WO2019175372A1 - Vorrichtung zur beschichtung einer vielzahl von substraten - Google Patents

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WO2019175372A1
WO2019175372A1 PCT/EP2019/056525 EP2019056525W WO2019175372A1 WO 2019175372 A1 WO2019175372 A1 WO 2019175372A1 EP 2019056525 W EP2019056525 W EP 2019056525W WO 2019175372 A1 WO2019175372 A1 WO 2019175372A1
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WO
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shutter
substrates
coating
shk
holding device
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Application number
PCT/EP2019/056525
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rüdiger SCHERSCHLICHT
Stefan RADÜNZ
Original Assignee
Rodenstock Gmbh
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/04—Coating on selected surface areas, e.g. using masks
    • C23C14/042—Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks
    • C23C14/044—Coating on selected surface areas, e.g. using masks using masks using masks to redistribute rather than totally prevent coating, e.g. producing thickness gradient
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50—Substrate holders
    • C23C14/505—Substrate holders for rotation of the substrates

Definitions

  • the invention relates to a device for coating a plurality of substrates.
  • Lenses and glasses are provided with coatings for a variety of reasons.
  • lenses are described as transparent elements with imaging properties and glasses generally as transparent elements without imaging properties, e.g. Flat glasses, displays, etc. understood.
  • An exemplary coating is an antireflective coating. Such coatings are often made in coating plants. There, the substrates to be coated are applied to a holder.
  • the coating system is first evacuated and, if appropriate, a gas or gas mixture is supplied for a PVD / CVD process (Physical Vapor Deposition (English) physical vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD) chemical vapor deposition).
  • PVD / CVD process Physical Vapor Deposition (English) physical vapor deposition, chemical vapor deposition (CVD) chemical vapor deposition.
  • Both the evacuation step and the coating step are time consuming. For example, a period of approximately 25 minutes must be scheduled for the evacuation step. For an exemplary coating step another 30-35 min must be scheduled. To remove the coated substrates, the coating system must be ventilated.
  • the object is achieved by a device for coating a plurality of substrates, wherein the plurality of substrates are arranged on a holding device, wherein the device has a coating source, wherein the holding means holds the plurality of substrates so that they from the coating source in a direct line can be coated, which can be selected by an adjustable shutter, which substrates of the plurality of substrates can be coated, the shutter breaks the direct line between the substrate and coating source.
  • the holding device as well as the shutter can be rotated within the device.
  • the layer thickness can be produced more uniformly on the substrates.
  • the holding device as well as the shutter can be synchronously rotated within the device.
  • the layer thickness on the substrates can be made more uniform, while a number of substrates are protected by a (further) coating.
  • the number of selected substrates is variable under vacuum. That In the course of the process, substrates can be selectively shielded (temporally as well as spatially). This further increases the flexibility.
  • the shutter and the holding device will be rotated by a common drive.
  • positioning elements are arranged on the shutter and the holding device.
  • the shutter provides at least a partial overlap relative to a substrate such that, at least for the partially overlapped parts, the direct line between the substrate and the coating source is interrupted.
  • the holding device is a dome segment. That Even conventional coating systems can be retrofitted easily.
  • the coating source is a sputtering source D.h. Even conventional coating systems can be retrofitted easily.
  • 1 is a schematic representation of a holding device
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a shutter according to embodiments of the invention
  • 3 is a schematic representation of positioning elements according to embodiments of the invention
  • Fig. 5 is a schematic representation of a holding device and a shutter according to embodiments of the invention.
  • Fig. 6 is a schematic representation of a device according to the invention in side elevation.
  • an apparatus for coating a plurality N of substrates S 1 , S2, S 3 , ... S N is provided.
  • the exact number N is irrelevant to the understanding of the invention.
  • Substrates according to the invention are at least glasses and lenses. In this case, lenses are understood as transparent elements with imaging properties and glasses generally as transparent elements without imaging properties, eg flat glasses, displays, etc.
  • the plurality of substrates Si, S2, S 3 ,... S N are arranged on a holding device H.
  • Arranging can be an insertion into openings, as indicated in Figure 6, and / or an active be fastened.
  • the holding device H is simplified disk-shaped shown in the figures. In terms of process technology, for example, other forms may be more suitable for the evaporation of materials and / or the increased surface area for vapor deposition, for example, the holding device H may also be designed dome-shaped, in particular spherical or parabolic or ellipsoidal.
  • the device comprises at least one coating source Qi, Q 2, ... Q M.
  • Coating source is also to be understood broadly, so various forms of coating source or coating and functionalization methods (such as, for example, atmospheric plasma, etc.) may be provided, e.g. Sputtering, in particular DC sputtering, RF sputtering, ion beam sputtering, magnetron sputtering, as well as reactive sputtering, chemical vapor deposition (CVD), plasma assisted CVD, hot-wire CVD or catalytic CVD, low pressure CVD, metal organic CVD, physical vapor deposition (PVD) , in particular thermal evaporation, electron beam evaporation, laser pulsed laser ablation, arc evaporation, Arc-PVD, molecular beam epitaxy, ion beam-assisted deposition assisted deposition, IBAD), ion plating, ICB (ionized duster beam deposition, ICBD) technology.
