CH685348A5

CH685348A5 - Vakuumbeschichtungsanlage mit drehgetriebenem Substratträger.

Info

Publication number: CH685348A5
Application number: CH1489/92A
Authority: CH
Inventors: Anton Kunz; Erich Dr Bergmann
Original assignee: Balzers Hochvakuum
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1995-06-15
Also published as: DE4307435A1; US5415694A; JPH0625833A

Description

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CH 685 348 A5

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuum-beschichtungsanlage mit drehgetriebenem Substratträger.

Bei der Beschichtung von schweren Teilen oder einer grossen Anzahl mittelschwerer Teile in Vakuumanlagen wird beispielsweise ein Drehteller oder ein Karussell auf einer Drehdurchführung im Deckel oder im Boden der Anlage aufgebaut. Bei vielen Verfahren ist nur die zweite Lösung möglich. Dabei gilt es, hohe Lasten von der zentralen Drehdurchführung zu entkoppeln. Dabei ist eine Lagerung des Substratträgers mittels Gleitlagern wegen der Beschränkung der Werkstoffwahl im Vakuum nicht möglich. Es besteht daher die Schwierigkeit der Lagerung von drehgetriebenen Substratträgern in Va-kuumbeschichtungsanlagen, eine Aufgabe, welche die vorliegende Erfindung zu lösen bezweckt.

Diese Erfindung zeichnet sich durch einen der Ansprüche aus.

Sie wird anschliessend beispielsweise anhand einer Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Plasmabeschichtungsanlage mit drehgetriebenem Substratträger, nach Schnittlinie l-l der Fig. 3,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Antriebs- und Trägerwelle der Anlage, nach Schnittlinie II-II der Fig. 3,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Antriebs- und Trägerwelle gemäss Fig. 2.

Der in Fig. 1 im Ausschnitt dargestellte Bodenbereich der Vakuumbeschichtungsanlage 1 weist einen Bodenflansch 3 auf, mit einem darüberliegen-den Vakuumraum 2. Der Ausschnitt zeigt insbesondere die Drehdurchführung 4. Diese weist eine Antriebs- und Trägerwelle 5 auf, an deren unterem Wellenbund 6 eine Zahnscheibe 8 mittels Schrauben befestigt ist. Ein Zahnriemen 9 verbindet die Zahnscheibe 8 antriebsmässig mit einer Zahnscheibe 10, welche auf der Welle eines Getriebemotors 12 sitzt. Der Getriebemotor 12 seinerseits ist mittels eines Lagerblockes 13 am Bodenflansch 3 der Anlage spannungsfrei gelagert.

Die Antriebs- und Trägerwelle 5 ist in ihrem unteren Teil mit einer Lagerscheibe 6 versehen, während an ihrem oberen Wellenbund 19 ein Karussell 16, mit strichpunktierter Linie angedeutet, befestigt ist. Die Welle 5 ist gegenüber dem Vakuumraum 2 über einen Wellendichtring 46 drehbar abgedichtet. Die Lagerung erfolgt mithin auf Atmosphärenseite, wodurch das Eindringen von Verunreinigungen wie Partikel in den Vakuumraum 2 weitestgehend vermieden werden können. Diese Tatsache ist sehr wichtig, da Vakuumprozesse äusserst empfindlich auf Verunreinigungen durch Partikel sind. Das Karussell 16 ist Trägerin der zu beschichtenden Teile. Eine Lagerscheibe 15 der Antriebs- und Trägerwelle 5 dient der quasistationären hydrostatischen Lagerung. Zu diesem Zwecke ist sie mit Zuflussradial-bohrungen 17 versehen, wie dies im Detail in den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Diese Radialbohrungen

17 führen in Zuflussaxialbohrungen 18, die am oberen Wellenbund 19 ausmünden und über 180° Umlenkbogen mit den entsprechenden Abflussaxialboh-rungen 32 verbunden sind.

Zuflussbohrungen 21 führen zu den Radialbohrungen 17, welche an ihren Enden mittels Verschlusszapfen 22 verschlossen sind.

