der jeweiligen Prozeßkammer.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Beschichtungsan­ lage für unterschiedliche Beschichtungsverfahren konzi­ piert sein. Ein besonders vorteilhafter Anwendungsfall ist jedoch die Beschichtung von hohlen Formteilen. Hier­ bei ist es günstig, wenn die Prozeßkammer jeweils zur Zu­ führung der erforderlichen Energie eine auf das Substrat aufsetzbare Beschichtungsquelle aufweisen. Bei flachen Substraten, beispielsweise Compact Disks, könnte man als Beschichtungsquelle ein glockenförmiges Bauteil auf das Substrat aufsetzen.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzip sind drei da­ von in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigen in

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Be­ schichtungsanlage nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Beschichtungsan­ lage nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungs­ form einer Beschichtungsanlage nach der Erfindung,

Fig. 4 eine Prinzipskizze des Übergabebereiches der Substrate in der Beschichtungsanlage,

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch einen für die Erfindung wesentlichen Bereich einer dritten Ausführungsform einer Beschichtungs­ anlage,

Fig. 6 einen gegenüber Fig. 5 vergrößerten Schnitt durch einen Randbereich der Beschichtungsan­ lage nach Fig. 5.

Die Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Beschichtungsanlage 1, welcher mittels eines linearen Transportbandes 2 Sub­ strate 3 zugeführt werden. Diese haben eine topfförmige Gestalt und sollen in der Beschichtungsanlage 1 innen­ seitig beschichtet werden.

Zum Beschicken der Beschichtungsanlage 1 mit Substraten 3 dient eine Übergabevorrichtung 4, welche Substrate 3, 3a zwischen dem Transportband 2 und einem Karussell 5 zu wechseln vermag. Dieses Karussell 5 kann mittels eines Schrittmotors 6 um eine Mittelachse 7 gedreht werden, so daß die auf ihm abgelegten Substrate 3, 3a bis vor kreis­ förmig um das Karussell 5 herum angeordnete Prozeßkammern 8 transportiert werden können. Jeder Prozeßkammer 8 ist ein Substratwechsler 9 zugeordnet, welcher von einem Mo­ tor 10 angetrieben, Substrate 3, 3b, 3c zwischen dem Ka­ russell 5 und der jeweiligen Prozeßkammer 8 zu wechseln vermag.

Wichtig für die Erfindung ist ein Absaugsammelkanal 11, welcher koaxial zur Mittelachse 7 des Karussells 5 ver­ läuft und der an eine nicht gezeigte Vakuumpumpe ange­ schlossen ist. Von diesem Absaugsammelkanal 11 führen ra­ dial verlaufende Verbindungskanäle 12 in eine Ringleitung 13, welche bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel unter­ halb der Prozeßkammern 8 verläuft und mit der alle Pro­ zeßkammern 8 Verbindung haben. Da die Wege von dem Ab­ gassammelkanal 11 zu den Prozeßkammern 8 stets gleich sind, ergibt sich in allen Prozeßkammern 8 ein völlig gleicher Unterdruck.

Auch die Gaszuführung erfolgt bei der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage 1 zentral von einem ebenfalls koaxial zur Mittelachse 7 angeordneten Gaszuführkanal 14 über ra­ diale Gasleitungen 15.

Die dargestellte Beschichtungsanlage 1 hat eine Energie­ einheit 16, welche mit Beschichtungsquellen 17 auf den zu beschichtenden Substraten 3c aufsitzt. Da es sich bei den Substraten 3, 3a, 3b, 3c um topfförmige Gebilde handelt, welche mit ihrer offenen Seite aufstehen, kann die Wan­ dung jedes Substrates 3 jeweils die Außenwand der je­ weiligen Prozeßkammern 8 bilden, was bei dem Ausführungs­ beispiel nach den Fig. 5 und 6 besser zu erkennen ist.

Die Steuerung der Prozeßkammern 8 erfolgt zentral mittels schematisch angedeuteter Sensoren 31, 32. Hierdurch wird eine Datenerfassung in den einzelnen Prozeßkammern 8 un­ nötig.

