DE29707686U1 - Magnetic holder for foil masks - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Haltern einer ferromagnetischen, dünnen Maske nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a device for holding a ferromagnetic, thin mask according to the preamble of claim 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.Such a device is known, for example, from DE-PS 22 47 579. However, in the known device, only very small areas of the entire surface covered by the mask are exposed to the vacuum process. The ratio of covered to free areas is therefore very large, so that the mask rests on the substrate everywhere due to the effect of the permanent magnet. The mask has a thickness of 50 - 100 µm.
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.GB-PS 980,715 and CH-PS 417 272 disclose similar arrangements in which a substrate is partially covered with a mask on the side facing the evaporation source. The masks consist of ferromagnetic material and are pressed on with magnetic force, with the magnets being attached to the back of the substrate facing away from the evaporation source.
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.
30The patent US 4,599,970 describes an arrangement in which a disk-shaped permanent magnet presses the mask made of magnetic material onto the substrate to be coated. The permanent magnet is located in a recess in a carrier plate which is arranged on the back of the disk-shaped substrate.
30
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, SubstratträgerAnother device is disclosed in DE-PS 32 31 735. In this case, a first metallic component of the components arranged in the stack is provided as a carrier disk and a second metallic component provided with openings is provided as a cover disk for enclosing the substrate. The fixing of the mutual position of the mask, substrate carrier
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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.and substrate is possible according to DE-PS 32 31 735 by means of alignment pins mounted on the substrate carrier plate and corresponding recesses in the substrate and mask.
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.However, in the case of large-area substrates, these adjustment positions are relatively far apart from one another. They can shift against one another, particularly when the arrangement is subjected to thermal stress in vacuum processes, due to different thermal expansion coefficients of the substrate carrier plate, substrate and mask, so that perfect adjustment is impaired, if not made impossible.
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.In all known devices, the magnet or the magnet system covers the entire surface of the back of the respective substrate. However, this is uneconomical for large-area substrates where the window opening area is large compared to the areas protected from coating by the mask, which we refer to as the film area. In addition, mechanical damage to the back of the substrate is possible due to magnets resting directly on it.
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.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages of the known arrangements and of creating a device for holding thin, foil-shaped ferromagnetic masks of the type mentioned at the beginning. In particular, the device should allow the mask to rest completely and evenly on the substrate surface everywhere and especially at the edges in order to obtain perfect coating edges at the edges of the mask and to enable simple handling when changing substrates and masks.
Ausserdem wird die Maske, die als dünne Folie von weniger als 0.5 mm Dicke ausgebildet sein kann, nicht gleichzeitigIn addition, the mask, which can be designed as a thin film of less than 0.5 mm thickness, is not simultaneously
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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.with the coated substrate, but left on the substrate carrier plate for coating several substrates. It must therefore be possible to cleanly separate it from the substrate when changing the substrate and remain securely in its fixed position on the substrate carrier plate.
Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.These objects are achieved by a device having the features of claim 1. Further advantageous embodiments are contained in the dependent claims.
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.The foil-shaped mask made of ferromagnetic material lies on the substrate carrier plate. The substrate, which is to be coated through the mask, lies on the mask. The back of the substrate has a frame in which permanent magnets are held in such a way that they press the foil mask onto the front of the substrate, but do not touch the back of the substrate.
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.The foil mask is releasably fixed on the substrate on the one hand and on the substrate carrier plate on the other hand, particularly in the edge areas and in the area of the webs of the window openings, by permanent magnets. In addition, the exact positioning of the mask and the magnetic holding frame on the substrate carrier plate is ensured by positioning pins or
bolt is guaranteed.
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.The frame that carries the permanent magnets is designed in such a way that the magnets are essentially only located in those zones of the substrate in which a coating is to be prevented, i.e. in the edge areas of the window openings and on the webs between the window openings.
