DE3411208A1 - Haltevorrichtung fuer substrate, insbesondere in vakuum-beschichtungsanlagen - Google Patents
Haltevorrichtung fuer substrate, insbesondere in vakuum-beschichtungsanlagenInfo
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Description
LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504
Bonner Straße 504
D-5000 Köln - 51
Haltevorrichtung für Substrate, insbesondere in Vakuum-Beschichtungsanlagen "
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für Substrate
mit im wesentlichen kreisförmigem Umriß, insbesondere in Vakuum-Beschichtungsanlagen, mit mindestens einer im wesentlichen
kreisförmigen, in einer senkrechten Platte angeordneten Ausnehmung, an deren Rand Halteelemente für die
formschVüssige Halterung je eines Substrats angeordnet
sind.
Haltevorrichtungen in Vakuum-Beschichtungsanlagen sind
in einer Vielzahl bekannt geworden. Weite Verbreitung haben hierbei kalottenförmige Substrathalter mit kreisförmigen
Ausnehmungen gefunden, deren Achsen im wesentlichen auf eine zentrale Beschichtungsquelle
(Verdampfer) ausgerichtet sind. Als Halteelemente
werden hierbei metallische Federn und andere mechanische Rastelemente verwendet, die die Substrate an mehreren
Stellen des Substratumfangs nach Art von Klammern festhalten. Als Substrate kommen beispielsweise Linsen
(Brillengläser), Filter und Reflektoren in Frage, deren
Oberfläche möglichst gleichmäßig beschichtet werden soll.
Es sind auch bereits Haltevorrichtungen der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, bei denen die Platte
in im wesentlichen senkrechter Stellung durch eine Katodenzerstäubungsanlage hindurchgeführt wird, in der
die Substrate durch spiegelsymmetrisch angeordnete Zerstäubungskatoden auf beiden Seiten gleichzeitig
beschichtet werden. Auch bei derartigen Substrathaltern wurden bisher metallische Federn und andere
mechanische Rastelemente für die Halterung der Substrate verwendet.
Die bekannten Halteelemente haben jedoch eine Reihe
von Nachteilen: Eine Reihe von Vorbehandlungsverfahren
und auch die üblichen Beschichtungsverfahren bedingen eine starke Aufheizung der Substrate, so daß
die Federn einem starken Verschleiß durch Ausglühen unterliegen. Weiterhin haben die bekannten Rastelemente
sogenannte "Klammerstellen" auf den Substraten
zur Folge, die auf eine Abschattung des Beschichtungsmaterials
zurückzuführen sind. Weiterhin sind Substrat-
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halter mit mechanischen Rastelementen schlecht zu
reinigen, und auch die Handhabung beim Beschicken der Substrathalter ist verhältnismäßig kompliziert,
insbesondere dann, wenn für die Beschickung sogenannte Roboter verwendet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung der eingangs beschriebenen
Gattung anzugeben, die die geschilderten Nachteile nicht besitzt und bei langer Lebensdauer eine
leichte Beschickung mit Substraten ermöglicht.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Haltevorrichtung erfindungsgemäß
dadurch, daß die Ausnehmung im unteren Bereich eine parallel zur Hauptebene der Platte verlaufende,
etwa halbkreisförmige radiale Nut aufweist, die auf beiden Seiten von radial einwärts gerichteten,
etwa halbkreisförmigen Rippen begrenzt ist, deren Abstand der Substratdicke entspricht, und daß die
Ausnehmung im oberen Bereich auf der einen Seite eine Rippe aufweist, die sich mit der entsprechenden
Rippe im unteren Bereich im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzt, und auf der anderen
Seite eine sich in der Dicke der Platte bis über die Nut erstreckende, nach oben exzentrisch um
mindestens die Nuttiefe versetzte Ausdrehung besitzt, deren Radius mindestens so groß ist, wie
der Radius des Nutengrundes, derart, daß auf einer Seite der Platte eine Einsetzöffnung für das
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exzentrische Einsetzen des Substrats bis über die Nut vorhanden ist.