Die Draufsicht gemäß Fig. 2 läßt erkennen daß auf dem Karussell 5 nebeneinander auf einem Kreisbogen Substrat­ aufnahmen, zum Beispiel die Substrataufnahmen 18, 19, an­ geordnet sind. Koaxial zu der Mittelachse 7 und damit zu dem Karussell 5 sind auf seiner Außenseite ebenfalls auf einem Kreisbogen die Prozeßkammern 8 angeordnet. Die An­ zahl der Substrataufnahmen 18, 19 ist doppelt so hoch wie die der Prozeßkammern 8. Dadurch kann man mit den jeder Prozeßkammer 8 zugeordneten Substratwechslern 9, 9b aus allen Prozeßkammern 8 gleichzeitig zunächst ein beschich­ tetes Substrat 3 entnehmen und auf eine leere Substrat­ aufnahme 18 absetzen, um anschließend nach einem Drehen des Karussells 5 um eine Teilung der Substrataufnahmen 18, 19 ein neues Substrat 3 von der benachbarten Sub­ strataufnahme 19 zu entnehmen und in die Prozeßkammer 8 setzen zu können. Hierzu ist es erforderlich, mit der Übergabevorrichtung 4 nur jede zweite Substrataufnahme 19 mit einem vom Transportband 2 zugeführten Substrat 3 zu beschicken.

Die Fig. 2 läßt wiederum den zentralen Abgassammelkanal 11 erkennen, über den alle Prozeßkammern 8 völlig gleich­ mäßig evakuiert werden.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 sind auf einem zur Mittelachse 7 konzentrischen Kreisbogen insge­ samt 9 Prozeßkammereinheiten, beispielsweise Prozeßkam­ mereinheiten 20, 20a, 20b vorgesehen. Jede Prozeßkam­ mereinheit 20, 20a, 20b enthält, was Fig. 4 zeigt, vier Prozeßkammern 8, 8a, 8b, 8c. Diese werden jeweils gemein­ sam mit Unterdruck oder dem Gas verbunden.

Vom Karussell 5 erkennt man in Fig. 3 einen Ring 21, eine Speiche 22 und eine Nabe 23. Die Prinzipskizze gemäß Fig. 4 zeigt auf dem Ring 21 vier Substrataufnahmen 24, 24a, 24b, 24c, welche auf einer tangential zum Ring 21 verlaufenden Geraden liegen. Sie fluchten genau mit den Prozeßkammern 8, 8a, 8b, 8c der Prozeßkammereinheit 20. Deshalb ist ein einfaches Auswechseln der Substrate 3 möglich. Verdreht man in Fig. 4 gesehen das Karussell 5 entgegen dem Uhrzeigersinn um 36°, dann gelangen vier weitere, ebenfalls auf einer Tangente angeordnete Sub­ strataufnahmen 25, 25a, 25b, 25c in eine fluchtende Stel­ lung zu den Prozeßkammern 8, 8a, 8b, 8c.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 wurde auf die in Fig. 1 gezeigte Ringleitung 13 verzichtet. Stattdessen führt entweder zu jeder Prozeßkammer 8 oder zu nicht gezeigten Prozeßkammereinheiten jeweils ein ei­ gener Verbindungskanal 12. Die Gaszuführung erfolgt wie­ derum von dem zentralen Gaszuführkanal 14 über Gasleitun­ gen 15. Zu erkennen ist in Fig. 5, wie das Karussell 5 durch einen Drehtisch 26 mittels des Schrittmotors 6 an­ getrieben wird. Das Karussell 5 ist mit seiner Nabe 23 auf diesem Drehtisch 26 befestigt. Zu erkennen sind in Fig. 5 weiterhin zwei der Speichen 22, 22a und der Ring 21.

Die Fig. 6 zeigt im Maßstab vergrößert eine Prozeßsta­ tion 27 mit der Prozeßkammer 8 und einem darin angeordne­ ten Substrat 3. Dieses Substrat 3 ruht auf einer Auflage­ platte 28, welche Unterdruckdurchlässe 29 und Gasdurch­ lässe 30 hat. Die Unterdruckdurchlässe 29 haben mit dem Verbindungskanal 12 Verbindung, so daß über sie der Raum innerhalb des Substrates 3, welcher die Prozeßkammer 8 bildet, evakuiert werden kann. Ebenfalls dargestellt ist in Fig. 6 die Gasleitung 15, welche mit den Gasdurchläs­ sen 30 Verbindung hat, um in die Prozeßkammer 8 Gas ein­ geben zu können.

