DE4332674A1

DE4332674A1 - Vorrichtung zum Arretieren eines flachen, vorzugsweise kreisscheibenförmigen Substrats am Substratteller einer Vakuumbeschichtungsanlage

Info

Publication number: DE4332674A1
Application number: DE4332674A
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Dipl Ing Zejda
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1993-09-25
Filing date: 1993-09-25
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2013-09-26
Also published as: US5439522A; CH688380A5; JPH07150350A; DE4332674C2; JP3649763B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Arretierung eines flachen, vorzugsweise kreisscheibenförmigen, mit einer zentralen Öffnung versehenen Substrats am mit einem über die Substratauflagefläche hervorstehenden Zentrier zapfen versehenen Substratteller einer Vakuumbeschich tungsanlage, insbesondere für den Transport des Substrats von der einen zur anderen Behandlungsstation und für das Ein- und Ausschleusen des Substrats in bzw. aus der Transport- oder Behandlungskammer.

In der Vakuumverfahrenstechnik, insbesondere in der Dünn schichttechnik ist das Beschichten von Substraten, bei spielsweise von Compactdisks (CD) bekannt. Die Compact disks sind ein modernes Speichermedium für digitale In formationen. In einem Sputterprozeß werden die geprägten Kunststoffscheiben mit beispielsweise einer Aluminium schicht von weniger als einem zehntausendstel Millimeter überzogen. Die hierzu eingesetzten Sputterbeschichtungs anlagen besitzen in vielen Fällen einen Drehteller für die Beförderung der Substrate.

Über eine Schleuse in einem Sauberraum belädt und entlädt ein Roboter die Anlage. Von der Schleuse aus transpor tiert der Drehteller den Substratträger mit dem Substrat durch die Vakuumkammer. Das Besputtern erfolgt durch eine Hochleistungszerstäubungskatode, die als Magnetron auf ge baut ist.

Durch die Deutsche Offenlegungsschrift 37 16 498 ist be reits eine Vorrichtung zum Ein- und Ausschleusen eines im wesentlichen flachen Werkstücks in eine evakuierbare Be schichtungskammer und zum Zuführen und Rückführen des Werkstücks in und aus dem Bereich einer Beschichtungs quelle zum Zwecke der Behandlung der Werkstückoberfläche bekannt geworden.

Die Vorrichtung nach dieser Offenlegungsschrift ist ge kennzeichnet durch eine im Bereich der Beschichtungskam mer angeordnete Beschichtungsvorrichtung mit einem oder mehreren deckelförmigen Werkstückträgern, mit Hilfe derer die Werkstücke in eine Öffnung der Beschichtungskammer benachbarte Position bringbar sind, von der aus die Öff nung einerseits vom Werkstückträger und andererseits von einem Hubteller verschließbar ist, der auf einem inner halb der Beschichtungskammer rotierbar gelagerten Dreh teller gehalten und geführt ist, wobei der Werkstückträ ger von einem sich an der Beschickungsvorrichtung abstüt zenden Hubzylinder an die Öffnung im Deckel der Beschich tungskammer und der Hubteller von einer an der Boden platte befestigten Hubvorrichtung anpreßbar ist.

Das mit einer zentralen Öffnung versehene Substrat liegt bei dieser Vorrichtung nach der DE 37 16 498 A1 während des Beschichtungsvorganges auf dem Hubteller und ist da bei mit Hilfe eines Zapfens der Teil des Hubteller ist, gegen seitliches Verschieben bzw. gegen ein Verschieben in der Ebene des Hubtellers gesichert. Zusätzlich ist die Auflagefläche um ein geringes Maß gegenüber der Oberseite des Hubtellers vertieft angeordnet, so daß das kreis scheibenförmige Substrat auch mit Hilfe seines umlaufen den äußeren Randes an der erhöhten Randpartie des Hubtel lers anliegt.