  • Sputtering in particular DC sputtering, RF sputtering, ion
  • the holding device H holds the plurality of substrates S 1 , S 2 , S 3 ,... SN SO so that they can be coated in a direct line from the coating source Qi, Q 2 ... Q m .
  • the coating can be selectively prevented or allowed.
  • an adjustable shutter or a plurality of adjustable shutters SH 1 , SH 2 , SH 3 ... SHK is used.
  • the shutter can be selected, which substrates of the plurality of substrates S 1 , S 2 , S3 ... SN can be coated by the shutter SH 1 , SH 2 , SH3 ... SHK the direct line by introducing a (physical ) Interrupts barrier between substrate and coating source.
  • the shutter SHi in FIG. 6 is set so that the substrate Si can be coated while preventing the coating of the substrate S2.
  • the shutter SH can e.g. cover a circle segment.
  • a portion of substrates are covered so that e.g. a portion of the substrates is coated less long.
  • the shutter SH can rotate in a period of time relative to the holder H, so that all substrates can receive an equal amount of evaporated material, while in another period certain substrates remain hidden, so that no further evaporation can take place.
  • the size of the shutter determines the number of substrates that are excluded from the (further) coating.
  • the shutter consists of individual segments which can be displaced relative to one another such that e.g.
  • the shutter SH can be subdivided into three approximately equal quarter-circle segments, which can be arranged next to one another, overlapping or one above the other. Then, depending on the position of the shutter, the layer thickness for a first number different from the layer thickness for a second number different from the layer thickness for a third number, etc. can be adjusted.
  • the holding device H as well as the shutter SH1, SH2, SH3 ... SHK can be rotated within the device.
  • a distributor diaphragm can also be used.
  • the holding device H as well as the shutter SHi, SH 2 , SH 3 ... SHK can be synchronously rotated within the device. This can be achieved, for example, by the fact that, as shown in FIG. 4, both elements are rotated about a common axis of rotation D, wherein, for example, the shutter is detachably connected to the axis of rotation by inserting a barrier SP.
  • the shutter can be fixed relative to the holding device H and can for example be rotated synchronously with the holding device H, whereby the shading of certain substrates can be realized, or the holding device can be rotated freely relative to the shutter SH, whereby over a longer period the substrates are uniformly vaporized.
  • the coating times may be extended by the shading of individual substrates, there is a time advantage with increased flexibility due to the time-consuming pre- and post-processing times.
  • the number of selected substrates S1, S 2 , S3, ... S N can be variable. It can be provided on the one hand, that the shutter SH is designed accordingly at the beginning, alternatively or additionally, can also be provided that the number of selected substrates S 1 , S 2 , S3, ... S N is variable in particular under vacuum , In the latter case, the flexibility also increases significantly with respect to the coatings.
  • the shutter SH 1 , SH 2 , SH 3 ... SHK and the holding device H can be rotated by a common drive.
  • a common drive makes it possible to provide a synchronous movement of the shutter and holding device H with a few mechanical means.
  • positioning elements SHP, HP are arranged on the shutter SHi, SH 2 , SH 3 ... SHK and the holding device H. To facilitate the corresponding positioning elements have a similar filling.
  • the shutter SH1, SH2, SH3... SHK provide at least partial coverage relative to a substrate, so that at least for the partially covered parts the direct line between the Substrate and coating source is interrupted.
  • FIG. 5 shows a triangular tip on the left side of the shutter SH1. If this is (at least temporarily) over a substrate, then less material will be deposited on the more shaded area. As a result, coating progressions can be generated.
  • the shutter can also be divided into several parts. For example, different circular or ring segments can form a shutter. For example, as shown in Fig. 5, an outer shutter SH1 may cover only a quarter in the illustrated position of all the substrates, while the inner shutter SH3 covers three quarters of the inner substrates. By turning the shutter so different settings can be achieved to cover.
  • the individual shutters can also be segmented again so that the individual segments can be arranged next to one another, overlapping or one above the other.
  • a dome-like holding element H is equipped with the substrates Si, S2, S3 ... SN to be coated. Part of the substrates is covered with a segmented part Shutter SH.
  • Shutter SH1, SH2, SH3 ... SHK is either mechanically but variably coupled to the rotatable support member H or rotates independently in synchronism with the holding element H.
  • the shutter SH1 is divided into four equal segments and covers 3/4 of the holding member H, four different processes can be coated in one pass.
  • the shutter SH1 leaves, for example, a quarter of the equipped holding element H open.
  • the shutter SH1 remains relative to the holding element H always in this same position to the holding element H.
  • the shutter SH1 rotates for the second coating process relative to the holding element H by a quarter on and starts with the second coating process, etc.
  • a uniform treatment for example, plasma post-treatment or care history
  • the shutter SHi is decoupled from the rotational movement of the retaining element H.
  • the shutter SHi stops motionless and the support H turns on its own.
  • the shutter SHi in segments like a fan.
  • the individual fan segments would be individually controllable and could be driven over each other in the case of a uniform process step.
  • the shaded area of 3/4 in the above example is reduced to the area of a shutter segment of 1/4.
  • the size of the segmentation may depend on the degree of freedom chosen, the type of system, the substrates, the coating sources or other parameters, and the person skilled in the art has no limits.
  • SH K and holding element H ie to prevent lateral evaporation of the covered substrates
  • various ways are feasible.
