可倾斜且可旋转基板载体及包括该基板载体的多层真空沉积系统的制作方法

1.本技术涉及应用于待处理基板上真空沉积的机电一体化领域，且确切地说，涉及例如在利用首字母缩写为glad的方法执行处理的情形下光学部件上的结构化多层光学处理的沉积，上述glad来源于“掠射角沉积(glancing angle deposition)”的表述，特别是指具有斜入射角的沉积。


背景技术：

2.根据glad方法产生结构化多层沉积在探索和研究优化光学性能的领域中处于目前最先进的水平，或应用于整体部件。因该方法的工业化而引起的问题尚未得到解决，且确切地说，尚未知晓用于在真空室中同时处理许多部件且准确操控此类部件以用于沉积多个处理层而无需打开真空室的装置，确切地说，用于大尺寸的，例如直径高达140mm的尺寸的透镜或窗口类型的光学件的装置。
3.技术问题
4.通过glad方法进行多层沉积的问题与控制真空室中的光学部件的倾角和方位角旋转的精确移动(无论是离散的还是连续的)的需求有关；所述光学部件固定到可能安装在回转转盘上的板上，以同时处理大量光学部件；各个层的沉积必须在不中途打开室的情况下进行，以避免水分进入。
5.在没有集成机器人技术的情况下，对金属真空室内部的回转支撑件实施离散或连续移动会产生在机械和电驱动方面难以解决的问题，尤其是在工业批量生产中。
6.这特别复杂，是因为使用腔外电机操纵回转支撑件会产生过多应力，而在室中存在若干机器人装置的情况下穿过室壁有线控制操纵装置过于复杂，并且因为因操纵装置操作产生的热量在真空室中不可能通过对流排出。


技术实现要素：

7.为了解决这些限制，本技术一方面涉及实现具有集成机动化的模块，这特别使得有可能在真空室中根据例如glad方法之类的沉积方法执行处理；且另一方面涉及配备有此类模块的真空沉积机。
8.此模块必须自主、紧凑且安全的，且可用于所有类型的薄层沉积系统。
9.更具体地说，本技术提出用于操纵待以真空沉积方法处理的一个或多个基板的支撑件的模块，所述模块包括框架，所述框架设置有板，所述板在第一侧面上接收电子组件，所述电子组件包括无线电发送/接收电子装置、处理器板、电机控制电子装置和用于模块的电源电池，处理器板包括程序存储器，所述程序存储器包括用于基于从远程装置接收的数据来控制电机控制电子装置的驱动器程序，所述远程装置设置有用于与模块的发送/接收电子装置通信的无线电发送器/接收器装置，并且，所述板在第二侧面上接收用于操纵所述支撑件的装置，其设置有用于操纵所述支撑件围绕平行于板的第一轴线旋转的第一电机，
以及用于操纵所述支撑件围绕与所述支撑件成直角的第二轴线旋转的第二电机。
10.电子部件通过板与用于操纵所述基板的支撑件的部件分离的此模块的架构可易于集成在真空沉积机中，板使得有可能将电子部件与正经受处理方法的高温的操纵部件隔离。
11.可以任选地实施以下段落中解释的模块的特征。可以彼此独立地或彼此组合地实施所述特征。
12.所述模块可使得电机控制电子装置为低压电子装置，且电机为可在低压下电驱动的微型伺服电机。
13.所述模块的操纵装置可包括接收壳体的盖，所述壳体在用于操纵所述壳体倾斜的第一电机的作用下围绕第一轴线相对于盖在旋转中移动，所述支撑件连接到第二电机，它们通过第二轴线上的旋转轴连接。
14.壳体有利地包围第二电机，所述第二电机被配置成驱动所述基板的支撑件在其平面中围绕第二轴线的旋转。
15.可安置平衡重以相对于所述第一轴线补偿配备有待处理的一个或多个基板的支撑件的重量。
16.盖可包括由板和两个臂形成的基部，臂的远端支承第一轴线。
17.臂和板特别是单个部件。
18.盖中的一个臂接收用于围绕第一轴线安装所述壳体的管，所述管设置有索环以用作供用于电机的电源和控制电缆从电机控制电子装置穿过板的入口。