In der Praxis hat sich nun gezeigt, daß weder der Zapfen allein noch die Kombination von erhöhter Randpartie und Zapfen eine genügende Sicherheit gegen ein Verschieben des Substrats bieten, so daß Betriebsstörungen in der Praxis nicht ausgeschlossen werden können. Derartige Be triebsstörungen haben zur Folge, daß die Anlage belüftet und anschließend teilweise demontiert werden muß, um das verklemmte Substrat aus der Prozeßkammer zu entfernen. Da die Substrate außerordentlich zerbrechlich sind, sind diese im Falle der Betriebsstörung auch zerstört, so daß die Bruchstücke des Substrats auf den verschiedensten We gen in die empfindlichen Bereiche der Vorrichtung gelangt sein können. Um nun die auf den Substrattellern auflie genden Substrate zusätzlich zu arretieren bzw. ortsfest zu halten, hat man auch bereits vorgeschlagen, den Zapfen mit radial abstehenden, jedoch radial nach innen auf die Rotationsachse des Zapfens zu bewegbaren, z. B. federnde Noppen oder Nasen zu versehen. Derartige Schnappver schlüsse haben jedoch den Nachteil, daß sie die zentrale Öffnung des Substrats beschädigen, wenn das Substrat auf den Zapfen aufgeschoben oder von diesem wieder abgezogen wird. Da die Nasen oder Noppen nur an drei oder vier Stellen die verschleißempfindliche Kante der zentralen Öffnung überratschen bzw. überspringen, üben sie punktu ell eine relativ große Pressung aus, so daß die Kante der Öffnung dabei leicht beschädigt wird., vorzugsweise aus bricht, so daß kleinste Partikel in die Prozeßkammer ge langen können, was den Beschichtungsprozeß empfindlich stört.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu grunde, eine Vorrichtung der infragestehenden Art zu schaffen, die einerseits einen sicheren Halt für die Substrate auf dem Substratteller gewährleistet und ande rerseits auf die Kanten der zentralen Öffnung mit größt möglicher Schonung einwirkt. Außerdem soll die Vorrich tung besonders einfach im Aufbau sein, um eine hohe Be triebssicherheit zu ermöglichen und schließlich sollen geringe Unterschiede in der Dicke des kreisscheibenförmi gen Substrats keinen Einfluß auf den festen Sitz des Substrats bzw. auf die Lösekräfte und Aufnahmekräfte ha ben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zentrierzapfen eine Querschnittsfläche aufweist, die den Durchtritt des Zentrierzapfens durch die zentrale Öffnung gestattet und mit einer Ringnut versehen ist, die sich etwa in der Ebene der der Substratauflage abgekehr ten oberen Fläche des Substrats erstreckt, wobei in die Ringnut eine zu einem torusförmigen Gebilde ausgeformte endlose Schraubenfeder mit schräger Wicklung eingelegt ist, wobei jeweils die von einer Windung bestimmte Wen delfläche mit der von durch den Berührungsort dieser Win dung mit der Innenwand der Nut des Zentrierzapfens und der Rotationsachse bestimmten Ebene einen Winkel ein schließt, der größer als 45 Grad, vorzugsweise 50 bis 60 Grad, ist, so daß sich bei Einwirkung einer in radialer Richtung auf die Rotationsachse auf die Feder einwirken den Kraft dieser Winkel vergrößert, wobei sich die die Feder einhüllende Torusfläche abplattet und damit nach Art eines Schnappverschlusses das über die Feder schieb bare Substrat im Bereich der oberen Kante der Öffnung ar retiert.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmög lichkeiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeich nungen näher dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 das Schnittbild einer Vorrichtung zum Ein- und Ausschleusen einer disk in eine Vakuumkammer einer Beschichtungsanlage, die mit einer nicht dargestellten Katodenstation ausgerüstet ist,

Fig. 2 die endlose Schraubenfeder in der Draufsicht und in stark vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 den Zentrierzapfen im Schnitt und in der Sei tenansicht.

Mit 1 ist ein Querbalken bezeichnet, der durch das Aggre gat 2 heb- und senkbar und drehbar ist. Der Querbalken gehört zu einer Transporteinrichtung, die mit einem Dop pelschwenkarm ausgerüstet ist. Der erste Schwenkarm, im vorliegenden Fall der Querbalken 1, ist in der Figur dar gestellt. Der zweite Querbalken, der dem ersten Querbal ken 1 gegenüberliegend angeordnet ist, ist nur teilweise dargestellt. Er trägt die Bezugsziffer 3.

Der Doppelschwenkarm ist drehbar, und zwar um die Achse 4. Durch Verdrehen wird der erste Querbalken in die Po sition des zweiten Querbalkens gebracht, während der zweite Querbalken in die Position des ersten Querbalkens gelangt.