Durch die vorstehend beschriebene Geometrie der Wandelemente der Ausnehmung wird ein aus einem einzigen
Teil bestehender Substrathalter geschaffen, in den die Substrate formschlüssig eingesetzt werden
können und in der eingesetzten Lage durch die Schwerkraft gehalten werden. Dies geschieht unter Verzicht
auf wärmeempfindliche Bauteile wie beispielsweise
Stahlfedern. Es erfolgt eine wesentlich gleichmäßigere Abschattung, die durch eine sehr geringe
radiale Erstreckung der Rippen beiderseits der Nut auch noch sehr klein gehalten werden kann. Die erfindungsgemäße
Haltevorrichtung ist leicht zu reinigen, beispielsweise in Säurebädern. Sie ermöglicht
weiterhin eine sehr einfache Handhabung, und auch die Beschickung ist durch Roboter möglich:
Die Substrate werden einfach in vertikaler Lage ihrer Hauptebene seitlich herangeführt, eingesetzt
und auf den Nutengrund abgesenkt. Durch die im oberen Bereich auf der einen Seite angeordnete
Rippe, die sich mit der entsprechenden Rippe im unteren Bereich im wesentlichen zu einem Kreisring
ergänzt, wird außerdem erreicht, daß ein überwechseln des Beschichtungsmaterials auf die jeweils gegenüberliegende
Seite wirksam verhindert wird. Dieses Hinüberwechseln von Beschichtungsmaterial auf die andere Seite
ist in vielen Fällen deswegen unerwünscht, weil die
Kondensation mit unterschiedlichen Raten und aus unterschiedlichen
Richtungen erfolgt, so daß in der Regel schlechte Schichteigenschaften, insbesondere aber eine
ungenügende Haftung der Schichten auf der Unterlage die Folge sind. Ein solcher Vorteil läßt sich mit den
bekannten Haltevorrichtungen praktisch nicht erreichen.
Hinsichtlich der Herstellung einer derartigen Haltevorrichtung, die in der Detailbeschreibung noch näher
erläutert wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Ausnehmung aus Rotationsflächen mit
mindestens drei verschiedenen Radien wie folgt zusammensetzt:
a) aus einer durch die Platte hindurchgehenden ersten
Bohrung mit einem Radius R., der kleiner als der halbe
Substratdurchmesser D ist,
b) aus einem etwa in der halben Tiefe der ersten Bohrung liegenden konzentrischen, etwa halbkreisförmigen
Nutengrund mit einem Radius R2J wobei
R2 kleiner ist als R1, und
c) aus einer im oberen Bereich liegenden, exzentrisch nach oben versetzten Ausdrehung mit dem
Radius Rg, die sich in Tiefenrichtung mindestens
bis über den Nutengrund erstreckt, wobei Ro kleiner R2 kleiner R. ist.
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Diese Rotationsflächen sind durch radiale Flächen
voneinander abgegrenzt, wobei die jeweils außen liegenden radialen Flächen mit den beiderseitigen
Oberflächen der Platte identisch sind.
Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn zwischen dem Boden der Ausdrehung und der gegenüberliegenden
Oberfläche der Platte eine Wandstärke vorliegt, die geringer ist als die Dicke der Rippe im unteren
Bereich. Hierdurch wird verhindert, daß das Substrat, wenn es zuverlässig geführt wird, beim Einsetzen
gegen die obere (dünnere) Rippe stößt und beim Absenken in die Nut im unteren Bereich verkratzt
wird. Diese Maßnahme ist deswegen von Bedeutung, weil sich auf der im oberen Bereich liegenden
Rippe beim Beschichtungsvorgang Beschichtungsmaterial
niederschlägt, welches durch Kumulation im laufe der Zeit eine beträchtliche Oberflächenrauhigkeit
aufweist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
wird - unter Übertreibung der geometrischen Relationen nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Radialschnitt durch die Mitte der Platte (Hauptebene I-I in Figur 2),
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Figur 2 einen Axialschnitt entlang der Bohrungsachse (Linie H-II in Figur 1), und
Figur 3 eine Mehrfachanordnung des Gegenstandes
nach Figur 1 in einer gemeinsamen Platte.
