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Dokumentenidentifikation DE102004031528B4 03.05.2007
Titel Vorrichtung zur Bereitstellung einer Sonderatmosphäre mit einem Medienanschluss
Anmelder von Ardenne Anlagentechnik GmbH, 01324 Dresden, DE
Erfinder Gawer, Olaf, 01328 Dresden, DE;
Melcher, Jens, 01259 Dresden, DE;
Hofmann, Michael, 01277 Dresden, DE
Vertreter Patentanwälte Lippert, Stachow & Partner, 01309 Dresden
DE-Anmeldedatum 29.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004031528
Offenlegungstag 19.01.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse H01J 37/34(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Sonderatmosphäre mit einem Medienanschluss, insbesondere eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten im Hochvakuum mit einem Kühlmittelanschluss.

Bei vielen bekannten Arbeitsverfahren, die unter einer Sonderatmosphäre wie unter einer Schutzatmosphäre oder im Hochvakuum ablaufen, beispielsweise den heutigen Verfahren zur Hochvakuumbeschichtung von Substraten, wie thermische Verdampfung oder Sputtern (Kathodenzerstäubung), stellt sich das Problem, die entstehende Wärme abzuführen, um die technologischen Parameter konstant zu halten und so qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen. Hierfür muss ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, in die Prozesskammer, beispielsweise eine Hochvakuumkammer (nachfolgend Kammer genannt) eingebracht werden, die dazu dient, die Wärme von den in der Kammer befindlichen Vorrichtungsteilen aufzunehmen und aus der Kammer herauszuführen.

Bei Vakuumbeschichtungsanlagen für plattenförmige Substrate sind im Beschichtungsbereich eine oder mehrere Kammern mit Einrichtungen zum Verdampfen oder Zerstäuben des Beschichtungsmaterials, beispielsweise thermische Verdampfer oder Magnetronsputtereinrichtungen, in technisch sinnvoller Anzahl und Beschaffenheit vorhanden. Auf Grund der Geometrie dieser Einrichtung gelangt ein Anteil des verdampften oder zerstäubten Targetmaterials nicht auf das Substrat, sondern auf in der Beschichtungskammer angeordnete stationäre Bauteile.

Diese Bauteile sind in der Regel so gestaltet, dass sie einerseits große Mengen des Targetmaterials aufnehmen können, um eine Partikelbildung durch Ablösen auf dem Substrat zu verhindern. Andererseits müssen diese Bauteile nach Möglichkeit temperiert, d.h. gekühlt werden. Durch Beibehaltung einer konstanten Temperatur sollen mechanische Spannungen in den aufgebrachten Schichten minimiert und die technologischen Bedingungen zum Aufbringen der Schicht konstant gehalten werden.

Für die Anordnung der in der Kammer befindlichen Vorrichtungsteile gibt es mehrere Varianten. Beispielsweise können Kühlmittel führende Vorrichtungsteile in der Kammer fixiert werden. An diese Vorrichtungsteile werden beispielsweise Winkelprofile, vorzugsweise aus Aluminium, zur Aufnahme des Targetmaterials geklemmt. Während der Wartung werden lediglich die Winkelprofile ausgetauscht.

Um die Reinigung und Wartung derartiger Vorrichtungen zu erleichtern, sind in einer anderen Variante die in der Kammer befindlichen Vorrichtungsteile, wie Verdampfer, Magnetrons, Targets, oder Blenden an einem Hilfsgestell angeordnet, das im Innern der Kammer herausnehmbar gelagert ist. Das Kühlmittel wird den zu kühlenden Vorrichtungsteilen über Kühlmittelleitungen zugeführt, die ebenfalls an dem Hilfsgestell angeordnet sind, um die zu kühlenden Vorrichtungsteile mit Kühlmittel versorgen zu können. Das Hilfsgestell mit den daran angeordneten Vorrichtungsteilen ist mittels Hebezeug komplett aus der Kammer entfernbar, d.h. die zur Aufnahme des verdampften oder zerstäubten Targetmaterials vorgesehenen Bleche oder Winkelprofile und die Kühlmittel führenden Vorrichtungsteile werden zusammen gehandhabt.