  • One possibility would be to provide the segments of the shutter SHi, SH2, SH3 ... SH K with deflector covers and / or additionally to provide insert elements of the individual substrates likewise with side deflector covers. That is to say, substrates can be held in an insert element, for example a insert ring, which has a collar-shaped protuberance projecting laterally at least in sections. This (partial) collar-shaped protuberance can then constitute a physical barrier for lateral vapor deposition.
  • such an insert element can be inserted into an opening corresponding to S1 .4 in the holding element H.
  • the opening in the holding element H must be slightly larger than the substrate in question, so that the insert element can be accommodated in the opening.
  • the position of the holding element H relative to the shutter SHi, SH2, SH3... SHi ⁇ can be mechanically but variably coupled to the rotatable holding element H.
  • the shutter SHi has a rotary sleeve (preferably inside the coating chamber).
  • the holding element H rotates as before and the shutter SHi is suspended in the rotary motion.
  • the shutter SHi with recesses, z. B. four recesses (for four segments) provided. These recesses may also be tapered to facilitate latching.
  • the holding element H rotates about the axis of rotation D.
  • the drive of the holding element H can be implemented as before via the gear and motor, but other solutions are conceivable. That is, the shutter SHi turns passively with. For a change in position of the shutter relative to the holding element H, the shutter SHi stops and the holding element H is raised, according further rotated for the new position and lowered again. Thus, the shutter SHi and the holding element H are coupled again for the next process.
  • the shutter SHi independently rotates synchronously with the holding device H. That Both the holding element H and the shutter SHi have their own logical drive.
  • the two logical drives can also be realized by means of a common physical drive, e.g. via a gearbox.
  • One version is the separate control of holding element H and shutter SHi, each with its own motor with gearbox.
  • An alternative embodiment would be an engine for both, i. one and the same motor for the holding element H and the shutter SHi with intelligent transmission for synchronous drive of holding element H and shutter SHi.
  • stepper motors can be used.
  • position switches can be provided.
  • the position switch - see Figure 3 - has the holding element H even small pin - shown in Figure 3 as a triangle HP, in which a position switch SHP of the shutter - shown in Figure 3 as an upper counterpart with triangular recess - can engage.
  • the position switches can be electrical and give a signal when in their rest position (shown dark in the foreground) and when they leave it (bright in the background). Provided the resting position again is reached, that is, when the shutter SHi is positioned under the holding member H, the rotation is stopped. In this way, it is possible to turn the shutter SHi in the manner described above after completion of a process by a well-defined rotation (in this example, 1/4 turn).
  • a one-sided coating took roughly averaged between 75 to 85 minutes (depending on the coating system of the system). That as a pure coating time, for example, for four pages are currently required between 300 to 340 min. With the application of the overall system described here, a coating of four different coatings takes about 160 minutes.
  • shutter SHi (and also at the other shutters) defined apertures in an arbitrary geometry can be arranged ring-dependent, as shown for example in FIG. These other panels can be fixed or movable. If now the shutter SHi is not rotated (that is to say fixed at a position) and the holding element H is simultaneously rotated, layers with a gradual thickness gradient (gradient layers) are applied over the substrate as a result of the diaphragm configuration described.
  • z. B gradual different levels of reflection in the UV range (shift of the UV peak by change in thickness), a gradual course of silvering to anti-reflective coating or the targeted gradual introduction of absorption by a Transmissionsgradienten be applied to the glasses.
  • the combination of different gradients in the direction and thickness for the front and back of the substrates is also feasible and allows gradients, as they are not yet feasible even with the conventional dyeing technology (dip, etc.).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten, wobei die Vielzahl von Substraten (S1, S2, S3,... SN) auf einer Halteeinrichtung (H) angeordnet werden, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungsquelle (Q1, Q2,... QM) aufweist, wobei die Halteeinrichtung (H) die Vielzahl von Substraten (S1, S2, S3,... SN) so haltert, dass sie von der Beschichtungsquelle (Q1, Q2,... QM) aus in einer direkten Linie beschichtet werden können, wobei durch einen einstellbaren Shutter (SH1, SH2, SH3... SHK) ausgewählt werden kann, welche Substrate der Vielzahl von Substraten (S1, S2, S3,... SN) beschichtet werden kann, wobei der Shutter (SH1, SH2, SH3... SHK) die direkte Linie zwischen Substrat und Beschichtungsquelle unterbricht, wobei die Zahl der ausgewählten Substrate (S1, S2, S3,... SN) durch den Shutter (SH1, SH2, SH3... SHK) veränderlich ist.

Description

Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten.
Hintergrund der Erfindung
Linsen und Gläser, allgemeiner als Substrate bezeichnet, werden aus zahlreichen Gründen mit Beschichtungen versehen. Dabei werden Linsen als transparente Elemente mit Abbildungseigenschaften und Gläser allgemein als transparente Elemente ohne Abbildungseigenschaften, z.B. Flachgläser, Displays, etc. verstanden. Eine beispielhafte Beschichtung ist eine Antireflex-Beschichtung. Solche Beschichtungen werden häufig in Beschichtungsanlagen vorgenommen. Dort werden die zu beschichtenden Substrate auf einem Halter aufgebracht.
