DE102005025101B3

DE102005025101B3 - Vorrichtung zur Reinigung von Innenräumen in Vakuumkammern

Info

Publication number: DE102005025101B3
Application number: DE200510025101
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Löffler; Christian Dr.-Ing. Dipl.-Ing. May
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2025-05-28
Also published as: WO2006125426A8; WO2006125426A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Innenräumen in Vakuumkammern, wie sie insbesondere bei Anlagentechnik zur Oberflächenmodifizierung und Vakuumbeschichtungstechnologie auf unterschiedlichen Substraten eingesetzt werden. Dabei ist es Aufgabe der Erfindung, solche Innenräume effektiv zu reinigen und auch freie Partikel zu entfernen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei mindestens eine Elektrode, die auf einem Träger angeordnet ist, auf. Sie ist durch eine Vakuumkammer hindurch- oder einführbar. Die Elektrode(n) ist/sind an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen oder kann/können an eine solche angeschlossen werden. Dadurch können elektrisch geladene oder polare Verunreinigungen elektrostatisch an mindestens einer Elektrode fixiert und aus einer Vakuumkammer mit der Vorrichtung entfernt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Innenräumen in Vakuumkammern, wie sie insbesondere bei der Anlagentechnik zur Oberflächenmodifizierung und bevorzugt bei der Vakuumbeschichtungstechnologie auf unterschiedlichsten Substraten eingesetzt werden. Dabei kann sie sowohl bei Anlagentechnik, die für PVD-Verfahren, als CVD-Verfahren genutzt werden können, eingesetzt werden.
Beim Betrieb solcher Vakuumanlagen kommt es zur Kontamination der Innenräume der Vakuumkammern. Im Falle von Vakuummodifizierungsanlagen erfolgt ein Materialabtrag von einem zu modifizierenden Substrat, welcher dann teilweise in Form von Partikeln im Inneren der Vakuumkammer zurückbleibt. Im Falle von Vakuumbeschichtungsanlagen kommt es zu Verunreinigungen der Vakuumkammern durch nicht auf dem Substrat abgeschie denen Schichtmaterial, welches dann an den Innenwänden der Vakuumkammern deponiert wird und dort auf den Oberflächen zu Schichten aufwächst und Schichtstapel bilden kann.
Da solche unerwünschten Schichten einen aus unterschiedlichen Stoffen gebildeten Schichtaufbau aufweisen, ist die Haftung untereinander unterschiedlich und in der Regel schlecht. Durch Veränderungen von Prozessparametern, wie z.B. Temperatur erhöhen sich die mechanischen Spannungen im Schichtstapel durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Einzelschichten und es kommt zu Ablösungen und zum Abplatzen des Schichtmaterials von den Innenwänden der Vakuumkammern. Das von den Innenwänden abgelöste Schichtmaterial bleibt in Form von Partikeln in der Vakuumkammer zurück.
In Folge dieser bezeichneten Verunreinigungen kann sich die Partikeldichte erhöhen, was wiederum die Herstellungsqualität der jeweiligen Substrate negativ beeinträchtigt, da diese in die Schichten bzw. in die auf den Substraten erzeugten Strukturen eingelagert wird und somit die Qualität der Schichten bzw. Strukturen stark verschlechtert und gar zu Ausschuss führen kann, was die Produktivität solcher Anlegen erheblich vermindert.
Bisher ist es üblich, Kammern von Vakuumanlagen großflächig mit Auskleidungsblechen zu versehen. Solche Auskleidungsbleche können dann, in der Regel nach Demontage aus den jeweiligen Vakuumkammern mechanisch und/oder chemisch gereinigt werden, was einen erheblichen Aufwand erfordert. Hierzu ist Fluten und Öffnen der jeweiligen Vakuumkammer erforderlich, die in diesem Zeitraum nicht genutzt werden kann, so dass allein dadurch die Betriebskosten erhöht werden.
Die bereits genannte mechanische und/oder chemische Reinigung ist sehr aufwendig und erfordert Vorsichtsmaßnahmen, da auch toxisch wirksame Stoffe bei einer solchen Reinigung berücksichtigt werden müssen.
Außerdem können in dieser Form auch nicht sämtliche Partikel entfernt werden, so dass diese sich wieder nachteilig bei der jeweiligen Oberflächenmodifizierung bzw. Beschichtung der Substrate auswirken.

So ist aus DE 15 42 589 A ein Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Verunreinigungen von der Oberfläche eines Schichtträgers bekannt. Dabei wird ein Schichtträger in eine Vakuumkammer eingeführt, in der ein elektrostatisches Hochspannungsfeld erzeugt wird.

