DE102004058260B3

DE102004058260B3 - Kollimator für Vakuumanlagen

Info

Publication number: DE102004058260B3
Application number: DE200410058260
Authority: DE
Inventors: Dethart Dämmig; Hans-Jürgen Heinrich; Stanley Rehn; Götz Teschner
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-04

Abstract

Die bekannten Kollimatoren bestehen aus einer Auswerteeinheit, die über ein Lichtleitsystem mit dem Kollimatorrohr verbunden ist, welches an die Plasmaquelle geführt ist. In dem Kollimatorrohr ist eine Schutzscheibe angeordnet, durch welche die Beobachtung des Plasmas erfolgt. DOLLAR A Die bekannten Einrichtungen haben alle den Nachteil, dass die Schutzscheibe von den Plasmateilchen bedampft und dadurch die Beobachtung schneller verschlechtert wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist in dem Kollimatorrohr ein Lanzenrohr mit einer Schutzscheibe auswechselbar angeordnet. Zwischen der Schutzscheibe und einer im Strahlengang angeordneten Linse zum Fokussieren des Strahlenganges ist ein Gaseinlass angeordnet, der dem Plasmastrom entgegenwirkt. DOLLAR A Das hauptsächliche Anwendungsgebiet des Kollimators sind Vakuumbeschichtungsanlagen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kollimator für Vakuumanlagen und dient der Beobachtung des Plasmas in einer Vakuumanlage, insbesondere in Beschichtungsanlagen.
Ein Kollimator hat bekannter weise den Zweck, das Plasma zu beobachten und daraus die Qualität des Plasmas zu steuern, denn dieses ist für die Qualität der Beschichtung von großer Bedeutung.

Der Aufbau und die Wirkungsweise eines Kollimators ist bekannt, beispielsweise aus der Patentschrift DD 271827 A3 . Der Teilchenstrom des Plasmas wird durch eine Öffnung beobachtet. Dazu wird das Kollimatorrohr bis an den Prozessort geführt und über ein Lichtleitsystem, welches vorzugsweise aus Glasfaser besteht, ist eine Verbindung zur Auswerteeinheit hergestellt. Das Kollimatorrohr ist innerhalb des Rezipienten befestigt. Eine im Kollimatorrohr vor dem Lichtleitsystem angeordnete Schutzscheibe hat den Zweck, den Teilchenstrom aus dem Plasma vom Lichtleitsystem fernzuhalten.

Hierbei wird aber die Schutzscheibe nach einer endlichen Zeit durch die aus dem Plasma austretenden Teilchen beschichtet, und damit wird die Auswertung negativ beeinflusst und letztendlich unmöglich. Erschwerend kommt hinzu, dass von dem im Kollimatorrohr entstehendem Lichtkegel nur ein Teil auf dem Lichtleitsystem auftrifft, und so die mögliche Auswertbarkeit des Plasmas verringert wird.

Dieser Mangel an der Einrichtung hat zur Folge, dass nach relativ kurzer Zeit die Schutzscheibe ausgewechselt werden muss und dazu ist das komplette Kollimatorrohr aus der Vakuumanlage auszubauen und zu demontieren. Der Zeitaufwand ist hierbei, abgesehen von der notwendigen Unterbrechung des Plasmaprozesses, d.h. Belüftung der Anlage unwirtschaftlich.