In den Figuren 1 und 2 ist eine Platte 1 dargestellt, die von zwei planparallelen Oberflächen 2 und 3 begrenzt
wird. In dieser Platte ist eine Ausnehmung vorhanden, deren geometrische Verhältnisse am einfachsten
durch ihren Herste!!Vorgang beschrieben werden:
Zunächst wird in der Platte 1 eine Achse A festgelegt, die mit der Lage der Substratachse S in eingesetzter
Lage des Substrats übereinstimmt. Entlang der Achse A wird alsdann eine durch die Platte hindurchgehende
erste Bohrung 5 mit einem Radius R. hergestellt, der kleiner als der Substratdurchmesser "D"
ist. Diese Bohrung äußert sich zunächst in einer Zylinderfläche mit der Achse A.
Sodann wird etwa in der halben Tiefe der ersten Bohrung in deren Wandfläche eine Nut 6 mit dem Nutengrund
eingestochen, der einen Radius R£ aufweist, der größer
ist als R- und im wesentlichen mit der Hälfte des Substratdurchmessers D übereinstimmt. Auf diese Weise
entsteht eine rotationssymmetrische Anordnung von Bohrung und Nut, die im wesentlichen dem Querschnitt
in der unteren Hälfte von Figur 2 entspricht.
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Ans chiiessend wird mit einer Exzentrizität E, die
mindestens der Nuttiefe entspricht, vorzugsweise aber etwas größer ist, eine Ausdrehung 8 mit dem
Radius R3 erzeugt, wobei R^ wiederum etwas größer
ist als R2- Durch diese Maßnahme wird die ursprünglich
auch im oberen Bereich auf der einen Seite der Platte vorhandene Rippe entfernt, desgleichen der
im oberen Bereich liegende Teil des Nutengrundes Die Ausdrehung 8 wird dabei bis in eine solche
Tiefe jenseits der Nut 6 vorgetrieben, daß zwischen der Ausdrehung 8 und der gegenüberliegenden Oberfläche
2 der Platte 1 eine Rippe 9 stehen bleibt, deren Wandstärke geringer ist als die Dicke der
Rippe 10 im unteren Bereich der Ausnehmung. Es ist erkennbar, daß die Rippen 9 und 10 sich in Durchblickrichtung
durch die Ausnehmung 4 zwar im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzt, daß jedoch die
Rippe 9 dünner ist als die Rippe 10. Die Angabe, daß es sich im wesentlichen um einen Kreisring handelt,
schließt die Tatsache ein, daß -im .oberen Bereich der
Ausnehmung durch die Ausdrehung 8 ein Freischnitt erzeugt wird, der zu einer sichelförmigen ebenen Begrenzungsfläche
führt, die den Boden 11 der Ausdrehung bildet. Der Boden 11 ist infolgedessen in Tiefenrichtung
gegenüber der seitlichen Begrenzungsfläche 12 der Nut 6 um ein solches Maß versetzt, daß das Substrat
beim Einsetzen in einer parallelen Lage zur Hauptebene der Platte 1 unter keinen Umständen mit dem Boden
bzw. mit dort abgeschiedenem Schichtmaterial in Be-.rührung kommt.
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Die Exzentrizität E und der Radius R3 für die Ausdrehung
werden dabei so gewählt, daß auch im Bereich eines zur Linie H-II senkrechten Durchmessers durch die Achse A
ein genügender Freischnitt erfolgt, so daß das Ei nsetzen des Substrats 13 nicht behindert wird.