Um die Herausnehmbarkeit des Hilfsgestells zu gewährleisten, müssen die im Innern der Kammer angeordneten Kühlmittelleitungen von den sie versorgenden, außerhalb der Kammer angeordneten Kühlmittelzuführungen entkoppelbar sein. Hierzu sind die inneren Kühlmittelleitungen mit den äußeren Kühlmittelzuführungen durch bekannte Verbindungsmittel, wie Verschraubungen oder Schnellverschlüsse, miteinander verbunden. Um zu vermeiden, dass Kühlmittel aus undichten Verbindungsmitteln in die Kammer eintritt, müssen diese Verbindungsmittel außerhalb der Kammer angeordnet sein.

Für den Kühlmittelanschluss der Variante mit Hilfsgestell kann der Anschluss einerseits durch einen im Behälterboden liegenden Flansch erfolgen. Nachteilig dabei ist die schlechte Erreichbarkeit des Flansches, zusätzlich erschwert durch seitliche Behälterversteifungen.

In EP 1 019 946 B1 wird eine Lösung vorgeschlagen, bei der ein Kühlmittelanschluss über die Seitenwand des Behälters ragt. Das Hilfsgestell weist an einer Längsseite einen über die Prozesskammer greifenden Ausleger mit Versorgungsanschlüssen zumindest für Kühlmittel auf. Durch diese Gestaltung entfallen innerhalb der Prozesskammer befindliche, beim Ausbau von Einbauteilen zu lösende Kühlmittelverbindungen, wodurch die Gefahr eines Austritts von Kühlmittel innerhalb der Prozesskammer infolge nicht dichter Verbindungen entfällt. Ein Nachteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die Kammerdecke (d.h. die Dichtfläche des Behälters) und der den Behälter abschließende Deckel aufgrund der darin vorgesehenen Durchführung für den Versorgungsanschluss unsymmetrisch sind. Außerdem sind die über die Kammerdecke hinausragenden Vorrichtungsteile bei geöffnetem Deckel der Gefahr von Beschädigungen ausgesetzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung mit einem Medienanschluss, insbesondere eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten im Hochvakuum mit einem Kühlmittelanschluss anzugeben, bei der die Bedienung des Kühlmittelanschlusses (Ankoppeln und Lösen) mit geringem technischem Aufwand vereinfacht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung einer Sonderatmosphäre enthält eine Kammer, die einen Behälter mit einer Wandung, einer verschließbaren Öffnung und einer Dichtfläche, einen Deckel sowie einen Medienanschluss umfasst und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Medienanschluss aus einer in das Innere der Kammer ragenden Einstülpung der Wandung des Behälters mit einer der Öffnung des Behälters zugewandten Durchführung zur Aufnahme eines Anschlussstutzens und einem in die Durchführung der Einstülpung einsetzbaren Anschlussstutzen besteht.

Die Einstülpung kann an jeder beliebigen Stelle der Wandung, einschließlich eines eventuell vorhandenen Bodens, angeordnet sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zum Beschichten von plattenförmigen Substraten ausgebildet, wobei die Wandung des Behälters aus einem Boden und einer Seitenwand gebildet ist, die Einstülpung an der Seitenwand zwischen Dichtfläche und Boden des Behälters angeordnet ist, die Vorrichtung weiterhin eine Kühleinrichtung umfasst und der Anschlussstutzen nach der Montage der Kühleinrichtung im Innern der Kammer aus der Kammer hinaus ragt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthalten der Anschlussstutzen oder/und die Durchführung der Einstülpung Dichtmittel zur Abdichtung der Kammer. Das Dichtmittel ist vorteilhaft als Konussitz des Anschlussstutzens in der Durchführung ausgebildet. Hierdurch wird verhindert, dass eindringende Außenluft das in der Kammer herrschende Vakuum zerstört oder die Schutzatmosphäre beeinträchtigt.

Zur Verbesserung der Dichtungswirkung enthält das Dichtmittel in einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung einen O-Ring aus einem Elastomer.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Anschlussstutzen an seinem aus der Kammer ragenden Ende eine Schnellkupplung oder eine Aufnahme für eine Schnellkupplung auf. Unter Schnellkupplung soll im Sinne dieser Anmeldung auch jeder elektrische Steckverbinder angesehen werden. Hierdurch wird der Zeitaufwand bei der Montage und Demontage der Medienzuführung gegenüber herkömmlichen Verbindungsmitteln, wie beispielsweise Verschraubungen, wesentlich herabgesetzt.