19.该电机中的第一电机可有利地安置在壳体中，从而被保护以免受沉积方法的影响。
20.此电机可包括接收在盖中的一个臂中的电机轴，以使壳体在第一轴线上相对于盖旋转，这简化了模块的设计。
21.所述模块可包括一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器在至少一个电机和/或电子组件和/或基板支撑件处且连接到处理器板，用于电机控制电子装置的驱动器程序设置有温度管理模块，所述温度管理模块适合于通过无线电通信电子装置将温度数据发送到设置有模块操作监督程序的远程装置。
22.板可构成用于将模块固定到所述模块穿过的模块支撑件上的装置。
23.根据另一方面，本技术提出真空沉积机，其包括真空室和用于在真空室中的基板上沉积薄层的装置，所述真空沉积机包括：如上文所描述的至少一个模块，其安置在室中；远程装置，其设置有安置在室外部的模块操作监督程序，所述远程装置设置有无线电发送器/接收器装置，所述无线电发送器/接收器装置适合于与所述模块的发送/接收电子装置建立无线电链路，以驱动壳体和基板支撑件的移动。
24.可以任选地实施以下段落中陈述的沉积机的特征。可以彼此独立地或彼此组合地实施所述特征。
25.机器可根据应用包括多个模块，所述多个模块固定到模块支撑件上，例如安置在室中的回转转盘上。
26.模块和转盘可一起或独立地由所述远程装置驱动以根据真空多层沉积方法期间的不同入射相对于沉积装置定向由基板支撑件承载的基板。
27.这使得有可能同时处理多个基板且在基板之间的处理具有高度均匀性。
28.转盘有利地在模块的设置有电子组件的侧面与模块的设置有操纵装置和基板支撑件的侧面之间形成热分离。这就处理方法在基板上的温度和沉积来说增加了对模块的电子装置的保护。
29.远程装置有利地为计算机或工业计算器，其设置有适合于由操作员对多层沉积条件进行编程的人机界面，且通过无线电链路与模块接口以基于所述编程远程驱动安置在室中的模块。
附图说明
30.在阅读以下详细描述和分析附图后，本发明的其它特征、细节和优点将变得显而易见，在附图中：
31.[图1]示出根据本发明的实施例的透视图中的操纵模块；
[0032]
[图2]示出图1的模块的顶部部件的透视图；
[0033]
[图3a]示出图1的模块的底部部件的透视图；
[0034]
[图3b]示出图3a的细节；
[0035]
[图4]示出配备有根据图1的模块的基板处理机。
具体实施方式
[0036]
下文的图式和描述主要包含某种性质的元件。因此，它们将不仅能够用于更好地理解本发明，而且在适当时促进本发明的定义。
[0037]
现在参考图1，其描述用于操纵基板支撑件27的模块10，所述基板支撑件接收待以类似于glad方法的真空沉积方法处理的一个或多个基板28，例如光学部件。此模块将用于真空沉积机的真空室中。对于此类方法，有必要在给定沉积角的情况下相对于蒸气流动源定向和旋转待处理的一个或多个基板。在多层沉积的情况下，基板将根据待沉积的层不同地定向，并且必须在所沉积的不同层之间维持真空的连续性。
[0038]
基板支撑件可支撑较大直径的基板，或如所展现，将同时且根据相同沉积角在上面制作沉积物的若干基板。
[0039]
模块10包括框架，所述框架设置有安置在模块的支承控制电子部件的第一侧面10a与模块的支承用于操纵基板支撑件的机电部件的第二侧面10b之间的板11，所述机电部件设置有用于操纵所述支撑件27的电机。
[0040]
在根据图2的控制电子装置侧，框架包括从板的顶表面延伸的用于电子组件15的固定装置，所述电子组件包括无线电发送/接收电子装置30、31、处理器板16、通过电缆34连接到电机的电机控制电子装置33。这些各种装置可一起分组在单个电子电路板上或借助于形成如图2中所展现的固定装置14的柱固定到板的主板上。