Durch das Einbringen der Ausdrehung 8 wird nicht nur die eine Rippe sondern auch etwa die Hälfte des Nutengrundes
7 entfernt, und dieser endet nunmehr an zwei achsparallelen Linien 14, an denen die Rotationsflächen
der Ausdrehung 8 einerseits und des Nutengrundes 7 andererseits ineinander übergehen. Die Rotationsflächen
der ersten Bohrung 5 einerseits und der Ausdrehung 8 andererseits gehen entlang weiterer Linien 15 ineinander
über. Durch deren tiefe Lage unterhalb der Achse A wird der erforderliche Freischnitt erhalten.
Durch den exzentrisch nach oben gerichteten Versatz der Ausdrehung 8 gegenüber der Achse A bleibt auf der Vorderseite
der Platte 1 naturgemäß eine Ri-ppe 16 stehen, die sich jedoch auf etwas weniger als auf den halben Umfang
der Ausnehmung 4 (bezogen auf die Achse A) erstreckt.
Auf die angegebene Weise besitzt die Ausnehmung 4 im unteren Bereich die parallel zur Hauptebene der Platte 1
verlaufende, etwa halbkreisförmige radiale Nut 6, die auf beiden Seiten von radial einwärts gerichteten, etwa
halbkreisförmigen Rippen 10 und 16 begrenzt ist. Deren
Abstand entspricht der Substratdicke. Im oberen Bereich der Ausnehmung ist auf der einen Seite noch die Rippe 9
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vorhanden, die sich mit der entsprechenden Rippe 10
im unteren Bereich im wesentlichen zu dem bereits beschriebenen Kreisring ergänzt. Diese Rippe 9 ist
es, die bei eingesetztem Substrat 13 ein Durchtreten des Beschichtungsmaterials auf die gegenüberliegende
Seite der Platte 1 verhindert. Durch die angegebenen geometrischen Verhältnisse wird auf
einer Seite der Platte eine Einsetzöffnung für das exzentrische Einsetzen des Substrats bis über die
10. Nut 6 gebildet. Dieses Einsetzen wird nachstehend etwas näher beschrieben.
Das Substrat 13, das aus einer kreisringförmigen Aluminiumscheibe besteht, auf die durch Katodenzerstäubung eine Schicht aus ferromagnetischem Werkstoff
niedergeschlagen werden soll (Herstellung sogenannter Magnetspeicherplatten), befindet sich zunächst (vorzugsweise
von einem Roboter gehalten) in einer relativen Lage zur Platte 1 bzw. zu deren Ausnehmung 4,
wie dies in Figur 2 dargestellt ist, d.h. die Hauptebene des Substrats 13 verläuft parallel zur Hauptebene der Platte 1. Hierbei ist die Substratachse S
um ein Maß e nach oben angehoben, das beispielsweise mit der Exzentrizität E übereinstimmen kann. Alsdann
wird das Substrat 13 entlang der gestrichelten Linien soweit in die Ausnehmung 4 hineinbewegt, daß es etwa
mittig über der Nut 6 zu liegen kommt. Alsdann wird das Substrat 13 um das Maß e abgesenkt, bis der untere
Teilumfang des Substrats 13 auf dem Nutengrund 7 auf-
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liegt. Das Substrat wird nunmehr zuverlässig in der Nut 6 gehalten, und zwar etwa auf der Hälfte seines
Umfangs. Es ist nunmehr auch bei erheblicher Schrägstellung
der Platte 1 nicht mehr möglich, das Substrat nach links (bezogen auf Figur 2) herausfallen zu
lassen.
In Figur 1 ist mittels der gestrichelten Linie 17 die Ausgangslage des Substrats 13 gemäß Figur 2 gezeigt.
Die strichpunktierte Linie 18, die nur einen Teilumfang des Substrats wiedergibt, zeigt dieses
in der abgesenkten Position, in der das Substrat auf dem Nutengrund 7 aufsitzt. Es ist zu erkennen,
daß zwischen dem Boden 11 und dieser Linie 18 etwa die gleiche Oberdeckung vorliegt, wie zwischen dem
Substrat und der Rippe 10. Hierdurch wird der bereits beschriebene Durchtritt von Beschichtungsmaterial
wirksam verhindert.