Vorteilhaft ist die Einstülpung durch ein separates Bauteil gebildet, das in einer dafür vorgesehenen Öffnung der Wandung angeordnet und mit Verbindungsmitteln an der Wandung des Behälters befestigt ist. Diese Variante ist besonders zweckmäßig zur Nachrüstung bereits existierender Vorrichtungen verwendbar und ist außerdem zu bevorzugen, wenn an der Wandung des Behälters nicht geschweißt werden darf.

Das separate Bauteil kann vorteilhaft zylindrisch oder quaderförmig ausgebildet sein und an seinem Rand einen Flansch zur Anbringung an der Wandung des Behälters aufweisen. Die zylindrische Form benötigt wenig Material und bietet eine hohe Druckfestigkeit, während die Quaderform mehr Raum für die Montage der Medienzuleitung bietet, einfacher und kostengünstiger zu fertigen ist und die Abdichtung der Durchführung erleichtert, da eine ebene Fläche zur Verfügung steht.

Die Verbindungsmittel sind bevorzugt Schraubenbolzen, um die Montage der Einstülpung an der Wandung des Behälters einfach zu gestalten und eine lösbare Verbindung zwischen Einstülpung und Behälter zu erhalten.

Es sei ausdrücklich angemerkt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bereitstellung einer Sonderatmosphäre mit Medienanschluss in vielen Bereichen der gewerblichen Wirtschaft verwendbar ist und ihr Einsatz nicht etwa auf die Beschichtung von Substraten im Hochvakuum beschränkt ist. Vielmehr ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzbringend überall dort einsetzbar, wo Arbeitsverfahren im Hochvakuum oder unter Schutzatmosphäre ablaufen müssen. In gleicher Weise ist der zu dem Medienanschluss gehörige Anschlussstutzen nicht als auf Anschlüsse für flüssige oder gasförmige Medien beschränkt anzusehen, sondern der Anschlussstutzen kann ebenso dazu dienen, elektrische Versorgungsleitungen oder elektronische Mess- oder Steuerleitungen in die Kammer hinein bzw. aus ihr hinaus zu führen oder eine mechanische Einrichtung, beispielsweise ein Gestänge oder eine Welle, durch die Seitenwand der Kammer zu führen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und

3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung einer Sonderatmosphäre dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung zum Beschichten von plattenförmigen Substraten ausgebildet. Sie besteht aus einer Kammer zur Aufnahme weiterer Vorrichtungsteile, die einen Behälter 1 mit einer Wandung 2, einer verschließbaren Öffnung 6 und einer Dichtfläche 5 sowie einen Medienanschluss umfasst.

Die Wandung 2 des Behälters 1 ist aus einem Boden 4 und einer Seitenwand 3 gebildet.

Der Medienanschluss besteht aus einer in das Innere der Kammer ragenden Einstülpung 7 der Wandung 2 des Behälters 1 und weist eine der Öffnung 6 des Behälters 1 zugewandte Durchführung 8 zur Aufnahme eines Anschlussstutzens 12 auf, in die der Anschlussstutzen 12 einsetzbar ist.

Die Einstülpung 7 ist zwischen der Dichtfläche 5 und dem Boden 4 in der Wandung 2 des Behälters 1 angeordnet.

Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Kühleinrichtung 14. Nach der Montage der Kühleinrichtung 14 im Innern des Behälters 1 ragt der Anschlussstutzen 12 aus dem Behälter 1 hinaus.

Die Kühleinrichtung 14 ist mit einem Tragrahmen 15 verbunden, an dem die Magnetronumgebung eines nicht näher dargestellten Magnetrons befestigt ist. Der Tragrahmen 15 dient dem leichten Herausnehmen der Magnetronumgebung aus der Beschichtungskammer, d.h. dem Behälter 1, wobei Verbindungselemente des Tragrahmens 15 gelöst werden und dieser mittels einer Hebevorrichtung herausgehoben wird. Dann können die Wartungsarbeiten an der Targetumgebung außerhalb des Behälters unter Gewährleistung leichter Zugänglichkeit durchgeführt werden.

In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung einer Sonderatmosphäre dargestellt, die ebenfalls zum Beschichten von plattenförmigen Substraten ausgebildet ist.

