DE4307435A1 - Vakuumbeschichtungsanlage mit drehgetriebenem Substratträger - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumbeschich­ tungsanlage mit drehgetriebenem Substratträger.

Bei der Beschichtung von schweren Teilen oder einer groß­ en 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 Be­ schränkung der Werkstoffwahl im Vakuum nicht möglich. Es besteht daher die Schwierigkeit der Lagerung von drehge­ triebenen Substratträgern in Vakuumbeschichtungsanlagen, eine Aufgabe, welche die vorliegende Erfindung zu lösen bezweckt.

Diese Erfindung zeichnet sich durch einen der Ansprüche aus.

Sie wird anschließend beispielsweise anhand einer Zeich­ nung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Plasma­ beschichtungsanlage mit drehgetriebenem Substrat­ träger, nach Schnittlinie I-I der Fig. 3,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Antriebs- und Trä­ gerwelle 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 darüberliegenden Vakuumraum 2. Der Aus­ schnitt zeigt insbesondere die Drehdurchführung 4. Diese weist eine Antriebs- und Trägerwelle 5 auf, an deren un­ terem 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 Boden­ flansch 3 der Anlage spannungsfrei gelagert.

Die Antriebs- und Trägerwelle 5 ist in ihrem unteren Teil mit einer Lagerscheibe 6 versehen, während an ihrem obe­ ren 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 At­ mosphärenseite, wodurch das Eindringen von Verunreinigun­ gen wie Partikel in den Vakuumraum 2 weitestgehend ver­ mieden 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 hydrostati­ schen Lagerung. Zu diesem Zwecke ist sie mit Zuflußra­ dialbohrungen 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 entsprechen­ den Abflußaxialbohrungen 32 verbunden sind.

Zuflußbohrungen 21 führen zu den Radialbohrungen 17, welche an ihren Enden mittels Verschlußzapfen 22 ver­ schlossen sind.

Die Antriebs- und Trägerwelle 5 ist mit ihrer Lager­ scheibe 15 in einem Lagerteil mit einem oberen Lager­ flansch 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 Druckwasseranschluß­ stutzen 30, welcher über Ausnehmungen 31 zu den Zufluß­ bohrungen 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 Gewichtsbelastungen 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 La­ germuttern 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 Lagerflüs­ sigkeit gefördert werden - wird in Betrieb gesetzt, so daß das Wasser entsprechend der Drosselstelle im Wasser­ umlaufsystem 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 Trä­ gerwelle 5 an der Lagerscheibe 15 stützt. Das Wasser be­ wegt sich vom Ringkanal 28 durch die Zuflußbohrungen 21 in die Zuflußradialbohrungen 17 und von dort in die Zu­ flußaxialbohrungen 18. Dann gelangt es in den Umlenkbo­ gen im Karussell 16 (nicht dargestellt), in welchen Tei­ len im Querschnitt veränderbare Drosselstellen vorgesehen sind. Das Wasser gelangt dann durch entsprechende Ab­ flußaxialbohrungen 32 in Abfluß-Radialbohrungen 35 und von dort über Rückflußbohrungen 33 in den oberen Ring­ kanal 27, wo es mit entsprechendem, auf die Lagerscheibe 15 wirkenden Wasserdruck eine der erwähnten Hubkraft ent­ gegengesetzte Kraft erzeugt. Deren Größe hängt von der Größe der Werkfläche an der Lagerscheibe 15 und vom dort herrschenden Druck ab. Durch eine entsprechende Drosse­ lung in den Umlenkbogen des Karussells 16 können die Hub­ kraft und die ihr entgegenwirkende Kraft geregelt werden, so daß, entsprechend der Gewichte der zu beschichtenden Gegenstände im wesentlichen eine Gleichgewichtslage er­ reicht werden kann, in welcher die Lagerscheibe 15 quasi­ hydrostatisch 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 Bei­ spiel 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 er­ findungsgemäße Ausführung läßt sich außerdem leicht außerhalb des Prozeßvakuums anbringen, was zusätzlich die Partikelschutzsicherheit erhöht. Bei einfacheren An­ wendungen 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 vor­ teilhafte konstruktive Ausgestaltung von Anlagekonzepten. Außerdem ist dies bei solcher Art aufwendiger Produk­ tionsanlagen ein wichtiger Wirtschaftlichkeitsfaktor. Obwohl große Hebelkräfte auftreten können, ist die er­ findungsgemäße 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 empfindli­ chen Aggregate äußerst wichtig. Da, wie erwähnt, kaum Abrieb an den Lagerteilen entsteht, ist eine hohe Lebens­ dauer des Lagers und auch der Dichtungen erzielbar.

Claims (10)

1. Vakuumbeschichtungsanlage mit drehgetriebenem Sub­ stratträger, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Substratträgers als quasihydrostatische Drehdurch­ führung (4) ausgebildet ist.

2. Anlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der zu beschichtenden Teile eine Halterung (16) vorgesehen ist, die mit einer Antriebswelle (5) wirkverbunden ist.

3. Anlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (5) eine Lagerscheibe (15) aufweist.

4. Anlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerscheibe (15) im Betrieb hydrostatisch gelagert ist, wobei vorzugsweise die Lagerung beidseits der Lagerscheibe (15) über minde­ stens je einen Ringkanal (27, 28) erfolgt.

5. Anlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (5) in der Wandung (3) der Anlage (1) radial geführt ist.

6. Anlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkanäle (27, 28) in einem federgelagerten (39) Gehäuse (25, 26) angeordnet sind.

7. Anlage, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprü­ che, 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, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprü­ che, 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, vorzugsweise nach mindestens einem der Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Änderung der Tragkraft der Axiallagerung ein Hydrauliksystem mit Lei­ stungseinstellung oder Leistungsregelung vorgesehen ist.

10. Anlage, vorzugsweise nach mindestens einem der An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Änderung der Tragkraft der Axiallagerung mindestens eine, vorzugsweise von außen veränderbare, Drosselstelle im Hydrauliksystem angeordnet ist.