[0041]
发送/接收电子装置为例如板或433mhz rf模块，且其天线31或wifi或蓝牙模块适合于在高温下工作。
[0042]
仍在所述模块的此第一侧面上，存在用于模块的电源电池17，所述电源电池使得模块自主且无需在模块位于的真空室中实施复杂的电线供电链路。
[0043]
电池优选地为在真空中和在例如高达90℃的高温下操作的高容量防泄漏离子电
池，且其更普遍地满足空间特性。所述电池可通过电子电路板上或覆盖此板的盖子上的连接器再充电。
[0044]
处理器板可利用微控制器或微处理器制造且包括程序存储器，在所述程序存储器中安装有用于操纵基板支撑件的机电部件的电机控制电子装置的驱动器程序。
[0045]
返回到图1，所述模块在第二侧面10b上、在板下方进一步包括用于操纵待处理的一个或多个基板的支撑件的装置，这将使得有可能使支撑件自身平行于其平面旋转，且还使此支撑件相对于与板成直角的轴线倾斜，所述板充当用于定位所述支撑件的参考平面。
[0046]
为了操纵基板支撑件，操纵装置设置有用于操纵基板支撑件相对于平行于板的第一轴线a旋转的第一电机21。
[0047]
该装置设置有用于操纵基板支撑件27在支撑件27的平面中围绕与支撑件成直角的第二轴线b旋转的第二电机22。
[0048]
第二轴线还与第一轴线成直角，使得远离第一轴线的支撑件在围绕此第一轴线的圆形轨道中。
[0049]
因此，在两个电机的作用下，基板支撑件可相对于板倾斜地移位且自身旋转。
[0050]
电机为例如可由电机控制电子装置在低压下进行电子控制的微型伺服电机，该电机控制电子装置本身为用于控制此类电机的已知类型的低压电子装置。
[0051]
所展现的操纵装置包括由板11和两个臂18、19构成的盖，臂从板的底表面延伸且设置有远端，所述远端在第一轴线a上形成枢转连杆以用于壳体20，所述壳体围绕第一轴线a相对于盖旋转地移动。
[0052]
有利地，板11、电子电路板固定装置以及臂18和臂19为通过3d打印制造的单个部件。
[0053]
第一电机21定位在壳体20中以由此得到保护，且定位成操纵壳体20围绕轴线a旋转，也就是说，相对于模块10倾斜。
[0054]
根据实例，离开电机21的电机轴24接收在盖的臂19中的一个中且形成壳体相对于盖的旋转的轴线a。
[0055]
一个或多个基板的支撑件27通过构成与第一轴线a和与接收一个或多个基板的支撑件的平面成直角的第二轴线b的轴25连接到壳体20，使得此支撑件可围绕此轴线b旋转。
[0056]
安置在壳体中的第二电机22被配置成控制基板支撑件27在其平面中围绕轴线b的旋转，此处通过驱动旋转轴25旋转的小齿轮220的级联进行。
[0057]
壳体进一步包括安置在壳体中的平衡重29，以相对于所述第一轴线a补偿配备有待处理的一个或多个基板的基板支撑件27的重量。
[0058]
盖的与接收电机轴的臂相对的臂18接收壳体的管状安装轴23，所述管状安装轴设置有索环26以用作供用于电机的一个或多个电源和控制电缆34从电机控制电子装置穿过板的入口。
[0059]
电机的驱动由处理器板16通过控制电子装置33处置。
[0060]
为此，处理器板包括嵌入式计算机程序，所述嵌入式计算机程序适合于基于从图4中展现的远程装置100接收的数据而控制电机的移动。
[0061]
此远程装置100(例如，计算机)设置有用于与模块10的发送/接收电子装置通信的无线电发送器/接收器装置。发送器/接收器装置101可位于真空室70外部，且直接连接到远
程装置或甚至集成在该装置中。
[0062]