Der Anschlussstutzen 12 und die Durchführung 8 der Einstülpung 7 enthalten Dichtmittel 9 zur Abdichtung der Kammer, um das Eindringen von Außenluft zu verhindern. Das Dichtmittel 9 ist als Konussitz des Anschlussstutzens 12 in der Durchführung 8 ausgebildet, der einen O-Ring aus einem Elastomer enthält.

Der Anschlussstutzen 12 weist an seinem aus dem Behälter 1 ragenden Ende eine Aufnahme für eine Schnellkupplung 13 auf. Hierdurch wird der Zeitaufwand bei der Montage und Demontage der (nicht dargestellten) Medienzuführung gegenüber herkömmlichen Verbindungsmitteln, wie beispielsweise Verschraubungen, wesentlich herabgesetzt.

Die Einstülpung 7 ist durch ein separates Bauteil gebildet, das in einer dafür vorgesehenen Öffnung der Wandung 2 angeordnet und mit Verbindungsmitteln 11 an der Wandung 2 des Behälters 1 befestigt ist. Das separate Bauteil ist quaderförmig ausgebildet und weist an seinem Rand einen Flansch 10 zur Anbringung an der Wandung 2 des Behälters 1 auf.

Die Verbindungsmittel 11 sind Schraubenbolzen, wodurch die Verbindung zwischen Einstülpung 7 und Behälter 1 lösbar ist.

In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bereitstellung einer Sonderatmosphäre dargestellt.

In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Behälter 1 aus einem zylindrischen Kessel mit einer Wandung 2 und einem Flansch, der die Dichtfläche 5 darstellt. In der Wandung 2 des Behälters 1 ist eine Einstülpung 7 angeordnet, die mit dem Behälter 1 unlösbar verbunden ist. Die Einstülpung 7 weist eine zur Öffnung 6 des Behälters 1 weisende Durchführung 8 auf, in die ein (nicht dargestellter) Anschlussstutzen 12 einsetzbar ist.

1
Behälter
2
Wandung
3
Seitenwand
4
Boden
5
Dichtfläche
6
Öffnung
7
Einstülpung
8
Durchführung
9
Dichtmittel
10
Flansch
11
Verbindungsmittel
12
Anschlussstutzen
13
Aufnahme für Schnellkupplung
14
Kühleinrichtung
15
Tragrahmen


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vakuums oder einer Schutzatmosphäre mit einer Kammer, die einen Behälter (1) mit einer Wandung (2), einer verschließbaren Öffnung (6) und einer Dichtfläche (5), an der ein Deckel anbringbar ist, sowie einen Medienanschluss umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Medienanschluss aus einer in das Innere des Behälters (1) ragenden Einstülpung (7) der Wandung (2) des Behälters (1) mit einer der Öffnung (6) des Behälters (1) zugewandten Durchführung (8) zur Aufnahme eines Anschlussstutzens (12) und einem in die Durchführung (8) der Einstülpung (7) einsetzbaren Anschlussstutzen (12) besteht. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Beschichten von plattenförmigen Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (2) des Behälters (1) aus einem Boden (4) und einer Seitenwand (3) gebildet ist, die Einstülpung (7) an der Seitenwand (3) zwischen Dichtfläche (5) und Boden (4) des Behälters (1) angeordnet ist, die Vorrichtung weiterhin eine Kühleinrichtung (14) umfasst und der Anschlussstutzen (12) nach der Montage der Kühleinrichtung (14) im Innern des Behälters (1) aus dem Behälter (1) hinaus ragt. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (12) oder/und die Durchführung (8) der Einstülpung (7) Dichtmittel (9) zur Abdichtung des Behälters (1) enthalten. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (9) als Konussitz des Anschlussstutzens (12) in der Durchführung (8) ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (9) einen O-Ring aus einem Elastomer enthält. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussstutzen (12) an seinem aus dem Behälter (1) ragenden Ende eine Schnellkupplung oder eine Aufnahme für eine Schnellkupplung (13) aufweist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstülpung (7) ein separates Bauteil ist, das in einer dafür vorgesehenen Öffnung der Wandung (2) angeordnet und mit Verbindungsmitteln (11) an der Wandung (2) des Behälters (1) befestigt ist. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Bauteil zylindrisch oder quaderförmig ausgebildet ist und an seinem Rand einen Flansch (10) zur Anbringung an der Wandung (2) des Behälters (1) aufweist. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (11) Schraubenbolzen sind.






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