Am rechten Ende 5 des Querbalkens ist ein Deckel 6 ange ordnet. Im Deckel sind drei Saugvorrichtungen, von denen zwei Saugvorrichtungen 7, 8 in der Figur dargestellt sind, untergebracht, die zum Ansaugen, d. h. Festhalten, eines Substrats dienen. Im vorliegenden Fall besteht das Substrat aus einer disk 9, von der in der Figur nur der linke Teil dargestellt ist. Wenn der Querbalken durch das Aggregat gehoben wird, hebt er den Deckel 6 in Richtung des Pfeils 10. Nachdem der Deckel oberhalb der Oberkante 11 des Vakuumkammerdeckels 12 gelangt ist, kann der Quer balken um 180 Grad gedreht werden, siehe oben.

Die im Vergleich zur Vakuumkammer kleine Einschleuskammer 13 ist trennbar von der Vakuumkammer 14 der Beschich tungsanlage, wie weiter unten noch im einzelnen beschrie ben werden wird. Das Unterteil der Vakuumkammer trägt die Bezugsziffer 15.

In der vorliegenden Fig. 1 ist nur der Teil der Vakuum kammer gezeigt, der funktionsmäßig mit der Einschleussta tion zusammenwirkt. Die Vakuumkammer ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel flach ausgeführt. In ihr ist ein Drehteller 16 untergebracht. Die Bezugsziffer 16 ist mehrfach in der Figur eingetragen, um die Konfiguration des Drehtellers deutlich zu machen. In der Figur ist nur der Teil des Drehtellers gezeigt, der mit der Schleusen station zusammenwirkt.

Mit 17 ist die Unterkante des Drehtellers bezeichnet. Die Bezugsziffer 17 ist zur Verdeutlichung der Position die ser Unterkante zweifach eingetragen. 18 stellt die Ober kante des Drehtellers dar. Der Drehteller kann innerhalb der Vakuumkammer, die mit 14 bezeichnet ist, um die Achse 19 rotieren.

Der Drehteller kann beispielsweise vier Aufnahmeöffnungen aufweisen, von denen eine in der Figur dargestellt ist und dort die Bezugsziffer 20 trägt. Die Aufnahmeöffnung besteht aus einer zylinderförmigen Ausnehmung im flachen Drehteller 16.

Wegen der gewählten Schnittdarstellung bildet sich die Aufnahmeöffnung als Linie 20 ab. Es handelt sich um die Begrenzungslinie oder die geschnittene Mantelfläche der zylinderförmigen Ausnehmung.

Im Bereich des Randes, bzw. der Mantelfläche 20, der Auf nahmeöffnung im Drehteller 16 ist ein Absatz 21 vorgese hen, auf den sich der Substrathalter 22 setzen kann.

In der Figur rechts ist ein Substrathalter 23 gezeigt und zwar in seiner, auf dem umlaufenden Absatz 21 abgesetzten Position. Links ist der Substrathalter, siehe oben, mit 22 bezeichnet und zwar in seiner angehobenen Position.

Mit 24 ist das Substrat bzw. die Disk bezeichnet, die im Substrathalter liegt.

Mit 25, 26 sind zwei Positionen einer Stützplatte gekenn zeichnet, wobei 25 die Stützplatte in ihrer oberen Posi tion und 26 die Stützplatte in ihrer unteren Position be zeichnen. Die Stützplatte wird axial bewegt durch eine Hubvorrichtung 27.

36 bezeichnet ein Dichtungs- und Führungsteil. Der Be reich 14 ist, siehe oben, Teil der Vakuumkammer. Er steht also auch während des Be- und Entladens unter Vakuum.

Nachfolgend wird die Verfahrensweise für das Ein- und Ausschleusen eines Werkstücks, hier einer Disk, beschrie ben.

In einer Position des Querbalkens 1, die um 180 Grad zu der in der Figur gezeigten Position verschwenkt angeord net ist, wird durch die Saugvorrichtung 7, 8 eine Disk aufgenommen, d. h. angesaugt. Der Querbalken 1 und damit der Deckel 6 und die Disk 9 werden angehoben und an schließend um 180 Grad um die Achse 4 verschwenkt. Sie sind dann in einer Position oberhalb derjenigen Position, die in der Fig. 1 gezeigt ist.

Anschließend wird der Querbalken mit Deckel und Disk ab gesenkt und gelangt in die Position, wie sie in der Figur dargestellt ist. Der Rand 28 des Deckels liegt dichtend auf der Dichtung 29 auf. Es handelt sich hierbei vorzugs weise um einen O-Ring.