Figur 3 zeigt.die Mehrfachanordnung des Prinzips nach
den Figuren 1 und 2 in einer entsprechend größeren Platte 19, in der eine Vielzahl von Ausnehmungen 4
angeordnet ist. Der Einfachheit halber und wegen des gewählten Maßstabes sind Einzelheiten am Rande dieser
Ausnehmung nicht dargestellt.
Wie bereits gesagt, sind die Verhältnisse in den Figuren 1 und 2 zur Veranschaulichung der Verhältnisse
übertrieben dargestellt. In der Praxis wird man die
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Exzentrizität E bei einem Substratdurchmesser von beispielhaft 130 mm zu 5 mm wählen» und auch die
Nuttiefe ist auf etwa 2 mm begrenzt. Der innere, nicht näher bezeichnete gestrichelte Kreis in
Figur 1 zeigt das üblicherweise in Magnetspeicherplatten
vorhandene Loch. In dieses kann zur Vermeidung des Durchtretens von Beschichtungsmaterial
ein Verschluß eingesetzt werden.
Der Substrathalter ist für alle möglichen, etwa scheibenförmige Substrate geeignet, wie für
Linsen (Brillengläser), Fi1ter, 'Ref1ektoren etc.
Auch Parabolspiegel mit einem Ringflansch sind einsetzbar und vorzugsweise von einer Seite her beschichtbar,
um beispielsweise Kaltlichtspiegel zu
erzeugen.
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- Leerseite -
Claims (4)
1. Haltevorrichtung für Substrate mit im wesentlichen
kreisförmigem Umriß, insbesondere in Vakuum-Beschichtungsanlagen,
mit mindestens einer im wesentlichen kreisförmigen in einer senkrechten Platte
angeordneten Ausnehmung, an deren Rand Halteelemente für die formschlüssige Halterung je
eines Substrats angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (4) im unteren
Bereich eine parallel zur Hauptebene der Platte.(1) verlaufende, etwa halbkreisförmige
radiale Nut (6) aufweist, die auf beiden Seiten von radial einwärts gerichteten, etwa halbkreisförmigen
Rippen (10, 16) begrenzt ist, deren Abstand der Substratdicke entspricht, und daß die
Ausnehmung (4) im oberen Bereich auf der einen Seite eine Rippe (9) aufweist, die sich mit der entsprechenden Rippe (10) im
unteren Bereich im wesentlichen zu einem Kreisring ergänzt, und auf der anderen Seite eine
sich in der Dicke der Platte bis über die Nut (6) erstreckende, nach oben exzentrisch um
mindestens die Nuttiefe versetzte Ausdrehung (8) besitzt, deren Radius mindestens so groß ist wie
der Radius des Nutengrundes (7), derart, daß auf einer Seite der Platte (1) eine Einsetzöffnung
für das exzentrische Einsetzen des Substrats (13) bis über die Nut vorhanden ist.
2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Ausnehmung (4) aus Rotationsflächen mit mindestens drei verschiedenen Radien
zusammensetzt:
a) aus einer durch die Platte (1) hindurchgehenden ersten Bohrung (5) mit einem Radius R,, der
kleiner als der halbe Substratdurchmesser D ist,
b) aus einem etwa in der halben Tiefe der ersten Bohrung (5) liegenden konzentrischen·, etwa
halbkreisförmigen Nutengrund (7) mit einem Radius R2, wobei R2
> R1, und
c) aus einer im oberen Bereich liegenden, exzentrisch nach oben versetzten Ausdrehung (8) mit dem
Radius R,, die sich in Tiefenrichtung mindestens bis über den Nutengrund (7) erstreckt, wobei
Ko -^ Kp ^^ Kj ·
3. Haltevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet
, daß zwischen dem Bo.den (11) der Ausdrehung (8) und der gegenüberliegenden Oberfläche (2)
der Platte (1) eine Wandstärke vorliegt, die geringer ist als die Dicke der Rippe (10) im unteren
Bereich.
4. Haltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) aus Edelstahl besteht.
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