In JP 06-192 857 A ist eine Lösung zum Trockenätzen beschrieben, bei der Partikel elektrostatisch absorbiert werden sollen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten zu schaffen, mit denen Innenräume von Vakuumkammern effektiv gereinigt und auch freie Partikel aus Vakuumkammern entfernt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von Innenräumen in Vakuumkammern ist dabei so ausgebildet, dass an einem Träger mindestens eine elektrische Elektrode angeordnet ist. Ein solcher Träger kann dann in eine Vakuumkammer eingeführt oder durch Vakuumkammern hindurchgeführt werden. Letzteres sollte immer dann möglich sein, wenn eine Vakuummanlage aus mehreren hintereinander geschalteten Vakuumkammern gebildet ist, über die jeweils zu modifizierende Substrate sukzessive einer anderen Modifizierung oder auch lediglich Oberflächenbeschichtung unterzogen werden. In solchen Anlagen können die erfindungsgemä ße Vorrichtung wie auch die jeweiligen Substrate über entsprechende Schleusensysteme von einer Vakuumkammer in jeweils eine nachfolgende Vakuumkammer transportiert und aus einer am Ende einer solchen Kette angeordneten Vakuumkammer ausgeschleust werden.

Dabei ist an einer oder auch mehreren Elektrode(n) eine Gleichspannungsquelle angeschlossen oder sie kann an eine solche Gleichspannungsquelle angeschlossen werden.

Dadurch wird im Innenraum an zwei Elektroden ein elektrisches Feld ausgebildet, mit dem freie elektrisch geladene oder polare Verunreinigungen, insbesondere solche Partikel elektrostatisch an mindestens einer der Elektroden fixiert werden. Die so fixierten Verunreinigungen können dann gemeinsam mit der Vorrichtung aus der Vakuumkammer entfernt oder auch ausgeschleust werden.

Nach der Entfernung bzw. Ausschleusung können die vorab elektrostatisch fixierten Verunreinigungen dann im Gegensatz zur herkömmlichen Vorgehensweise leicht entfernt und die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine neue Reinigung in Vakuumkammern eingesetzt werden.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit lediglich einer einzigen Elektrode am Träger kann die zweite ein elektrisches Feld mitausbildende Elektrode auch von einem stationären Teil der Vakuumkammer gebildet und auch an Erdpotential angeschlossen sein.

Es besteht aber auch ohne weiteres die Möglichkeit, lediglich zwischen den jeweiligen elektrischen Elektroden eine Spannungspotentialdifferenz für die Ausbildung eines elektrischen Feldes auszunutzen, wie aber auch eine entgegengesetzt gerichtete Polung an den jeweiligen elektrischen Elektroden vorzusehen.

Insbesondere bei einzeln betriebenen Vakuumkammern kann über eine Vakuumdurchführung in das Innere der Vakuumkammer die Gleichspannungsversorgung realisiert werden, und die erfindungsgemäße Vorrichtung dann an diese Gleichspannungsversorgung angeschlossen werden, wobei die Manipulation für den Anschluss der Vorrichtung mittels eines Robotersystems erfolgen kann und die erforderliche elektrische Kontaktierung über entsprechende elektrische Kontaktelemente erfolgen kann.

In einer anderen Alternative kann aber auch am oder auch im Träger eine Gleichspannungsquelle in Form eines Elektroenergiespeichers vorgesehen sein. Als Elektroenergiespeicher können dann herkömmliche Akkumulatoren eingesetzt werden.

Auch in diesem Falle ist es aber besonders vorteilhaft einen Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Konverter zwischen die jeweilige Gleichspannungsquelle und die Elektrode(n) zu schalten, mit dem eine Anhebung der elektrischen Spannungen oder auch eine Erhöhung der Spannungspotentialdifferenz, auch in geregelter Form erreichbar ist.

In einer weiteren Alternative kann aber auch die Gleichspannungsversorgung mittels einer Stromschiene, die in eine Vakuumkammer hinein oder durch die Vakuumkammer hindurchgeführt ist erfolgen, wobei für den Abgriff mindestens ein Spannungsabnehmer an der Vorrichtung vorgesehen sein sollte.

Bevorzugt ist eine solche Stromschiene elektrisch isoliert ausgebildet.

Der Träger sollte bis auf die Elektrode(n) aus einem dielektrischen Werkstoff gebildet sein. Ein solcher Werkstoff kann auch für Räder oder Rollen eingesetzt werden, die eine leichte Bewegung für das Ein- oder auch Hindurchführen der Vorrichtung in oder durch Vakuumkammer(n) drehbar an der Vorrichtung befestigt sein können.

Insbesondere in letztgenannter Ausbildungsform besteht dann auch die Möglichkeit, dass eine Elektrode durch die jeweilige Stromschiene gebildet werden kann.

Auf einem zumindest teilweise aus einem dielektrischen Werkstoff, wie zum Beispiel einem Glas oder einer Keramik gebildeten Träger können dann eine oder mehrere elektrische Elektrode(n) als elektrisch leitende Schicht(en) auf/am Träger ausgebildet sein.

Solche elektrisch leitenden Schichten, die eine oder auch mehrere Elektrode(n) bilden können, können aus elektrisch leitendem Werkstoff auch mit einer Vakuumbeschichtungstechnologie hergestellt werden.

Elektrisch leitende Elektroden können bevorzugt an gegenüberliegenden Seiten eines Trägers, zumindest jedoch in einem Abstand, der Kurzschlüsse vermeidet, angeordnet sein.