Für Beschichtungen selbst ist es notwendig entsprechende atmosphärische Bedingungen zu schaffen. Hierzu wird die Beschichtungsanlage zunächst evakuiert und gegebenfalls wird für einen PVD/CVD-Prozess (Physical Vapour Deposition (engl.) physikalische Gasphasenabscheidung; Chemical vapour deposition (engl.), CVD chemische Gasphasenabscheidung) ein Gas- oder Gasgemisch zugeführt.
Anschließend wird durch geeignete (Beschichtungs-) Techniken wie Sputtern, PVD, CVD, etc. Material von einer Quelle hin zu den Substraten befördert.
Eine beispielhafte Vorrichtung zur Dünnfilmbeschichtung ist aus der US Patentanmeldung US 2003 / 132 107 A1 bekannt. Dort wird eine Anlage aufgezeigt, die zur Beschichtung von Substraten geeignet ist und die eine verbesserte Gleichförmigkeit der Beschichtung zur Verfügung stellen soll.
Sowohl der Evakuierungsschritt als auch der Beschichtungsschritt sind zeitaufwändig. Beispielsweise muss für den Evakuierungsschritt ein Zeitraum von circa 25 min eingeplant werden. Für einen beispielhaften Beschichtungsschritt müssen weitere 30-35 min eingeplant werden. Zur Entnahme der beschichteten Substrate muss die Beschichtungsanlage belüftet werden.
Im Vergleich dazu sind die Schritte des Bestückens und Entnehmens von Substraten zeitlich untergeordnet.
Werden nun aber vergleichsweise kleine Mengen von Substraten mit unterschiedlichen Beschichtungen benötigt, so muss für jeden Typ der Beschichtung ein eigener Vorgang gestartet werden. D.h. unterschiedliche Beschichtungen können z.B. in einer Vorrichtung wie in der der US Patentanmeldung US 2003 / 132 107 A1 nur nacheinander oder parallel in verschiedenen Beschichtungsanlagen hergestellt werden. Während die erste Lösung zeitlich unattraktiv ist, ist die zweite Lösung sehr teuer, da eine Vielzahl von Beschichtungsanlagen angeschafft werden müssten.
Ausgehend von dieser Situation ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt eine Vielzahl von Substraten mit unterschiedlichen Beschichtungen in zeitlich verbesserter und somit kostengünstigerer weise zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten, wobei die Vielzahl von Substraten auf einer Halteeinrichtung angeordnet werden, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungsquelle aufweist, wobei die Halteeinrichtung die Vielzahl von Substraten so haltert, dass sie von der Beschichtungsquelle aus in einer direkten Linie beschichtet werden können, wobei durch einen einstellbaren Shutter ausgewählt werden kann, welche Substrate der Vielzahl von Substraten beschichtet werden kann, wobei der Shutter die direkte Linie zwischen Substrat und Beschichtungsquelle unterbricht. Mittels der Erfindung ist es nunmehr möglich eine Vielzahl von Substraten mit unterschiedlichen Beschichtungen in zeitlich verbesserter und somit kostengünstiger Weise zur Verfügung zu stellen. D.h. Substrate können selektiv (zeitlich als auch räumlich) abgeschirmt werden. Hierdurch wird die Flexibilität erhöht.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Halteeinrichtung als auch der Shutter innerhalb der Vorrichtung gedreht werden.
Hierdurch kann die Schichtdicke auf den Substraten gleichmäßiger hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Halteeinrichtung als auch der Shutter innerhalb der Vorrichtung synchron gedreht werden.
Hierdurch kann die Schichtdicke auf den Substraten gleichmäßiger hergestellt werden, während eine Anzahl von Substraten von einer (weiteren) Beschichtung geschützt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Zahl der ausgewählten Substrate unter Vakuum veränderlich. D.h. im Laufe des Prozesses können Substrate selektiv (zeitlich als auch räumlich) abgeschirmt werden. Hierdurch wird die Flexibilität weiter erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden der Shutter und die Halteeinrichtung von einem gemeinsamen Antrieb gedreht werden.
Hierdurch kann eine zeitlich abgestimmte Bewegung der einzelnen Teile in einem Gehäuse als auch gegeneinander zur Verfügung gestellt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind an dem Shutter und der Halteeinrichtung Positionierungselemente angeordnet.
Mittels dieser Elemente kann sichergestellt werden, dass bestimmte Relativpositionen zueinander unabhängig von einer Bewegung erreicht und gehalten werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellt der Shutter relativ zu einem Substrat zumindest eine teilweise Überdeckung bereit, sodass zumindest für die teilweise überdeckten Teile die direkte Linie zwischen dem Substrat und der Beschichtungsquelle unterbrochen ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Halteeinrichtung ein Kalottensegment. D.h. auch herkömmliche Beschichtungsanlagen können ohne weiteres nachgerüstet werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Beschichtungsquelle eine Sputterquelle D.h. auch herkömmliche Beschichtungsanlagen können ohne weiteres nachgerüstet werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren. Nachfolgend wird die Erfindung näher unter Bezug auf die Figuren erläutert. In diesen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Halteeinrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Shutters gemäß Ausführungsformen der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Darstellung von Positionierungselementen gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung von Drehachsen und Verrastungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Halteeinrichtung und eines Shutters gemäß Ausführungsformen der Erfindung, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Seitenriss.
