DE29707686U1 - Magnethalterung für Folienmasken - Google Patents
Magnethalterung für FolienmaskenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Haltern einer ferromagnetischen, dünnen Maske nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE-PS 22 47 579 bekannt. Allerdings werden bei der bekannten Vorrichtung
nur sehr kleine Bereiche der gesamten durch die Maske beaufschlagten Fläche dem Vakuumprozess ausgesetzt.
Das Verhältnis von zugedeckten zu freien Bereichen ist daher sehr gross, sodass die Maske durch die Wirkung des Permanentmagneten
überall auf dem Substrat aufliegt. Die Maske hat eine Dicke von 50 - 100 um.
Die GB-PS 980,715 und die CH-PS 417 272 offenbaren ähnliche
Anordnungen, bei denen ein Substrat auf der gegen die Verdampfungsquelle gerichteten Seite mit einer Maske teilweise
zugedeckt ist. Die Masken bestehen aus ferromagnetischem Material und werden mit Magnetkraft angepresst, wobei die
Magnete auf der von der Verdampfungsquelle abgewandten Rückseite des Substrates angebracht sind.
In der Patentschrift US 4,599,970 wird eine Anordnung beschrieben,
bei welcher ein scheibenförmiger Permanentmagnet die Maske aus magnetischem Material auf das zu beschichtende
Substrat drückt. Der Permanentmagnet liegt in einer Vertiefung einer Trägerplatte, welche auf der Rückseite des
scheibenförmigen Substrates angeordnet ist.
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Eine weitere Vorrichtung ist in der DE-PS 32 31 735 offenbart. Dabei wird ein erstes metallisches Bauteil der im
Stapel angeordneten Bauteile als Trägerscheibe und ein mit Durchbrüchen versehenes zweites metallisches Bauteil als
Deckscheibe zur Umhüllung des Substrates vorgesehen. Die Fixierung der gegenseitigen Lage von Maske, Substratträger
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und Substrat ist gemäss DE-PS 32 31 735 durch auf der
Substratträgerplatte montierte Justierstifte und entsprechende Aussparungen in Substrat und Maske möglich.
Bei grossflächigen Substraten sind aber diese Justierpositionen
relativ weit voneinander entfernt. Sie können sich insbesondere bei thermischer Belastung der Anordnung in Vakuumprozessen
- infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten von Substratträgerplatte, Substrat
und Maske gegeneinander verschieben, sodass eine einwandfreie Justierung beeinträchtigt, wenn nicht gar verunmöglicht
wird.
In allen bekannten Vorrichtungen überdecken der Magnet oder das Magnetsystem die gesamte Fläche der Rückseite der jeweiligen
Substrate. Das ist aber bei grossflächigen Substraten, bei denen die Fensteröffnungsfläche gross ist
im Vergleich zu den durch die Maske vor der Beschichtung geschützten Bereiche, die wir als Folienfläche bezeichnen,
unwirtschaftlich. Ausserdem sind mechanische Beschädigungen der Substratrückseite durch direkt darauf aufliegende Magnete
möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine Vorrichtung zur
Halterung von dünnen, folienförmigen ferromagnetischen Masken der eingangs genannten Art zu schaffen. Insbesondere
soll die Vorrichtung es erlauben, die Maske überall und insbesondere an den Rändern vollständig und gleichmässig
auf der Substratoberfläche anliegen zu lassen, um einwandfreie Beschichtungskanten an den Rändern der Maskierung zu
erhalten und eine einfache Handhabung beim Substrat- und Maskenwechsel zu ermöglichen.
Ausserdem wird die Maske, die als dünne Folie von weniger als 0.5 mm Dicke ausgebildet sein kann, nicht gleichzeitig
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mit dem beschichteten Substrat ausgewechselt, sondern für die Beschichtung mehrerer Substrate auf der Substratträgerplatte
belassen. Sie muss also beim Substratwechsel sauber vom Substrat getrennt werden können und sicher auf der
Substratträgerplatte in ihrer fixierten Position bleiben.
Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Die folienförmige Maske aus ferromagnetisehern Material
liegt auf der Substratträgerplatte auf. Auf der Maske liegt das Substrat, welches durch die Maske hindurch beschichtet
werden soll. Die Rückseite des Substrates trägt einen Rahmen, in welchem Dauermagnete so gehaltert sind, dass sie
die Folienmaske an die Vorderseite des Substrates anpressen, aber die Rückseite des Substrates nicht berühren.