Bezugszeichenliste

1

Beschichtungsanlage

2

Transportband

3

Substrat

4

Übergabevorrichtung

5

Karussell

6

Schrittmotor

7

Mittelachse

8

Prozeßkammer

9

Substratwechsler

10

Motor

11

Absaugsammelkanal

12

Verbindungskanal

13

Ringleitung

14

Gaszuführkanal

15

Gasleitung

16

Energieeinheit

17

Beschichtungsquelle

18

Substrataufnahme

19

Substrataufnahme

20

Prozeßkammereinheit

21

Ring

22

Speiche

23

Nabe

24

Substrataufnahme

25

Substrataufnahme

26

Drehtisch

27

Prozeßstation

28

Auflageplatte

29

Unterdruckdurchlaß

30

Gasdurchlaß

31

Sensor

32

Sensor

Claims (13)

1. Beschichtungsanlage mit mehreren, um eine gemeinsame Mittelachse (7) herum auf einen Kreisbogen angeordneten Prozeßkammern (8), welche jeweils mit einer Unterdruck­ leitung und einer Gasleitung Verbindung haben und bei der ein koaxial zu der Mittelachse (7) angeordnetes Karussell (5) mit Substrataufnahmen zum Transport von in den Pro­ zeßkammern (8) zu beschichtenden Substraten (3) vorge­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdrucklei­ tung einen koaxial zur Mittelachse (7) verlaufenden Ab­ saugsammelkanal (11) aufweist, von dem radiale Verbin­ dungskanäle (12) mittelbar oder unmittelbar zu den Pro­ zeßkammern (8) führen.

2. Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für alle Prozeßkammern (8) gemeinsam zen­ trale Sensoren (31, 32) zur Überwachung der Prozeßbedin­ gungen angeordnet sind.

3. Beschichtungsanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Prozeßkammern (8) mit einer entlang der Prozeßkammern (8) verlaufenden Ringleitung (13) verbunden sind, welche über die radialen Verbin­ dungskanäle (12) mit dem Absaugsammelkanal (11) Ver­ bindung haben.

4. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Karussell (5) ringförmig ausgebildet ist.

5. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schichtungsanlage (1) im Bereich jeder Prozeßkammer (8) einen Substratwechsler (9) zum Transport eines Substrates (3c) zwischen der jeweiligen Substrataufnahme (18, 19; 24, 25) des Karussells (5) und einer Aufnahme in der Pro­ zeßkammer (8) hat.

6. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Karus­ sell (5) doppelt so viele Substrataufnahmen (18, 19; 24, 25) aufweist, wie insgesamt Prozeßkammern (8) vorgesehen sind.

7. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Karus­ sell (5) aus einer Nabe (23) und einem mit der Nabe (23) durch Speichen (22) verbundenen, die Substrataufnahmen (18, 19; 24, 25) aufweisenden Ring (21) gebildet ist und daß zum Antrieb des Karussells (5) ein einen Schrittmotor (6) aufweisender, fest mit der Nabe (23) verbundener Drehtisch (25) vorgesehen ist.

8. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas­ leitung koaxial zur Mittelachse (7) einen Gaszuführkanal (14) hat, von dem radiale Gasleitungen (15) zu den ein­ zelnen Prozeßstationen (8) führen.

9. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zum gleichzeitigen Wechseln von Substraten (3) aller Pro­ zeßkammern (8) ausgebildet ist.

10. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere benachbarte Prozeßkammern (8, 8a, 8b, 8c) jeweils zu einer gemeinsam zu beschickenden Prozeßkammereinheit (20) zusammengefaßt sind.

11. Beschichtungsanlage nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Prozeßkammereinheiten (20) die Prozeßkammern (8, 8a, 8b, 8c) auf einer Geraden tangen­ tial zur Mittelachse (7) des Karussells (5) angeordnet sind und das Karussell (5) für jede Prozeßkammereinheit (20) auf einer Tangente eine der Zahl der Prozeßkammern (8, 8a, 8b, 8c) einer Prozeßkammereinheit (20) entspre­ chenden Zahl von Substrataufnahmen (24, 24a, 24b, 24c) und hierzu versetzt auf einer zweiten Tangente eine gleiche Anzahl weiterer Substrataufnahmen (25, 25a, 25b, 25c) aufweist.

12. Beschichtungsanlage nach zumindest einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeß­ kammern (8) jeweils eine Auflageplatte (28) mit zumindest einem Unterdruckdurchlaß (29) und einem Gasdurchlaß (30) zur dichtenden Auflage einer offenen Stirnseite eines topfförmigen Substrates (3) aufweisen.

13. Beschichtungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Prozeßkammer (8) jeweils zur Zuführung der erforderlichen Energie eine auf das Substrat (3) auf­ setzbare Beschichtungsquelle (17) aufweist.