Beim Einsatz für eine Reinigung innerhalb einer Vakuumkammer sollte eine Spannungspotentialdifferenz an Elektroden eingehalten werden, die unter Berücksichtigung des Innendruckes in der jeweiligen Vakuumkammer eine Plasmabildung/-zündung vermeiden kann. So kann beispielsweise bei einem Innendruck p ≤ 10^–4 Pa ein Betrieb mit Spannungen von ca. 50 Volt oder eine maximalen Spannungspotentialdifferenz von ca. 100 Volt erfolgen.

Außerdem können auch die jeweiligen Innenraumverhältnisse von Vakuumkammern, was deren innere Volumina und auch die Abstände zu bereits ausgebildeten Verunreinigungsschichten und/oder abgelagerten Partikeln berücksichtigt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sollte dabei so ausgebildet sein, dass eine Manipulation möglich wird, die gewährleistet, dass bei einer Reinigung eine stationäre Anordnung innerhalb einer Vakuumkammer zumindest in der Nähe von Beschichtungsquellen möglich ist.

Soll eine erfindungsgemäße Vorrichtung durch mehrere Vakuumkammern hindurchgeschleust werden, sollte dies so erfolgen können, dass sie an entsprechenden Beschichtungsquellen mit kurzem Abstand vorbeigeführt werden kann, da in diesem Bereichen das Wachstum der unerwünschten Schichtstapel maximiert ist.

Eine Reinigung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann jeweils zwischen dem normalen Betrieb einer entsprechenden Vakuummodifizierungsanlage und auch beim jeweils üblichen Basisdruck innerhalb einer solchen Anlage bzw. Vakuumkammer durchgeführt werden.

Die Reinigungswirkung kann beim Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung noch unterstützt werden, wenn innerhalb der Vakuumkammern bereits deponierte Schichten thermisch belastet werden, so dass Spannungen auftreten. Hierfür können die Vakuumkammern oder Teile davon aufgeheizt werden.

Wie bereits angedeutet können aber auch an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr als zwei elektrische Elektroden für die Ausbildung eines oder auch mehrerer elektrischer Felder vorhanden sein, um einen gezielten lokalen Einfluss auf jeweilige Feldstärken ausüben zu können, die zu einer verbesserten Reinigung von Innenräumen von Vakuumkammern führen können.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden, ohne dass dies eine Einschränkung der Erfindung auf das beschriebene Beispiel darstellen soll.
So zeigt:
1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In 1 ist in schematischer Form ein Träger 3 aus Glas gezeigt. Auf der Oberfläche des Trägers 3 sind in einem Abstand zueinander zwei Bereiche mit einer Oberflächenbeschichtung aus Aluminium ausgebildet worden, die die elektrischen Elektroden 1 und 2 am Träger 3 bilden.
In nicht dargestellter Form können auch Teile dieser Schichten elektrische Zuleitungen an eine Gleichspannungsversorgung, wie sie im allgemeinen Teil der Beschreibung erklärt worden ist bilden, aber auch in eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt so werden.
Ein so vorbereiteter Träger 3 mit den elektrisch leitenden Elektroden 1 und 2 kann dann die Reinigung von Innenräumen an Vakuumkammern mit einem Innendruck kleiner 10^–5 mbar bei Spannungen größer 50 V erfolgen und eine merkliche Reinigungswirkung erreicht werden.

Claims

Vorrichtung zur Reinigung von Innenräumen in Vakuumkammern, bei der ein Träger (3), an dem mindestens eine elektrische Elektrode (1.2) angeordnet ist, in eine Vakuumkammer einführbar oder durch diese hindurchführbar ist, an die Elektrode(n) (1, 2) eine Gleichspannungsquelle angeschlossen oder anschließbar ist, so dass zur Entfernung von elektrisch geladenen oder polaren Verunreinigungen aus dem Innenraum einer Vakuumkammer mittels eines ausgehend von mindestens zwei Elektroden (1, 2) ausgebildeten elektrischen Feldes elektrostatisch an mindestens einer der Elektroden (1, 2) fixier- und aus der Vakuumkammer entfernbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie an eine über eine Vakuumdurchführung in das Innere einer Vakuumkammer geführte Gleichspannungsversorgung anschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle am/im Träger (3) in Form eines Elektroenergiespeichers vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle an einem Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Konverter und die Elektrode(n) (1, 2) an den Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Konverter angeschlossen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsversorgung mittels einer Stromschiene, die in oder durch eine Vakuumkammer hindurch geführt ist und mittels mindestens eines Spannungsabnehmers erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) bis auf die Elektrode(n) (1, 2) aus einem dielektrischen Werkstoff gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode(n) (1, 2) als elektrisch leitende Schicht(en) auf/am Träger (3) ausgebildet ist/sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (1, 2) an sich gegenüberliegenden Seiten des Trägers (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung des Innendruckes in der jeweiligen Vakuumkammer eine, eine Plasmabildung vermeidende, Spannungspotentialdifferenz an Elektroden (1, 2) eingehalten ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode(n) (1, 2) bei der Reinigung zumindest in der Nähe von Beschichtungsquellen angeordnet oder an diesen vorbeiführbar ist/sind.