Die Folienmaske wird einerseits auf dem Substrat und andrerseits auf der Substratträgerplatte insbesondere in den
Randbereichen und im Bereich der Stege der Fensteröffnungen durch Dauermagnete lösbar fixiert. Überdies wird die exakte
Positionierung der Maske und des Magnethalterahmens auf der Substratträgerplatte durch Positionierungsstifte oder
bolzen gewährleistet.
bolzen gewährleistet.
Der Rahmen, welcher die Dauermagnete trägt, ist so ausgebildet, dass die Magnete im wesentlichen nur in denjenigen
Zonen des Substrates liegen, in welchen eine Beschichtung verhindert werden soll, also in Randbereichen der Fensteröffnungen
und auf den zwischen den Fensteröffnungen liegenden Stegen.
Unterschiedlichen thermischen Ausdehungskoeffizienten von Substratträgerplatte, Folienmaske und Substrat wird durch
geeignete Formgebung der Aussparungen für die Justierstifte
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und -bolzen in Folienmaske und Magnethalterahmen Rechnung getragen.
Ausserdem werden die Folienmaske und der Magnethalterahmen so auf der Substratträgerplatte montiert, dass das Substrat
auf möglichst einfache Weise ausgewechselt werden kann. Dabei bleibt aber die genaue gegenseitige Orientierung von
Maske und Substrat erhalten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der folgenden schematischen Figuren beschrieben:
Fig.l Substratträger mit Folienmaske, Substrat und
Magnethalterahmen in der Aufsicht.
Fig 2A Schnitt A-A von Fig.l
Fig.2B Schnitt B-B von Fig.l
Fig.2C Schnitt C-C von Fig.l
Halterung der Rundmagnete mittels geschlitztem Klemmring und Senkschraube
Fig.2D Aufsicht von Fig.2A: Fixierung der Folienmaske im Bereich des Langlochs
Fig.2E Aufsicht von Fig.2A: Fixierung der Folienmaske im Bereich der Bohrung
Fig.3A Anordnung der Positionierungsstifte und Aussparungen für die Folienmaske auf der gleichen
Seite der Fensteröffnung.
Fig.3B, Anordnung der Positionierungsstifte und Aus-
Fig.3C sparungen für die Folienmaske auf gegenüberliegenden Seiten der Fensteröffnung.
Fig.l zeigt eine Anordnung gemäss der Erfindung von oben,
d.h. von der Rückseite des Substrates her. In Fig.2 sind verschiedene Schnitte durch die Anordnung dargestellt. Die
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Dicke der Folienmaske und des Substrates sind der besseren Übersichtlichkeit wegen grosser dargestellt als dem Massstab
der Zeichnung entsprechen würde.
Eine Substratträgerplatte 1 weist Fensteröffnungen 3 auf,
durch welche hindurch das Substrat 6 beschichtet wird. Die Fläche der Fensteröffnungen 3, d.h. die zu beschichtende
Fläche, ist gross im Vergleich zur Folienfläche, d.h. zur Fläche an den Rändern und auf den Stegen, welche durch die
Folie zugedeckt und damit von der Beschichtung frei gehalten wird. Die genaue Begrenzung zwischen beschichteten und
unbeschichteten Bereichen wird durch die Folienmaske 2 definiert, welche auf der Substratträgerplatte 1 aufliegt.
Auf der Maske 2 liegt das plattenförmige Substrat 6. Um einwandfreie Beschichtungskanten an den Rändern der Maskierung
zu erhalten, wird die Folienmaske 2 durch als Blockmagnete ausgebildete Dauermagnete 8 vollständig und überall
gleichmässig von der Substratrückseite her auf das Substrat 6 gezogen. Das Substrat trägt den Magnethalterahmen 7, dessen
Form bezüglich Fensteröffnungen 3 und Stegen 5 im wesentlichen
der Folienmaske entspricht. Die Blockmagnete sind darin so montiert, dass sie die Rückseite des Substrates
&bgr; nicht berühren. Sie sind aber stark genug, um die ferromagnetische Folienmaske in den für die Begrenzung der
Beschichtung wesentlichen Bereichen, nämlich an den Rändern 4 der Fenster 3 und Stege 5, auf die Vorderseite des
Substrates anzupressen.
Die Blockmagnete sind im Bereich der Stege und an den Aussenrändern
der Folie angeordnet. Die Blockmagnete sind in einem Rechteckprofilrahmen, der vorzugsweise aus Aluminium
gefertigt ist, eingesetzt. Dieser Werkstoff hat die folgenden Vorteile: geringes Gewicht, leicht zu bearbeiten, geringe
Wärmekapazität. Die Blockmagnete werden in eingefräste Taschen eingesetzt und mittels je zweier Nieten gehalten.