Die Antriebs- und Trägerwelle 5 ist mit ihrer Lagerscheibe 15 in einem Lagerteil mit einem oberen Lagerflansch 25 und einem unteren Lagerflansch 26 gelagert. Der obere Lagerflansch 25 weist einen oberen Ringkanal 27 auf, während ein entsprechender, dem oberen Ringkanal 27 axial gegenüberliegender unterer Ringkanal 28 im unteren Lagerflansch 26 vorgesehen ist. Die Lagerflansche 25, 26 sind beispielsweise dichtend verschraubt, wobei die O-Ringdichtung 38 und die Wellendichtungsringe 45 das aus den Lagerflanschen 25, 26 bestehende Gehäuse abdichten.

In ein Anschlussstück 29 mündet ein Druckwasseranschlussstutzen 30, welcher über Ausnehmungen 31 zu den Zuflussbohrungen 21 führt. Den Zuflussbohrungen 21 entsprechende Rückflussbohrungen 33 münden aus Abflussradialbohrungen 35 in einen aus Bohrungen und Ausnehmungen bestehenden, nur schematisch angegebenen Rückflussweg 37, welcher zum Saugstutzen der Wasserpumpe (nicht dargestellt) führt. Es können auch andere Medien als Wasser verwendet werden. Der Frage des Dichtens muss bei dieser Konstruktion eine grosse Wichtigkeit beigemessen werden. Die Lagerscheibe 15 liegt je nach applizierten Druckverhältnissen und Gewichtsbeiastungen mehr oder weniger an den oberen oder unteren Gleitringen 44 an. Die Gleitringe 44 haben gleichzeitig eine Dichtungsfunktion und bilden somit praktisch quasi Dichtungen. Die Gleitringe 44 können beispielsweise aus Lagermetallen bestehen oder aus Kunststoffen, beispielsweise Teflon.

Ein die Lagerflansche 25 und 26 tragender Stützring 40 ist seinerseits auf drei Tellerfedern 39 gelagert, welche die Einstellung der abzustützenden Kräfte ermöglichen. Eine weiche, federnde Lagerung kann bei Bedarf ebenfalls realisiert werden. Zwischen dem Stützring 40 und einer Federscheibe 42 ist eine elektrische Isolierscheibe 41 angeordnet. Die Tellerfedern 39 ruhen ihrerseits auf Lagermuttern 43, mit deren Hilfe die Weichheit bzw. Härte der Abfederung der Tellerfedern 39 eingestellt werden kann.

Im Betrieb arbeitet die Drehdurchführung 4 wie folgt:

Die Wasserpumpe - es könnte auch eine andere Lagerflüssigkeit gefördert werden - wird in Betrieb gesetzt, so dass das Wasser entsprechend der Drosselstelle im Wasserumlaufsystem mit sehr kleiner Geschwindigkeit, wie dies in hydrostatischen Lagern der Fall ist, im Kreislauf strömt. Von der Pumpe kommend gelangt das Wasser durch den Druckwasseranschluss 30 und die Ausnehmungen 31 in den unteren Ringkanal 28. Hier wirkt der Wasserdruck auf die obere Ringfläche des unteren Ringkanals 28, so dass eine nach oben gerichtete Hubkraft die Antriebs- und Trägerwelle 5 an der Lagerscheibe 15 stützt. Das Wasser bewegt sich vom

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Ringkanal 28 durch die Zuflussbohrungen 21 in die Zuflussradialbohrungen 17 und von dort in die Zu-flussaxialbohrungen 18. Dann gelangt es in den Umlenkbogen im Karussell 16 (nicht dargestellt), in welchen Teilen im Querschnitt veränderbare Drosselstellen vorgesehen sind. Das Wasser gelangt dann durch entsprechende Abflussaxialbohrungen 32 in Abfluss-Radialbohrungen 35 und von dort über Rückflussbohrungen 33 in den oberen Ringkanal 27, wo es mit entsprechendem, auf die Lagerscheibe 15 wirkenden Wasserdruck eine der erwähnten Hubkraft entgegengesetzte Kraft erzeugt. Deren Grösse hängt von der Grösse der Werkfläche an der Lagerscheibe 15 und vom dort herrschenden Druck ab. Durch eine entsprechende Drosselung in den Umlenkbogen des Karussells 16 können die Hubkraft und die ihr entgegenwirkende Kraft geregelt werden, so dass, entsprechend der Gewichte der zu beschichtenden Gegenstände im wesentlichen eine Gleichgewichtslage erreicht werden kann, in welcher die Lagerscheibe 15 quasihydrostatisch gelagert ist. Das hydrostatische Medium, beispielsweise Wasser, kann gleichzeitig auch auf das Karussell 16 bzw. den Substratträger geführt werden und dort als Heiz- oder insbesondere als Kühlmittel verwendet werden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind beim vorliegenden Beispiel je drei parallel zueinander liegende Zufluss- und entsprechende Abflussaxialbohrungen vorgesehen.