Die Saugleitung 30 bzw. Vakuumleitung für die Saugvor richtungen 7, 8 wird abgeschaltet, so daß der Saugeffekt bzw. Halteeffekt, fortfällt. Die Disk 9 legt sich in den Substrathalter oder Substratteller 22, wobei die zentrale Öffnung 38 der Disk 9 über den Zentrierzapfen 35 und gleichzeitig auch über die torusförmige Wurmfeder 39 ge schoben wird und zwar soweit, bis die Disk unterhalb der radial nachgiebigen Feder 39 liegt.

Die Stützplatte ist vorher in die Position 25 durch die Hubvorrichtung 27 angehoben worden. Der Substrathalter 22 wird durch die Stützplatte gegen die untere Wand 31 der Vakuumkammer bzw. gegen die Dichtung (O-Ring) 32 gepreßt. Die Einschleuskammer 13 ist nunmehr luftdicht gegenüber der Atmosphäre und gegenüber der Vakuumkammer abgeschlos sen.

Die Einschleuskammer wird über die Leitung 33 an schließend evakuiert. Das Schleusenventil 34 ist entspre chend geschaltet.

Nach der Evakuierung der Einschleuskammer 13 fährt die Stützplatte in ihre untere Position, die mit 26 bezeich net ist. Die Einschleuskammer 13 wird nunmehr mit der Va kuumkammer 14 verbunden. Der Substrathalter mit der Disk setzt sich auf den Absatz 21 in der Aufnahmeöffnung des Drehtellers 16. In dieser Position ist in der Figur rechts der Substrathalter mit 23 bezeichnet, siehe oben. Das im Substrathalter 23 liegende Substrat trägt in der Figur rechts die Bezugsziffer 24.

Der Drehteller kann nun, nach dem absenken der Stütz platte, zusammen mit dem Substrathalter, der sich unter der Wirkung der Saugvorrichtung 7, 8, wie dargestellt, auf den ringförmigen Absatz 21 des Drehtellers abgesetzt hat und zusammen mit dem im Substrathalter liegenden Substrats, innerhalb der Vakuumkammer rotieren. Das Substrat wird innerhalb der Vakuumkammer zu weiteren Sta tionen, beispielsweise zu einer Beschichtungsquelle, in Form einer Zerstäubungskatode, transportiert.

Es können beispielsweise vier Stationen in der Vakuumkam mer angeordnet sein. Der Drehteller würde sich dann im Takt um jeweils 90 Grad drehen. Nach vier Takten wäre ein Arbeitszyklus beendet und das beschichtete Substrat ge langt in die in der Figur mit 24 bezeichnete Position. Es folgt der Ausschleusvorgang.

Die Stützplatte wird bei Beginn des Ausschleusvorganges aus ihrer Position 26 in die Position 25 gehoben. Damit gelangt das Substrat bzw. die Disk, aus der Position 23, 24 in die Position 22, 9. Der Substratträger 22 wird durch die Stützplatte 25 gegen die Dichtung 32 gepreßt.

Die Einschleuskammer wird dadurch von der Vakuumkammer getrennt. Anschließend wird die Einschleuskammer über die Leitung 33 durch entsprechende Schaltung des Schleusen ventils 34 geflutet.

Nachdem die Schleusenkammer geflutet ist, werden durch Öffnen der Saugleitung 30 die Saugvorrichtungen 7, 8 ak tiviert, so daß die Saugvorrichtungen die Disk 9 ansaugen und festhalten können, wobei die Disk 9 über die Feder 39 springt.

Anschließend wird der Deckel durch den Querbalken gehoben und danach um 180 Grad geschwenkt. Die beschichtete Disk wird in der nicht dargestellten linken Position von den Saugvorrichtungen freigegeben.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Wurmfeder 39 (Ringfeder mit schräger Wicklung) in eine Ringnut 40 eingelegt, die der art bemessen ist, daß die Wurmfeder 39 um ein Maß a, das etwa dem halben Durchmesser D des Wurmfederquerschnittes entspricht über die Mantelfläche 41 des Zentrierzapfens 35 hervorsteht. Die Öffnung 38 im Zentrum der Disk ist so bemessen, daß ihr Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser A der Wurmfeder 39.