Unterschiedlichen thermischen Ausdehungskoeffizienten von Substratträgerplatte, Folienmaske und Substrat wird durch geeignete Formgebung der Aussparungen für die JustierstifteDifferent thermal expansion coefficients of the substrate carrier plate, foil mask and substrate are compensated for by suitable shaping of the recesses for the alignment pins
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und -bolzen in Folienmaske und Magnethalterahmen Rechnung getragen.and bolts in the foil mask and magnetic holding frame.
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.In addition, the foil mask and the magnetic holding frame are mounted on the substrate carrier plate in such a way that the substrate can be replaced as easily as possible. However, the precise mutual orientation of the mask and substrate is maintained.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der folgenden schematischen Figuren beschrieben:Embodiments of the invention will now be described with reference to the following schematic figures:
Fig.l Substratträger mit Folienmaske, Substrat und Magnethalterahmen in der Aufsicht. Fig.l Substrate carrier with foil mask, substrate and magnetic holding frame in top view.
Fig 2A Schnitt A-A von Fig.l Fig 2A Section AA of Fig.l
Fig.2B Schnitt B-B von Fig.l Fig.2B Section BB of Fig.l
Fig.2C Schnitt C-C von Fig.l Fig.2C Section CC of Fig.l
Halterung der Rundmagnete mittels geschlitztem Klemmring und SenkschraubeMounting of the round magnets using a slotted clamping ring and countersunk screw
Fig.2D Aufsicht von Fig.2A: Fixierung der Folienmaske im Bereich des Langlochs Fig.2D Top view of Fig.2A: Fixing the foil mask in the area of the slot
Fig.2E Aufsicht von Fig.2A: Fixierung der Folienmaske im Bereich der Bohrung Fig.2E Top view of Fig.2A: Fixing the foil mask in the area of the hole
Fig.3A Anordnung der Positionierungsstifte und Aussparungen für die Folienmaske auf der gleichen Seite der Fensteröffnung.Fig.3A Arrangement of the positioning pins and recesses for the foil mask on the same side of the window opening.
Fig.3B, Anordnung der Positionierungsstifte und Aus- Fig.3C sparungen für die Folienmaske auf gegenüberliegenden Seiten der Fensteröffnung. Fig.3B, arrangement of the positioning pins and Fig.3C recesses for the foil mask on opposite sides of the window opening.
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. DieFig.l shows an arrangement according to the invention from above, i.e. from the back of the substrate. In Fig.2 various sections through the arrangement are shown. The
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Dicke der Folienmaske und des Substrates sind der besseren Übersichtlichkeit wegen grosser dargestellt als dem Massstab der Zeichnung entsprechen würde.For better clarity, the thickness of the foil mask and the substrate are shown larger than the scale of the drawing would correspond to.
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.A substrate carrier plate 1 has window openings 3, through which the substrate 6 is coated. The area of the window openings 3, i.e. the area to be coated, is large compared to the film area, i.e. the area at the edges and on the webs, which is covered by the film and thus kept free of the coating. The exact boundary between coated and uncoated areas is defined by the film mask 2, which rests on the substrate carrier plate 1. The plate-shaped substrate 6 lies on the mask 2. In order to obtain perfect coating edges on the edges of the mask, the film mask 2 is pulled completely and evenly from the back of the substrate onto the substrate 6 by permanent magnets 8 designed as block magnets. The substrate carries the magnet holding frame 7, the shape of which essentially corresponds to the film mask with regard to window openings 3 and webs 5. The block magnets are mounted in such a way that they do not touch the back of the substrate. However, they are strong enough to press the ferromagnetic foil mask onto the front of the substrate in the areas that are important for limiting the coating, namely at the edges 4 of the windows 3 and webs 5.
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 einenThe block magnets are arranged in the area of the webs and on the outer edges of the foil. The block magnets are inserted in a rectangular profile frame, which is preferably made of aluminum. This material has the following advantages: low weight, easy to work with, low heat capacity. The block magnets are inserted into milled pockets and held in place by two rivets each. The small protrusion of the rivet heads allows a
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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.small distance between magnet and substrate back and thus the greatest possible pulling force on the foil mask. 0x300, aluminum-nickel-cobalt alloys (AlNiCo) or samarium-cobalt alloys (SmCo) are used as magnet materials.