Die ganze Lagerung mit den drehenden Teilen ist auf den Tellerfedern 39 abgestützt, so dass auch bei allfälligen plötzlichen Kraftänderungen auf das Antriebssystem keine Schläge auftreten, sondern eine weiche Federung vor Schlägen schützt.

Die erfindungsgemässe Lagerung lässt sich in jeder Lage an einer Vakuumanlage einbauen. Beispielsweise können Substrathalter wie Drehteller, Kalotten, Körbe u.a. auch hängend an der Lagerung betrieben werden.

Die vorliegende Lagerung kann grosse Gewichte aufnehmen bei geringer Bildung von Abrieb bzw. Partikel, wie dies für Vakuumprozessanlagen besonders wichtig ist. Die erfindungsgemässe Ausführung lässt sich ausserdem leicht ausserhalb des Prozessvakuums anbringen, was zusätzlich die Partikelschutzsicherheit erhöht. Bei einfacheren Anwendungen kann die Lagerung aber auch direkt im Vakuum ohne zusätzliche Abdichtung 46 betrieben werden.

Die Lagerung lässt bei den hohen Kräften von mehreren 10 kg und mehreren 100 kg oder grösseren Belastungen, eine äusserst kompakte Bauweise zu. Dies ermöglicht eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung von Anlagekonzepten. Ausserdem ist dies bei solcher Art aufwendiger Produktionsanlagen ein wichtiger Wirtschaftlichkeitsfaktor. Obwohl grosse Hebelkräfte auftreten können, ist die erfindungsgemässe Lagerung im wesentlichen kippfrei. Auch sind sehr gute Dämpfungseigenschaften vorhanden bezüglich Schlägen und ruhigem Lauf. Bei Vakuumprozessen ist dies wegen der hohen geforderten Präzision und der empfindlichen Aggregate äusserst wichtig. Da, wie erwähnt, kaum Abrieb an den Lagerteilen entsteht, ist eine hohe Lebensdauer des Lagers und auch der Dichtungen erzielbar.

Claims

Patentansprüche

1. Vakuumbeschichtungsanlage mit drehgetriebenem Substratträger, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Substratträgers als quasihydrostatische Drehdurchführung (4) ausgebildet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der zu beschichtenden Teile eine Halterung (16) vorgesehen ist, die mit einer Antriebswelle (5) wirkverbunden ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) eine Lagerscheibe (15) aufweist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerscheibe (15) im Betrieb hydrostatisch gelagert ist, wobei vorzugsweise die Lagerung beidseits der Lagerscheibe (15) über mindestens je einen Ringkanal (27, 28) erfolgt.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (5) in der Wandung (3) der Anlage (1) radial geführt ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkanäle (27, 28) in einem federgelagerten (39) Gehäuse (25, 26) angeordnet sind.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerscheibe (15) mit radialen Kanälen (17, 35) versehen ist, welche mit Axialkanälen (18, 32) des Wellenteils der Antriebswelle (5) wirkverbunden sind.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Kanäle (17, 35) gegen den Umfang der Lagerscheibe (15) hin offen sind, um ein hydrostatisches, radiales Lagerpolster zu bilden.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Änderung der Tragkraft der Axiallagerung ein Hydrauliksystem mit Leistungseinsteilung oder Leistungsregelung vorgesehen ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Änderung der Tragkraft der Axiallagerung mindestens eine, vorzugsweise von aussen veränderbare, Drosselstelle im Hydrauliksystem angeordnet ist.

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