DE102010040267A1

DE102010040267A1 - Sputtereinrichtung mit rohrförmigem Target

Info

Publication number: DE102010040267A1
Application number: DE102010040267A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Heinrich; Armin Hübner
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2030-09-04
Also published as: WO2012028515A1; US20130299346A1; EP2612343A1; DE102010040267B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sputtereinrichtung mit rohrförmigem Target, umfassend eine Halteeinrichtung mit einer Tragwelle, die einen Wellenflansch aufweist, welcher durch eine Klemmeinrichtung lösbar und wasserdicht mit einem Targetrohr verbunden ist, wobei das dem Wellenflansch der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs flanschlos ist und an seiner Außenseite an einer vorbestimmten Position ein Distanzring lösbar angeordnet ist, der durch Formschluss in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs gehalten ist, wobei die Klemmeinrichtung gebildet ist aus dem Wellenflansch der Tragwelle, dem Distanzring sowie einem den Wellenflansch und den Distanzring übergreifenden, aus mindestens zwei Teilstücken bestehenden Spannring, und wobei mindestens ein Dichtelement zwischen der Außenseite oder/und der Stirnseite des Targetrohrs einerseits und einer gegenüberliegenden Dichtfläche des Wellenflansches andererseits angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sputtereinrichtung mit rohrförmigem Target gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie in Substratbehandlungsanlagen verwendet werden.
Innerhalb von Vakuumprozesskammern sind Rohrverbindungen üblich, um Baugruppen miteinander zu verbinden und mittels integrierter Dichtungen gleichzeitig abzudichten. Grundsätzlich sind zwei Medien sicher voneinander zu trennen, zum Beispiel Kühlwasser innerhalb des Rohres und das im Innenraum der Vakuumprozesskammer, d. h. außerhalb des Rohres, herrschende Vakuum.
Ein Beispiel für derartige Rohrverbindungen ist die Anbringung eines Rohrtargets an der Halteeinrichtung einer Sputtereinrichtung. Derartige Halteeinrichtungen können beispielsweise als sogenannte Endblöcke ausgebildet sein.
Das rohrförmige Target wird üblicherweise in der Vakuumkammer einer Vakuumbeschichtungsanlage freitragend an einem oder zwischen zwei Endblöcken befestigt, die so konstruiert sind, dass sie jeweils die drehbare Lagerung des rohrförmigen Targets ermöglichen. Meist sind hierbei den beiden Endblöcken unterschiedliche Funktionen zugewiesen. Einer der Endblöcke kann als Versorgungsendblock zur Versorgung des Magnetrons mit Kühlwasser und elektrischer Energie und der andere Endblock als Antriebsendblock für die Einleitung eines Drehmoments zur Erzeugung der Rotation des rohrförmigen Targets ausgeführt sein, jedoch sind auch kombinierte Versorgungs- und Antriebsendblöcke bekannt. Ein Beispiel für derartige Endblöcke sind aus den Patentanmeldungen EP 1 365 436 A2 und DE 10 2007 049 735 A1 bekannt.
Das im Inneren des Rohrtargets befindliche Kühlmedium darf keine prozessschädigende Leckage zum Vakuum erzeugen können. Prozessbedingt muss sichergestellt sein, dass über die Rohrverbindung hinweg das Targetrohr sicher mit Elektroenergie versorgt wird. Die Targetklemmung darf keine elektrisch isolierende Wirkung aufweisen. Um einen stabilen Vakuumprozess durchzuführen, sind die Targetrohre genau aufzunehmen und prozessschädliche Vibrationen und Asymmetrien am Rundlauf der Rohre durch eine radiale Zentrierung zu verhindern.
Das Targetrohr wird prozessbedingt verbraucht und muss bei Wartungsarbeiten erneuert oder gewechselt werden, dabei werden bei geöffneter Vakuumkammer die stirnseitigen Rohrverbindungen geöffnet und nach dem Tausch wieder geschlossen. Rohrverbindungen, die viele lose oder filigrane Bauteile erfordern, um diese Aufgabe zu erfüllen, sind bei einfach zu haltenden Montageabläufen kontraproduktiv. Konstruktiv einfache Lösungen für kostengünstige Verbindungen stehen hingegen im Zielkonflikt mit der aufwendigen Fertigung von eng tolerierten Rohren, die hierfür nötig sind.
Bisherige Lösungen gehen bei Rohrklemmungen von geschützten Dichtflächen am Rohr aus, welche an der Innenseite der Rohre angeordnet sind. Stand der Technik ist es beispielsweise, eine Fase im Rohr zu platzieren und die dazu gehörige Dichtung an einem Flansch, beispielsweise einer zu einer Halteeinrichtung gehörenden Tragwelle aufzunehmen. Zentriert wird das Rohr über einen Zentrierbund des Flansches, der sich auch auf den Innendurchmesser des Rohres abstützt.