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.The position of the film mask 2 on the substrate carrier plate 1 is fixed by at least two opposing pins 10 in the substrate carrier plate, over which the film mask is placed on the substrate carrier plate with two corresponding recesses 11, 12 (Fig. 1, Fig. 2A). The recesses in the film mask are designed on one side as a hole 11, which forms the so-called fixed point of the film mask (Fig. 2E) and as an elongated hole 12, which represents the so-called loose point (Fig. 2D) of the film mask. The loose point is the point at which the thermally induced length differences can compensate. The longitudinal axis of the elongated hole 12 runs parallel to the connecting line 13 of the two positioning pins 10. This ensures that even when the device is subjected to high temperatures, the orientation of the mask on the film is maintained despite different thermal expansion of the substrate carrier plate 1 and the film mask 2.
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. Since the thin film mask is not firmly clamped, the mask bars are prevented from bulging when the temperature expands. The film mask has the option of moving, together with the substrate, over the slot in the loose point.
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-The positioning pins 10 and the corresponding recesses 11,12 can be arranged on the same side of the edge area of a window opening (Fig. 3A) or on a web. It is also possible to arrange them on opposite sides.
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genden Seiten der Fensteröffnung anzubringen (Fig. 3B, Fig. 3C) .opposite sides of the window opening (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.As a rule, the same film mask is used for coating several substrates in succession. When changing the substrate, the lock of the magnetic holding frame on the substrate carrier plate is first released and this is removed from the back of the substrate. In order to prevent the film mask from sticking to the substrate due to adhesive forces when the substrate is removed, a series of permanent magnets designed as round magnets 9 are detachably attached to the circumference of the film mask in the substrate carrier plate. This second holder using magnets allows the film mask to be replaced without further unlocking or loosening of screw connections and is therefore advantageous for automatic operation using a robot.
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. The magnet holding frame 7 is fixed in its position on the substrate carrier plate 1 by at least two positioning bolts 14 mounted on opposite edges in the substrate carrier plate (Fig. 1, Fig. 2B). The corresponding recesses in the magnet holding frame are designed as a bore 15 and an elongated hole 16 and ensure the correct positioning of the frame 7 on the substrate carrier plate 1 even when the device is subjected to thermal stress. The elongated hole 16 is oriented in the direction of the connecting line 17 of the two positioning bolts 14.
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-Due to the different thermal expansion of the glass substrate and the aluminum frame, there are relative movements of these two components during the treatment of the substrates, which would lead to scratches if the magnetic frame were to rest directly on the substrate. In order to avoid such scratches, a series of support pins 19 made of suitable plastic, such as 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.
5theretherketone (PEEK) or polyimide (PI), fixed in the magnet frame, which protrude by a distance 18 of at least 0.5 to 3 mm beyond the substrate-side edge of the magnet frame.
5
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.The round magnets 9 are arranged in pairs in blind holes in the substrate carrier (Fig.1, Fig.2C). They are attached using a radially slotted clamping ring 21 (Fig.2C) made of plastic (PEEK or PI) and a countersunk screw 20, so that they can be easily removed, for example to clean the substrate carrier plate 1. When the countersunk screw is screwed in, the slotted clamping ring spreads over its inner cone and wedges the round magnets in their blind hole. The clamping ring made of vacuum-compatible plastic prevents damage to the brittle magnets during assembly. Several magnets can be held simultaneously with one clamping ring. The soft plastic compensates for manufacturing inaccuracies.
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Claims (10)
30Substrate carrier plate (1) is fixed by two positioning pins (10) in the substrate carrier plate (1), engaging in two corresponding recesses (11, 12) in the film mask (2).
30
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20030522 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: UNAXIS DEUTSCHLAND VERTRIEBS GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: UNAXIS DEUTSCHLAND VERTRIEBS GMBH, 81476 MUENCHEN, DE Effective date: 20040506 |
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R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20050506 |
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R071 | Expiry of right |