Ausführliche Beschreibung
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter„ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl N von Substraten S1 , S2, S3, ... SN zur Verfügung gestellt. Die genaue Anzahl N ist dabei für das Verständnis der Erfindung ohne Belang. Substrate im Sinne der Erfindung sind zumindest Gläser und Linsen. Dabei werden Linsen als transparente Elemente mit Abbildungseigenschaften und Gläser allgemein als transparente Elemente ohne Abbildungseigenschaften, z.B. Flachgläser, Displays, etc. verstanden.
Die Vielzahl von Substraten Si, S2, S3, ... SN wird auf einer Halteeinrichtung H angeordnet. Anordnen kann dabei ein Einlegen in Öffnungen, wie in Fig.6 angedeutet, und/oder ein aktives befestigen sein. Die Halteeinrichtung H ist in den Figuren vereinfacht scheibenförmig dargestellt. Prozesstechnisch können z.B. für die Verdampfung von Materialien und oder die vergrößerte Fläche zur Bedampfung andere Formen geeigneter sein, z.B. kann die Halteeinrichtung H auch kalottenförmig, insbesondere kugelförmig oder parabeloid oder ellipsoid, ausgestaltet sein.
Weiterhin weist die Vorrichtung mindestens eine Beschichtungsquelle Qi, Q2, ... QM auf.
Auch hier gilt, dass die genaue Anzahl M für das Verständnis der Erfindung ohne Belang ist. Beschichtungsquelle ist dabei auch breit zu verstehen, so können unterschiedlichste Formen der Beschichtungsquelle bzw. Beschichtungs- und Funktionalisierungsmethoden (wie z. B. Atmosphärenplasma etc.) vorgesehen sein, z.B. Sputtern, insbesondere DC-Sputtern, HF- Sputtern, lonenstrahlsputtern, Magnetronsputtern, als auch reaktives Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), plasmaunterstütztes CVD, hot-wire CVD oder catalytic CVD, Niederdruck-CVD, metal organic CVD, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), insbesondere thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen (engl electron beam evaporation), Laserstrahlverdampfen (engl pulsed laser deposition, pulsed laser ablation), Lichtbogenverdampfen (engl arc evaporation, Arc-PVD), Molekularstrahlepitaxie (engl molecular beam epitaxy), ionenstrahlgestützte Deposition (engl ion beam assisted deposition, IBAD), lonenplattieren, ICB-Technik (engl ionized duster beam deposition, ICBD). Diese Verfahren können auch in einer Vorrichtung kombiniert zum Einsatz kommen, um Schichten und/oder Schichtfolgen zu erzeugen.
Besonders bevorzugt werden gerichtete Beschichtungsprozess verwendet.
Die Halteeinrichtung H haltert die Vielzahl von Substraten S1, S2, S3, ... SN SO, dass sie von der Beschichtungsquelle Qi, Q2, ... QM aus in einer direkten Linie beschichtet werden können.
Allerdings kann die Beschichtung selektiv verhindert bzw. erlaubt werden. Hierzu dient ein einstellbarer Shutter bzw. eine Vielzahl von einstellbaren Shuttern SH1, SH2, SH3 ... SHK. Mittels des Shutters kann ausgewählt werden, welche Substrate der Vielzahl von Substraten S1 , S2, S3 ... SN beschichtet werden können, indem der Shutter SH1, SH2, SH3 ... SHK die direkte Linie durch Einbringung einer (physikalischen) Barriere zwischen Substrat und Beschichtungsquelle unterbricht.
Beispielsweise ist der Shutter SHi in Figur 6 so eingestellt, dass Substrat Si beschichtet werden kann, während eine Beschichtung des Substrates S2 verhindert wird.
Der Shutter SH kann z.B. ein Kreissegment abdecken. Durch geeignete Prozessführung kann nun z.B. ein Teil von Substraten abgedeckt werden, sodass z.B. ein Teil der Substrate weniger lang beschichtet wird. Beispielsweis kann der Shutter SH in einem Zeitabschnitt gegenüber dem Halter H rotieren, sodass alle Substrate eine gleiche Menge aufgedampftes Material empfangen können, während in einem anderen Zeitabschnitt bestimmte Substrate verdeckt bleiben, so dass keine weitere Bedampfung erfolgen kann. Durch die Größe des Shutters wird dann die Anzahl der Substrate bestimmt, die von der (weiteren) Beschichtung ausgenommen sind. So können z.B. unterschiedliche Schichtdicken oder unterschiedliche Schichtfolgen bereitgestellt werden. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass der Shutter aus einzelnen Segmenten besteht, die so gegeneinander verschoben werden können, dass z.B. unterschiedlich große Anzahlen überdeckt werden können. Beispielsweise kann der Shutter SH in drei in etwa gleich große Viertelkreissegemente unterteilt sein, die nebeneinander, überlappend oder übereinander angeordnet sein können. Dann kann je nach Stellung des Shutters die Schichtdicke für eine erste Anzahl unterschiedlich zur Schichtdicke für eine zweite Anzahl unterschiedlich zur Schichtdicke für eine dritte Anzahl usw. eingestellt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung können die Halteeinrichtung H als auch der Shutter SH1, SH2, SH3 ... SHK innerhalb der Vorrichtung gedreht werden.