Die in Fig. 2 stark vergrößert dargestellt Wurmfeder 39 weist eine Vielzahl von relativ eng zueinander angeordne ten Windungen auf, wobei in der entspannten Lage der Fe der die einzelnen Windungen jeweils gegenüber der in der Rotationsachse R liegende Ebene E durch einen Winkel α ausgelenkt sind, der etwa 50 bis 60 Grad beträgt, wobei die radial innen liegenden Partien p, p′, p′′, . . . der einzelnen Windungen jeweils einander berühren und die jeweils radial außen liegenden Partien m, m′, m′′, . . . ei nen jeweils größeren Abstand x, x′, . . . voneinander auf weisen. Die von den Windungen der Feder 39 gebildete Raumkurve oder Schraubenlinie liegt auf der Mantelfläche eines Torus, wobei der Abstand x, x′, . . . den jeweils zwei benachbarte Windungen P, P′ bzw. P′, P′′ usw. am ra dial äußeren Scheitel miteinander bilden, größer als der Durchmesser des Federdrahtes ist, während die beiden je weils benachbarten Windungen im Bereich des radial inne ren Scheitels sehr nahe aneinander liegen, wobei durch die die geometrischen Mittelpunkte der Windungen erstreckende Achse Z näher an den inneren Scheitel gerückt ist.

Bezugszeichenliste

1 Querbalken
2 Aggregat
3 Querbalken
4 Achse
5 Ende
6 Deckel
7 Saugvorrichtung
8 Saugvorrichtung
9 Disk
10 Pfeil
11 Oberkante
12 Vakuumkammerdeckel
13 Einschleuskammer
14 Vakuumkammer, Bereich
15 Unterteil
16 Drehteller, Transportmittel
17 Unterkante
18 Oberkante
19 Achse
20 Aufnahmeöffnung, Linie, Mantelfläche
21 Absatz, Anschlag
22 Substrathalter, Scheibe, Haltevorrichtung, Substratteller
23 Substrathalter, Scheibe, Haltevorrichtung, Substratteller
24 Substrat, Disk, Position, Werkstück
25 Position, Stützplatte, Stützelement
26 Position, Stützplatte, Stützelement
27 Hubvorrichtung
28 Rand
29 Dichtung
30 Saugleitung
31 untere Wand, Innenwand
32 Dichtung, O-Ring
33 Leitung
34 Schleusenventil
35 Zentrierzapfen
36 Dichtungs- und Führungsteil
37 Wurmfeder, Ringfeder, torusförmige Feder
38 zentrale Öffnung
39 Innenfläche der Ringnut
40 Ringnut
41 Mantelfläche

Claims

Vorrichtung zur Arretierung eines flachen, vorzugsweise kreisscheibenförmigen, mit einer zentralen Öffnung (38) versehenen Substrats (9) am mit einem über die Substrat auflagefläche (42) hervorstehenden Zentrierzapfen (35) versehenen Substratteller (22) einer Vakuumbeschichtungs anlage, insbesondere für den Transport des Substrats von der einen zur anderen Behandlungsstation und für das Ein- und Ausschleusen des Substrats in bzw. aus der Behand lungskammer oder Transportkammer (13, 14), dadurch ge kennzeichnet, daß der Zentrierzapfen (35) eine Quer schnittsfläche aufweist, die den Durchtritt des Zentrier zapfens (35) durch die zentrale Öffnung (38) gestattet und mit einer Ringnut (40) versehen ist, die sich etwa in der der Ebene der Substratauflage (42) abgekehrten oberen Fläche des Substrats erstreckt, wobei in die Ringnut (40) eine zu einem torusförmigen Gebilde ausgeformte endlose Schraubenfeder (37) eingelegt ist, wobei jeweils die von einer Windung bestimmte Wendelfläche (W) mit der von durch den Berührungsort dieser Windung mit der Innenwand der Nut (40) des Zentrierzapfens (35) und der Rotationsachse (R) bestimmten Ebene (E) einem Winkel (α) einschließt, der größer als 45 Grad, vorzugsweise 50 bis 60 Grad, ist, so daß sich bei Einwirkung einer in radialer Richtung auf die Rotationsachse (R) auf die Feder (39) einwirkenden Kraft (P) dieser Winkel (α) vergrößert, wobei sich die die Feder (39) einhüllende Torusfläche abplattet und damit nach Art eines Schnappverschlusses das über die Feder (39) geschobene Substrat (9) im Bereich der oberen Kante der Öffnung (38) arretiert.