Es sind verschiedene Ausführungen von Kollimatoren bzw. Kollimatorrohren in der Praxis bekannt. Das Ziel war es stets das Auswechseln der Schutzscheibe zu vereinfachen und den Vakuumprozess nicht lange zu unterbrechen. Es wurde auch versucht, die störende Beschichtung der Glasfaseröffnung zu reduzieren, was jedoch zu keiner wesentlichen Verlängerung der Standzeit führte.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, das Kollimatorrohr so zu gestalten, dass die Beobachtungsdauer und Beobachtungsqualität um ein Mehrfaches der bekannten Einrichtungen zu erhöhen. Es soll erreicht werden, dass ein möglichst langer Schutz vor dem Bedampfen der Schutzscheibe möglich ist und mit geringem Aufwand die Schutzscheibe auszuwechseln ist, ohne dass das eigentliche Kollimatorrohr aus der Anlage entfernt werden muss. Der Wartungsaufwand soll gering sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in das Kollimatorrohr ein Schutzgas eingebracht wird, welches nur zum Plasma hin austreten kann. Das Schutzgas wirkt dem Plasmateilchenstrom entgegen, so dass dieser nicht oder nur in sehr geringem Umfang auf die Schutzscheibe gelangen kann und damit die Beschichtung der Schutzscheibe nur unwesentlich ist. Weiterhin ist zwischen der Schutzscheibe und dem Lichtleitsystem eine Linse in dem Strahlengang angeordnet, die das Licht des Plasmas fokussiert, wodurch der Lichtkegel des Plasmas gezielt nur auf das Lichtleitsystem auftrifft.

An dem Ende des Kollimatorrohres außerhalb des Rezipienten ist bekannterweise über das Lichtleitsystem die an sich bekannte Auswerteeinheit angeschlossen. Das andere Ende des Kollimatorrohres, das in den Rezipienten reicht, ist auf das Plasma gerichtet.

In dem Kollimatorrohr ist zum Abfangen der aus der Plasmaquelle austretenden Plasmateilchen eine Schutzscheibe vor dem Lichtleitsystem angeordnet. Auf der dem Plasma zugewandten Seite des Kollimatorrohres ist im Kollimatorrohr ein Lanzenrohr, welches leicht auswechselbar ist angeordnet. In diesem Lanzenrohr ist auf der dem Lichtleitsystem zugewandten Seite die Schutzscheibe auswechselbar angeordnet. Zwischen dem Ende des Lanzenrohres mit der Schutzscheibe und der das vom Plasma austretendenden Licht fokussierenden Linse ist ein Gaseinlass angeordnet, dessen Gasstrom dem Plasmateilchenstrom entgegen wirkt. Dadurch werden die Plasmateilchen von der Schutzscheibe weitgehend ferngehalten.

Es ist zweckmäßig, den Innendurchmesser des Lanzenrohres wesentlich geringer als den Innendurchmesser des Kollimatorrohres zu wählen, um die Gasströmung zu erhöhen. Dadurch werden wesentlich mehr Plasmateilchen zurückgehalten.

Ist es aus bekannten Gründen erforderlich, den Strahlengang aus der Geraden ein- oder mehrfach abzulenken, wird das Kollimatorrohr geknickt, und der Spiegel im Knick entsprechend angeordnet oder als Prisma ausgeführt, damit der Lichtkegel auf das Lichtleitsystem auftrifft. Dabei ist der Gaseinlass zwischen dem Lanzenrohr und dem Spiegel anzuordnen.

Zur Verbesserung der Wartung ist es vorteilhaft, das Lanzenrohr derart auszuführen, dass es aus dem Kollimatorrohr als eine Baugruppe mit dem Schutzglas herausschraubbar ist, wobei eine weiter vorteilhafte Ausgestaltung darin besteht, die Schutzscheibe mit einer vorzugsweise aufsteckbaren Kappe auf dem Lanzenrohr zu halten.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Entgegenwirken des Gasstromes dem Plasmateilchenstrom fast keine Plasmateilchen auf die Schutzscheibe gelangen. Dadurch wird die Standzeit des Kollimators wesentlich erhöht. Durch diese Ausführung des Lanzenrohres besteht eine Baugruppe, die leicht aus dem Kollimatorrohr entfernt und wieder eingesetzt werden kann.

Das bedeutet, dass bei geringfügig höherem Aufwand der Fertigung des Lanzenrohres erhebliche Vorteile bei der Wartung bestehen.

An zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung beschrieben:
In der zugehörigen Zeichnung zeigen

1: ein Kollimatorrohr für geradlinigen Strahlengang,

2: ein Kollimatorrohr für abgewinkelten Strahlengang.

In 1 ist in der Wand 1 innerhalb des Rezipienten in bekannter weise ein Kollimatorrohr 2 derart eingesetzt, dass seine Öffnung 3 zum Plasma des Vakuumprozesses gerichtet ist.
In dem Kollimatorrohr 2 ist ein Lanzenrohr 4 eingeschraubt. Dieses Lanzenrohr 4 ist in seinem Innendurchmesser wesentlich geringer als der Innendurchmesser des Kollimatorrohres 2. Gegenüber der Austrittsöffnung 5 des Lanzenrohres 4 ist eine Schutzscheibe 6 angeordnet, die mit einer aufsteckbaren Kappe 7 gehalten wird.
Am anderen Ende des Kollimatorrohres 2 ist ein an sich bekanntes Lichtleitsystem 8, ein Lichtleiterkabel, angeschlossen, welches an die Auswerteeinheit (nicht dargestellt) geführt istund davor befindet sich eine Linse 9, welche die zur Auswertung erforderliche aus dem Plasma austretenden Wellenlängen derart fokussiert, dass der Brennpunkt am Anfang des Lichtleitsystems 8 liegt und der Strahlengang nicht größer als der Durchmesser der Schutzscheibe 6 ist.
In dem Bereich des Kollimatorrohres 2 zwischen der Linse 9 und der Schutzscheibe 6 ist ein Gaseinlass 10 für ein Schutzgas angeordnet. Damit das eingelassene Gas den Plasmateilchen entgegen wirken kann, sind am Umfang des Lanzenrohres 4 Öffnungen 11 vorgesehen.
In 2 werden die gleichen Elemente wie in 1 verwendet. Es ist das Kollimatorrohr 2 abgewinkelt. In diesem Bereich des Knickes ist als Spiegel ein Prisma 12 angeordnet. Wesentlich ist, dass der Gaseinlass 10 zwischen dem Prisma 12 und der Schutzscheibe 6 angeordnet ist.

Claims

Kollimator für Vakuumanlagen, bestehend aus einer Auswerteeinheit, die über ein Lichtleitsystem (8) mit einem Kollimatorrohr (2) verbunden ist, dessen Öffnung (3) zu den prozessbedingt entstehenden Plasma gerichtet ist, einer in dem Kollimatorrohr (2) angeordneten Schutzscheibe (6) und einer Linse (9), die in Richtung des Plasmateilchenstromes vor dem Lichtleitsystem (8) angeordnet ist und bewirkt, dass der Fokus des Strahlenganges zur Beobachtung des Plasmas vom Lichtleitsystem (8) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Plasma zugewandten Seite des Kollimatorrohres (2) ein Lanzenrohr (4) die Öffnung (3) des Kollimatorrohres (2) verschließend auswechselbar angeordnet ist, dass das Lanzenrohr (4) auf der Gegenseite des Plasmas mit einer auswechselbaren Schutzscheibe (6) verschlossen ist, dass am Umfang des Lanzenrohres (2) Bohrungen (11) eingebracht sind, und dass zwischen dem Lanzenrohr (4) und der Linse (9) in dem Kollimatorrohr (2) ein Gaseinlass (10) angeordnet ist.
Kollimator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollimatorrohr (2) ein – oder mehrfach abgewinkelt ist, und in jedem Knickpunkt ein Prisma (13) oder Spiegel zur Ablenkung des Strahlenganges angeordnet ist.
Kollimator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzenrohr (4) in seinem Innendurchmesser wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Kollimatorrohres (2) ist.
Kollimator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lanzenrohr (4) in das Kollimatorrohr (2) eingeschraubt ist.
Kollimator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzscheibe (6) mit einer auf das Kollimatorrohr (2) vorzugsweise aufsteckbaren Kappe (7) gehalten ist.