Somit kann eine gleichmäßigere Bedampfung der Substrate erreicht werden, wodurch die Qualität der Beschichtung gesteigert werden kann.
Für die Verbesserung der systembedingten Homogenität kann alternativ oder zusätzlich auch eine Verteilerblende verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Halteeinrichtung H als auch der Shutter SHi, SH2, SH3 ... SHK innerhalb der Vorrichtung synchron gedreht werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass wie in Figur 4 gezeigt, um eine gemeinsame Drehachse D beide Elemente gedreht werden, wobei z.B. der Shutter durch Einlegen einer Sperre SP lösbar mit der Drehachse verbunden wird. Damit kann der Shutter zum einen relativ zur Halteeinrichtung H fixiert werden und kann z.B. synchron mit der Halteeinrichtung H gedreht werden, wodurch die Abschattung von bestimmten Substraten realisierbar ist, oder aber die Halteeinrichtung kann frei gegenüber dem Shutter SH verdreht werden, wodurch über einen längeren Zeitraum die Substrate gleichmäßig bedampft werden.
Obwohl durch die Abschattung von einzelnen Substraten unter Umständen die Beschichtungszeiten verlängert werden, ergibt sich auf Grund der zeitlich langen Vor- und Nachbereitungszeiten ein zeitlicher Vorteil bei erhöhter Flexibilität.
Wie bereits zuvor beschrieben kann die Zahl der ausgewählten Substrate S1 , S2, S3, ... SN veränderlich sein. Dabei kann zum einen vorgesehen sein, dass der Shutter SH zu Beginn entsprechend ausgestaltet wird, alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Zahl der ausgewählten Substrate S1, S2, S3, ... SN insbesondere auch unter Vakuum veränderlich ist. In letzterem Fall steigt die Flexibilität auch in Bezug auf die Beschichtungen erheblich an.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Shutter SH1 , SH2, SH3 ... SHK und die Halteeinrichtung H von einem gemeinsamen Antrieb gedreht werden. Ein gemeinsamer Antrieb erlaubt es mit wenigen mechanischen Mitteln eine synchrone Bewegung von Shutter und Halteeinrichtung H bereitzustellen.
In einer Ausführungsform, welche beispielhaft in einem Aspekt in Figur 3 gezeigt ist, sind an dem Shutter SHi, SH2, SH3 ... SHK und der Halteeinrichtung H Positionierungselemente SHP, HP angeordnet. Zur Erleichterung haben die entsprechenden Positionierungselemente eine gleichartige Füllung. ln einer Ausführungsform, welche beispielhaft in Figur 5 gezeigt ist, kann vorgesehen sein, dass der Shutter SH1, SH2, SH3 ... SHK relativ zu einem Substrat zumindest eine teilweise Überdeckung bereitstellt, sodass zumindest für die teilweise überdeckten Teile die direkte Linie zwischen dem Substrat und Beschichtungsquelle unterbrochen ist. Beispielsweise ist in Figur 5 am Shutter SH1 eine dreieckige Spitze auf der linken Seite dargestellt. Befindet sich diese (zumindest zeitweise) über einem Substrat, so wird auf dem stärker beschatteten Bereich weniger Material aufgedampft werden. Hierdurch können Beschichtungsverläufe erzeugt werden.
Der Shutter kann auch in mehrere Teile zergliedert sein. Beispielsweise können unterschiedliche Kreis- bzw. Ringsegmente einen Shutter bilden. Beispielsweise kann wie in Figur 5 gezeigt, ein äußerer Shutter SH1 nur ein Viertel in der dargestellten Stellung von allen Substraten überdecken, während der innere Shutter SH3 drei Viertel der inneren Substrate überdeckt. Durch Verdrehen der Shutter können so unterschiedliche Einstellungen zur Überdeckung erreicht werden. Natürlich können auch die einzelnen Shutter wieder segmentiert sein, sodass die einzelnen Segmente nebeneinander, überlappend oder übereinander angeordnet sein können.
Ein beispielhaftes Gesamtsystem sei nachfolgend nochmals dargestellt.
Ein kalottenartiges Halteelement H wird mit den zu beschichtenden Substraten Si, S2, S3 ... SN bestückt. Ein Teil der Substrate wird mit einem segmentierten Teil Shutter SH abgedeckt. Shutter SH1, SH2, SH3 ... SHK ist entweder mechanisch, aber veränderbar an das drehbare Halteelement H angekoppelt oder dreht sich selbstständig synchron mit dem Halteelement H.
Wenn der Shutter SH1 zum Beispiel in vier gleiche Segmente unterteilt ist und 3/4 des Halteelements H abdeckt, so lassen sich vier verschiedene Prozesse in einem Durchgang beschichten. Der Shutter SH1 lässt z.B. ein Viertel des bestückten Halteelements H offen. Im jetzt ablaufenden ersten Beschichtungsprozess bleibt der Shutter SH1 relativ zum Halteelement H immer in dieser gleichen Position zum Halteelement H. Wenn der erste Beschichtungsprozess beendet ist, dann dreht sich der Shutter SH1 für den zweiten Beschichtungsprozess relativ zum Halteelement H um ein Viertel weiter und beginnt mit dem zweiten Beschichtungsprozess, usw. Wenn vier Beschichtungsprozesse abgelaufen sind, dann besteht die Möglichkeit für alle vier Substrate am Schluss eine einheitliche Behandlung (zum Beispiel Plasmanachbehandlung oder Pflegeschicht) aufzubringen. In diesem Fall wird der Shutter SHi von der Drehbewegung des Halteelements H entkoppelt. Der Shutter SHi bleibt unbewegt stehen und das Halteelement H dreht sich alleine.