Der geringe Überstand der Nietköpfe erlaubt einen
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kleinen Abstand zwischen Magnet und Substratrückseite und somit die grösstmögliche Zugkraft auf die Folienmaske. Als
Magnetwerkstoffe werden 0x300, Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierungen
(AlNiCo) oder Samarium-Kobalt-Legierungen (SmCo) verwendet.
Die Lage der Folienmaske 2 auf der Substratträgerplatte 1 wird durch mindestens zwei gegenüberliegende Stifte 10 in
der Substratträgerplatte fixiert, über welche die Folienmaske mit zwei entsprechenden Aussparungen 11, 12 auf die
Substratträgerplatte gelegt wird (Fig.l, Fig.2A). Die Aussparungen
in der Folienmaske sind auf der einen Seite als Bohrung 11, welche den sogenannten Festpunkt der Folienmaske
bildet (Fig,2E) und als Langloch 12, welches den sogenannten Lospunkt (Fig.2D) der Folienmaske darstellt,
ausgeführt . Als Lospunkt wird die Stelle bezeichnet, an welcher sich die thermischen bedingten Längenunterschiede
ausgleichen können. Die Längsachse des Langlochs 12 verläuft parallel zur Verbindungslinie 13 der beiden Positionierungsstifte
10. Dadurch wird gewährleistet, dass auch bei hohen Temperaturbelastungen der Vorrichtung trotz unterschiedlicher
Wärmeausdehnung von Substratträgerplatte 1 und Folienmaske 2 die Orientierung der Maske auf der Folie
erhalten bleibt.
Da die dünne Folienmaske nicht fest verklemmt ist, wird eine
Aufwellung der Maskenstege bei Temperaturdehnungen vermieden. Die Folienmaske hat die Möglichkeit sich, zusammen
mit dem Substrat, über das Langloch im Lospunkt zu verschieben.
Die Positionierungsstifte 10 und die entsprechenden Aussparungen
11,12 können auf der gleichen Seite des Randbereichs einer Fensteröffnung (Fig. 3A) oder auf einem Steg angeordnet
sein. Es ist aber auch möglich, sie auf gegenüber lie-
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genden Seiten der Fensteröffnung anzubringen (Fig. 3B, Fig. 3C) .
In der Regel wird die gleiche Folienmaske für die Beschichtung von mehreren Substraten hintereinander verwendet. Beim
Substratwechsel wird zunächst die Verriegelung des Magnethalterahmens
auf der Substratträgerplatte gelöst und dieser von der Rückseite des Substrates entfernt. Um zu verhindern,
dass die Folienmaske beim Herausnehmen des Substrates infolge von Adhäsionskräften am Substrat haften bleibt,
sind am Umfang der Folienmaske in der Substratträgerplatte eine Reihe von als Rundmagnete 9 ausgebildeten Dauermagneten
lösbar befestigt. Diese zweite Halterung mittels Magneten erlaubt einen Austausch der Folienmaske ohne weitere
Entriegelungen oder Lösen von Verschraubungen und ist somit für einen Automatikbetrieb mittels Roboter von Vorteil.
Der Magnethalterahmen 7 wird in seiner Lage auf der Substratträgerplatte 1 durch mindestens zwei auf einander
gegenüberliegenden Rändern in der Substratträgerplatte montierte Positionierungsbolzen 14 fixiert (Fig.l, Fig.2B).
Die entsprechenden Aussparungen im Magnethalterahmen sind als Bohrung 15 und Langloch 16 ausgebildet und gewährleisten
die lagerichtige Positionierung des Rahmens 7 auf der Substratträgerplatte 1 auch bei thermischer Belastung der
Vorrichtung. Das Langloch 16 ist in der Richtung der Verbindungslinie
17 der beiden Positionierungsbolzen 14 orientiert.
Infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung von Glassubstrat und Aluminiumrahmen gibt es während der Behandlung der
Substrate Relativbewegungen dieser beiden Bauteile, die bei einem unmittelbaren Aufliegen des Magnetrahmens auf dem
Substrat zu Kratzern führen würden. Um solche Kratzer zu vermeiden, sind zwischen den Blockmagneten 8 eine Reihe von
Auflagepins 19 aus geeignetem Kunststoff, wie z.B. Polye-
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theretherketone (PEEK) oder Polyimid (PI), im Magnetrahmen
befestigt, welche um den Abstand 18 von mindestens 0.5 bis 3 mm über den substratseitigen Rand des Magnetrahmens vorstehen.