根据图4中的虚线变量，发送器/接收器装置101'可位于室70中且在室的金属壁防止室的内部与外部之间的任何无线电发送的情况下通过穿过室的壁的有线链路连接到所述远程装置。
[0063]
仍根据图4，模块10固定到转盘60上，所述转盘由使支撑转盘的轨道67旋转的电机66驱动旋转，以相对于沉积装置72定位模块，所述沉积装置例如用于本身已知的某一类型的沉积的蒸气流动源。根据实例，沉积机还包括离子枪65，所述离子枪用于部件的离子蚀刻或用于沉积期间的离子辅助。
[0064]
驱动转盘的电机66自身可由远程装置通过无线电链路控制。在应用的情形下，其它转盘驱动配置是可能的。
[0065]
远程装置100发送命令以使由模块承载的基板支撑件移位，并且模块的程序存储器中的模块操作监督程序根据传统伺服电机驱动算法来驱动电机随所述命令而变化。
[0066]
远程装置100与真空室中的一个或多个模块之间的交换通过连接发送器/接收器装置和模块的无线电发送/接收电子装置30的无线电链路完成。
[0067]
由于在真空室70中使用模块，因此不可能通过对流耗散由模块的电机和电子装置产生的热量。模块包含一个或多个温度传感器作为热防护装置，例如图2中展现的电子装置上的传感器53，以及图1中展现的伺服电机上或附近的传感器51、52。应注意，有可能为单个电机配备温度传感器。这些传感器可以是热电偶。
[0068]
这些传感器连接到模拟/数字转换装置，且还已知在处理器板上，以用于监测这些敏感点处的温度。由处理器板借助于温度传感器测量的温度数据通过电磁波发送到远程装置，所述远程装置监督机器的操作。
[0069]
关于制造，框架和壳体为轻量结构，其可通过3d立体光刻由具有极低热系数且例如商品名为perform的材料的材料制造。此材料需要能够维持沉积方法所产生的热辐射的高温，且确切地说，源自红外灯的用于将光学部件加热到指定用于沉积的温度的辐射、离子枪的中和细丝的用于沉积之前的表面刻蚀和/或用于沉积期间的离子辅助的热量，以及由蒸发源辐射的用于沉积的热量。
[0070]
将具有低热系数的材料用于模块的机械结构允许所述机械结构在高达200℃的温度下使用。
[0071]
通过用真空润滑脂替换小齿轮的标准润滑脂以及通过利用ptfe护套将电机电控制线连接起来，使得伺服电机与高温下的真空使用兼容。
[0072]
返回到图2，模块的包括一个或多个电子电路板15的顶部部件由盖子40覆盖，此处，所述盖子设置有：
[0073]-模块电源开关42，
[0074]-可移除盖43，移除所述可移除盖允许进入处理器板以例如通过与所述电子电路板成一体的usb插口对所述处理器板进行编程，
[0075]-泵送通风口41，以及
[0076]-电池再充电连接器45。
[0077]
开关和电源连接器通过有线电链路，例如在具备ptfe隔热功能的电缆46中以常规方式连接到电子电路板。
[0078]
盖子通过例如螺钉44等固定装置固定到从板11的顶表面升高的柱440上，且与板一起形成用于保护模块的电子装置的电子壳体。
[0079]
呈四个孔形式的泵送通风口的尺寸设定成允许电子壳体放置在真空中，且还允许经由臂18和19中的开口将伺服电机壳体放置在真空中。伺服电机壳体还包括未展现的通风口。这些通风口防止模块的一个或其它部件相对于室的真空处于过压状态。
[0080]
图3a以透视图展现模块的底部部件，其中壳体20由盖子20a封闭。此图示出用于将模块固定到转盘60上的螺钉64的头部。这些螺钉是从下方安装并固定到板11的栓系螺钉(captive screw)。
[0081]
根据图3b，基板支撑件包括底板27a、背板27b和支撑盖子27d。底板和盖子连同螺钉27c旋拧在一起，背板借助于螺钉27e旋拧到底板上。由基板夹持夹具50保持的基板28安装在底板27a与背板27b之间，所述底板和背板紧固基板28的夹持夹具50。