Um für einen einheitlichen Verfahrensschritt den Material- als auch Zeitverbrauch gering zu halten, wäre es denkbar, den Shutter SHi segmentweise wie einen Fächer umzusetzen. Die einzelnen Fächer-Segmente wären einzeln ansteuerbar und könnten im Falle eines einheitlichen Verfahrensschrittes übereinander gefahren werden. Je nach Realisierung wird damit die abgeschattete Fläche von 3/4 im obigen Beispiel auf die Fläche von einem Shuttersegment von 1/4 reduziert.
Je kleiner die Segmentierung ist, desto mehr verschiedene Prozesse lassen sich in einem Durchgang beschichten. Die Größe der Segmentierung kann dabei abhängig vom gewählten Grad der Freiheit, dem Anlagentyp, der Substrate, den Beschichtungsquellen oder anderen Parametern abhängen und dem Fachmann sind insoweit keine Grenzen gesetzt.
Um eine seitliche Bedampfung zwischen Shutter SHi, SH2, SH3 ... SHK und Halteelement H, d.h. um eine seitliche Bedampfung der abgedeckten Substrate zu verhindern, sind verschiedene Wege gangbar. Eine Möglichkeit wäre die Segmente des Shutter SHi, SH2, SH3 ... SHK mit Abweiserblenden zu versehen und/oder zusätzlich Einlegeelement der einzelnen Substrate ebenfalls mit seitlichen Abweiserblenden zu versehen. D.h. Substrate können in ein Einlegeelement, z.B. ein Einlegering, gehalten werden, das seitlich überragend zumindest abschnittsweise eine kragenförmige Ausstülpung aufweist. Diese (abschnittsweise) kragenförmige Ausstülpung kann dann für eine seitliche Bedampfung eine physikalische Barriere darstellen. Beispielsweise kann ein solches Einlegeelement in eine Öffnung entsprechend S1 .4 im Halteelement H eingesetzt werden. In aller Regel muss dann die Öffnung im Halteelement H leicht größer als das betreffende Substrat ausgeformt sein, sodass das Einlegelement in der Öffnung aufgenommen werden kann. Die Position des Halteelements H relativ zum Shutter SHi, SH2, SH3 ... SHi< kann mechanisch aber veränderbar an das drehbare Halteelement H angekoppelt sein. Der Shutter SHi weist eine Drehhülse (bevorzugt innerhalb der Beschichtungskammer) auf. Das Halteelement H dreht sich wie bisher und der Shutter SHi wird in die Drehbewegung eingehängt. Hierfür ist der Shutter SHi mit Aussparungen, z. B. vier Aussparungen (für vier Segmente) versehen. Diese Aussparungen können auch konisch sein, um das Einrasten zu erleichtern. In der hohlen Drehachse des Shutter SHi dreht sich das Halteelement H um die Drehachse D. Der Antrieb des Halteelementes H kann wie bisher über Getriebe und Motor umgesetzt sein, aber auch andere Lösungen sind denkbar. D.h. der Shutter SHi dreht sich passiv mit. Für eine Positionsveränderung des Shutters relativ zum Halteelement H bleibt der Shutter SHi stehen und das Haltelement H wird angehoben, entsprechend für die neue Position weitergedreht und wieder abgesenkt. Damit sind der Shutter SHi und das Halteelement H für den nächsten Prozess wieder gekoppelt.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Shutter SHi sich selbstständig synchron mit der Halteeinrichtung H dreht. D.h. sowohl das Halteelement H als auch der Shutter SHi verfügen über einen eigenen logischen Antrieb. Natürlich können die beiden logischen Antriebe auch mittels eines gemeinsamen physikalischen Antriebs realisiert sein, z.B. über ein Getriebe. Eine Ausführung ist die separate Ansteuerung von Halteelement H und Shutter SHi mit jeweils eigenem Motor mit Getriebe. Eine alternative Ausführung wäre ein Motor für beide, d.h. ein und derselbe Motor für das Halteelement H und den Shutter SHi mit intelligentem Getriebe zum synchronen Antrieb von Halteelement H und Shutter SHi.
Um eine hohe Präzision bei der relativen Positionierung von Halteelement H und Shutter SHi zu erreichen, können Schrittmotoren verwendet werden. Alternativ hierzu können Positionsschalter vorgesehen sein.