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Die Rundmagnete 9 sind paarweise in Sackbohrungen des Substratträgers angeordnet (Fig.l, Fig.2C).Sie sind mittels
radial geschlitztem Klemmring 21 (Fig.2C) aus Kunststoff (PEEK oder PI) und Senkschraube 20 befestigt, sodass sie
beispielsweise zum Reinigen der Substratträgerplatte 1 leicht ausgebaut werden können. Beim Einschrauben der Senkschraube
spreizt sich der geschlitzte Klemmring über seinen Innenkonus und verkeilt die Rundmagnete in ihrer Sackbohrung.
Durch den Klemmring aus vakuumtauglichem Kunststoff wird eine Beschädigung der spröden Magnete bei der Montage
vermieden. Es lassen sich mehrere Magnete gleichzeitig mit einem Klemmring halten. Der weiche Kunststoff gleicht hierbei
Fertigungsungenauigkeiten aus.
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Claims (10)
1. Vorrichtung zur Halterung einer dünnen, folienförmigen
Maske (2) aus ferromagnetischem Material auf einem flächigen
Substrat (6) , bei der das Substrat zwischen der mit mindestens einer Fensteröffnung (3) versehenen Folienmaske
und mindestens einem Dauermagneten (8) , der in einem Rahmen (7) gehaltert ist, eingelegt ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Folienmaske (2) auf einer Substratträgerplatte (1) aufliegt und die Fensteröffnungsfläche
(3) der Maske grosser ist als die Folienfläche und der Dauermagnet (8) in einer Vertiefung
des Rahmens ohne Berührung der Rückseite des Substrates liegt.
2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Folie streifenförmige, die Fensteröffnung umfassende
Randflächen und allenfalls Stegflächen aufweist, und die Dauermagnete nur im Bereich der Randflächen
und/oder Stegflächen auf der der Maskenseite gegenüber liegenden Rückseite des Substrates angeordnet
sind.
3. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lage der Folienmaske (2) auf der
Substratträgerplatte (1) durch zwei Positionierungsstifte (10) in der Substratträgerplatte (1) , eingreifend
in zwei entsprechende Aussparungen (11, 12) in der Folienmaske (2), festgelegt ist.
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4. Vorrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Positionierungsstifte (10) und die entsprechenden
Aussparungen (11,12) für die Justierung der Folienmaske (2) auf der Substratträgerplatte (1) auf
der gleichen Seite im Randaussenbereich einer Fensteröffung (3) angeordnet sind.
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5. Vorrichtung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Positionierungsstifte (10) und die entsprechenden
Aussparungen (11,12) für die der Folienmaske (2) auf der Substratträgerplatte (1) auf gegenüberliegenden
Seiten im Randaussenbereich der Fensteröffnung (3) angeordnet sind.
6. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine der beiden Aussparungen (11)
für die Justierung der Folienmaske (2) auf der Substratträgerplatte (1) als Bohrung, die andere als
Langloch (12) ausgebildet ist, wobei die Längsachse des Langlochs parallel zur Verbindungslinie (13) der beiden
Positionierungsstifte (10) verläuft.
7. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-6, Vorrichtunmg
dadurch gekennzeichnet, dass am Rande der Substratträgerplatte
(1) eine temporäre, lösbare Verbindung zwisehen Substratträgerplatte (1) und Folienmaske (2) besteht
und diese Verbindung durch Dauermagnete (9), welche in der Substratträgerplatte (1) lösbar montiert
sind und mit ihrem Kraftfluss die Folie durchdringen, gewährleistet wird.
8. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 1-7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Lage des Magnethalterahmens (7) auf
der Substratträgerplatte (1) durch zwei Positionierungsbolzen (14) in der Substratträgerplatte eingreifend
in entsprechende Aussparungen (15,16) im Magnethalterahmen (7) festgelegt ist.
9. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden Positionierungsbolzen (14) für die Justierung
des Magnethalterahmens (7) auf der Substratträgerplatte (1) und die entsprechenden Aussparungen
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(15,16) auf der gleichen Seite im Randaussenbereich einer Fensteröffung (3) oder auf einem der Stege (5) oder
auf einander gegenüberliegenden Seiten im Randaussenbereich einer Fensteröffnung (3) der Folienmaske angeordnet
sind.
10. Vorrichtung gemäss den Ansprüchen 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
dass eine der beiden Aussparungen (15) für die Justierung des Magnethalterahmens (7) auf der
Substratträgerplatte (1) als Bohrung (15), die andere als Langloch (16) ausgebildet ist, wobei die Längsachse
des Langlochs parallel zur Verbindungslinie (17) der beiden Positionierungsbolzen (14) verläuft.
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