[0082]
夹具放置在板27a的合适腔中。背板27b旋拧到板27a上，且支承在夹具上，所述夹具因此被牢固地保持。因此保护基板的背表面免于沉积。组件接着旋拧到peek(聚醚醚铜)支撑盖子27d上，所述peek支撑盖保持固定到模块。
[0083]
应注意，在板27a上，存在具有垫圈(未展现)的小螺钉以用于紧固和保持测量基板28的温度的热电偶。
[0084]
板27a优选地为类似于夹具50的不锈钢板。此材料导热性能极佳且使被处理的部件温度均匀。盖子27d优选地为耐热塑料材料，例如peek。此盖子以机械方式机械加工。peek展现出极佳的高温下抗变形性。
[0085]
室内部产生的热量仅通过热辐射传送，因此，电子壳体40和伺服电机的壳体20覆盖有铝膜，所述铝膜反射此热辐射且极大地减缓这些壳体的升温速度。
[0086]
使用3d立体光刻制造模块的机械部件，以及使电子电路板小型化，实现工具的设计非常紧凑且非常轻量，这有助于所述工具的使用和维持。
[0087]
本技术的系统使得有可能制造与根据glad方法在可见范围和红外范围中进行薄层光学处理的批量生产兼容的工业工具。
[0088]
本技术的模块允许光学部件从水平位置到竖直位置的离散或连续的移位。这允许基板支撑件的180
°
(甚至360
°
)的离散或连续的方位角旋转。因此，可利用此模块获取glad沉积的所有实验可能性。
[0089]
模块的小型化和紧凑性使得有可能在回转转盘60上将若干模块安放在适当位置。例如，七个模块分布在转盘上。根据图4，展现单个模块，其它位置是空闲的。在基板支撑件支承五个基板的情况下，此安置允许同时处理35个基板。此外，具有通过板分离的电子部件和电机部件的模块设计一方面允许例如借助于图1和图3a的螺钉64将模块简单地安装在转盘上，且另一方面，当模块安装在转盘上，所述转盘形成用于模块的电子部件的热防护屏时，模块的电子部件与室的热区隔离。
[0090]
最后，使得有可能按需要定向基板支撑件的模块允许在不中途打开室的开口的情况下产生多层，这消除了层的保湿的问题，此问题是非常关键的，尤其是在红外光谱范围内。
[0091]
本技术的装置和机器允许在要求极高效率抗反射处理和宽光谱范围，特别是在扩大的可见和红外范围内的透镜或窗口上制作沉积物。
[0092]
因此，本发明的模块允许：
[0093]-在静态模式中和动态模式中，在由基板支撑件以不同入射保持在水平位置与竖直位置之间的基板上制造多层沉积物，例如，取决于所使用的伺服电机的精度，通过1度的步长进行；
[0094]-一个或多个基板在基板的平面中旋转至少180度，以定向沉积物层的柱状生长；
[0095]-对于从20到120毫米的直径，通常仅通过改变基板支撑件在光学部件上制造不同大小的沉积物；
[0096]-在不打开室的情况下制造多层沉积物以避免界面处出现氧化或湿润现象；
[0097]-在与所设想的处理的持续时间兼容的时段内将光学部件加热到200℃的温度；
[0098]-模块安装在具有回转转盘的工业沉积机上；
[0099]-若干模块安装在同一个室中以允许批量生产而无需复杂的有线链路，每个模块通过无线电链路连接到远程装置。
[0100]
系统和模块的设计使得有可能通过腔间电子装置来控制电机，以克服与旋转电链路相关联的限制，且借助于可再充电且可与高温下的真空使用兼容的电池通过腔间低压电源对电子装置和电机供电，以确保模块的安全性。
[0101]
本发明不限于所展现的实例，且确切地说，取决于处理机的大小，基板支撑件可支承一到若干个基板，且转盘可包括用于多于或少于七个模块的凹部。本技术的模块还可用于除根据glad方法的沉积之外的处理。