In einer möglichen Ausführungsform der Positionsschalter - siehe Figur 3 - besitzt das Halteelement H selbst kleine Zapfen- in Figur 3 als Dreieck HP dargestellt, in welche ein Positionsschalter SHP des Shutters - in Figur 3 als oberes Gegenstück mit dreieckiger Ausnehmung dargestellt - einrasten können. Die Positionsschalter können elektrisch sein und ein Signal abgeben, wenn sie in ihrer Ruheposition (dunkel im Vordergrund dargestellt) sind und wenn sie diese verlassen (hell im Hintergrund dargestellt). Sofern die Ruheposition wieder erreicht ist, d.h. wenn der Shutter SHi unter dem Halteelement H positioniert ist, wird die Drehbewegung gestoppt. Auf diesem Weg ist es möglich, den Shutter SHi in der oben beschriebenen Weise nach Abschluss eines Vorganges um eine genau definierte Drehung (hier im Beispiel 1/4 Drehung) weiterzudrehen. Dies ist nur eine mögliche Ausführungsform der Positionsschalter; weitere Ausführungen (z.B. Kugelgelenk mit Feder etc.) sind ebenfalls denkbar. Elektrische Signale der Positionsschalter können ähnlich wie bei der Schwingquarz- Einheit aus der Vakuumkammer geführt werden.
Bisher dauerte eine einseitige Beschichtung grob gemittelt zwischen 75 bis 85 min (abhängig vom Beschichtungssystem der Anlage). D.h. als reine Beschichtungszeit beispielsweise für vier Seiten werden aktuell zwischen 300 bis 340 min benötigt. Mit der Anwendung des hier beschriebenen Gesamtsystems dauert eine Beschichtung von vier verschiedenen Beschichtungen rund 160 min.
An den Shutter SHi (und auch an die anderen Shuttern) können, wie beispielsweise in Bild 5 gezeigt, definierte Blenden in einer beliebigen Geometrie ringabhängig angeordnet sein. Diese weiteren Blenden können fix oder beweglich sein. Wird jetzt der Shutter SHi nicht gedreht (steht also fix an einer Position) und das Haltelement H gleichzeitig gedreht, so werden durch die beschriebene Blendenkonfiguration Schichten mit graduellem Dickenverlauf (Gradientenschichten) über das Substrat aufgebracht.
Hierdurch können z. B. graduelle unterschiedliche Reflexhöhen im UV Bereich (Verschiebung des UV Peaks durch Dickenänderung), ein gradueller Verlauf von Verspiegelung zu Entspiegelung oder die gezielte graduelle Einbringung von Absorption um einen Transmissionsgradienten auf die Gläser aufgebracht werden. Die Kombination aus unterschiedlichen Gradienten in Richtung und Stärke für Vorder- und Rückseite der Substrate ist ebenso umsetzbar und ermöglicht Verläufe, wie sie bisher selbst mit der konventionellen Färbetechnologie (Tauchbad etc.) nicht umsetzbar sind.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Beschichtung einer Vielzahl von Substraten, wobei die Vielzahl von Substraten (Si, S2, S3, ... SN) auf einer Halteeinrichtung (H) angeordnet werden, wobei die Vorrichtung eine Beschichtungsquelle (Qi, Q2, ... QM) aufweist, wobei die Halteeinrichtung (H) die Vielzahl von Substraten (S1, S2, S3, ... SN) SO haltert, dass sie von der Beschichtungsquelle (Qi, Q2, ... QM) aus in einer direkten Linie beschichtet werden können, wobei durch einen einstellbaren Shutter (SH1, SH2, SH3 ... SH«) ausgewählt werden kann, welche Substrate der Vielzahl von Substraten (S1, S2, S3 ... SN) beschichtet werden kann, wobei der Shutter (SH1, SH2, SH3 ... SHK) die direkte Linie zwischen Substrat und Beschichtungsquelle unterbricht, wobei die Zahl der ausgewählten Substrate (S-i , S2, S3, ... SN) durch den Shutter (SH1, SH2, SH3 ... SHK) veränderlich ist..
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (H) als auch der Shutter (SH1, SH2, SH3 ... SHK) innerhalb der Vorrichtung gedreht werden können.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (H) als auch der Shutter (SH1, SH2, SH3 ... SHK) innerhalb der Vorrichtung synchron gedreht werden können.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der ausgewählten Substrate (S1, S2, S3, ... SN) insbesondere unter Vakuum veränderlich ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Shutter (SH1, SH2, SH3 ... SHK) und die Halteeinrichtung (H) von einem gemeinsamen Antrieb gedreht werden können.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Shutter (SH1, SH2, SH3 ... SHK) und der Halteeinrichtung (H) Positionierungselemente (SHP, HP) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Shutter (SH1 , SH2, SH3 ... SHK) relativ zu einem Substrat zumindest eine teilweise Überdeckung bereitstellt, sodass zumindest für die teilweise überdeckten Teile die direkte Linie zwischen dem Substrat und Beschichtungsquelle unterbrochen ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung ein Kalottensegment ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsquelle (Qi, Q2, ... QM) ausgewählt ist aus einer Gruppe aufweisend: Sputtern, insbesondere DC-Sputtern, HF-Sputtern, lonenstrahlsputtern, Magnetronsputtern, reaktives Sputtern, chemische Gasphasenabscheidung, plasmaunterstütztes CVD, hot-wire CVD oder catalytic CVD, Niederdruck-CVD, metal organic CVD, physikalische Gasphasenabscheidung, thermisches Verdampfen, Elektronenstrahlverdampfen, Laserstrahlverdampfen, Lichtbogenverdampfen,
Molekularstrahlepitaxie, ionenstrahlgestützte Deposition, lonenplattieren, ICB-Technik
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsprozess gerichtet ist.
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