Stand der Technik ist es weiterhin, Dichtungen unmittelbar in einen Flansch zu integrieren und diesen an das Rohr anzuschweißen. Außerdem ist es bekannt, dass die Rohrklemmung mit Überwurfflansch oder Klemmflansch beide Bauteile zusammenhält und darüber die Elektroenergie fließt. Eine solche Lösung ist beispielsweise in WO 2006/135528 A1 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rohrverbindung zu schaffen, die aus wenigen Bauteilen besteht sowie einfach zu handhaben, selbstzentrierend, kühlmitteldicht, vakuumdicht und unabhängig von einschränkenden Fertigungstoleranzen der Rohr-Halbzeuge herstellbar und fügbar ist. Die Rohrverbindung soll außerdem einen besseren elektrischen Kontakt zwischen dem Targetrohr und der Tragwelle gewährleisten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sputtereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung offenbart.
Es wird eine Sputtereinrichtung mit rohrförmigem Target vorgeschlagen, die eine Halteeinrichtung mit einer Tragwelle umfasst, die einen Wellenflansch aufweist, welcher durch eine Klemmeinrichtung lösbar und wasserdicht mit einem Targetrohr verbunden ist, wobei das dem Wellenflansch der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs flanschlos ist und an seiner Außenseite an einer vorbestimmten Position ein Distanzring lösbar angeordnet ist, der durch Formschluss in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs gehalten ist, wobei die Klemmeinrichtung gebildet ist aus dem Wellenflansch der Tragwelle, dem Distanzring sowie einem den Wellenflansch und den Distanzring übergreifenden, aus mindestens zwei Teilstücken bestehenden Spannring, und wobei mindestens ein Dichtring zwischen der Außenseite oder/und der Stirnseite des Targetrohrs einerseits und einer gegenüberliegenden Dichtfläche des Wellenflansches andererseits angeordnet ist.
Mit anderen Worten ist der Distanzring auf dem Ende des Targetrohrs lösbar so angeordnet, dass er an einer Verschiebung aus der vorbestimmten Position in axialer Richtung des Targetrohrs zumindest auf das Ende des Targetrohrs zu formschlüssig gehindert ist. Dies kann auf verschiedenen Wegen erreicht werden, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Durch die formschlüssig erzwungene Fixierung des Mindestabstands des Distanzrings zur Stirnseite des Targetrohrs – und damit zum Wellenflansch der Tragwelle – kann auf einen angeschweißten Flansch verzichtet werden. Wenige Einzelteile genügen, um eine hochgenaue und dichte Verbindung zwischen Targetrohr und Tragwelle herzustellen. Der Distanzring, der durch die Klemmeinrichtung fest an die Tragwelle gekoppelt wird, kann einfach aufgesteckt und ebenso einfach wieder entfernt werden. Gleichzeitig wird durch die vorgeschlagene Lösung eine verbesserte elektrische Kontaktierung zwischen dem Targetrohr und der Tragwelle erreicht.
Ein weiteres Merkmal der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die Dichtheit der Verbindung durch einen an der Außenseite oder der Stirnseite des Targetrohrs angeordneten Dichtring erreicht wird, der mit einer entsprechend ausgebildeten Dichtfläche des Wellenflansches der Tragwelle zusammenwirkt. Eine solche Dichtfläche am Wellenflansch kann beispielsweise eine ebene Fläche, aber auch eine Nut sein, beispielsweise eine Nut, in die das Targetrohr einsteckbar ist. Dabei kann der Dichtring zwischen der Stirnseite des Targetrohrs und dem Nutgrund im Wellenflansch oder zwischen einer an der Außenseite des Targetrohrs angebrachten Nut und der Nutflanke im Wellenflansch angeordnet sein.
Der Distanzring oder/und der Wellenflansch können an den voneinander weg weisenden Flächen eine konische Fläche aufweisen, die mit konischen Innenflächen des Klemmrings korrespondieren, so dass der Distanzring und der Wellenflansch durch den Klemmring aufeinander zu gezogen werden. Gleichzeitig dient der Klemmring, der wie der Wellenflansch und der Distanzring aus einem metallischen Werkstoff gefertigt ist, als Strombrücke, um eine leitende Verbindung herzustellen.
Wie oben bereits dargelegt, kann die formschlüssig erzwungene Fixierung des Mindestabstands des Distanzrings zur Stirnseite des Targetrohrs auf verschiedenen Wegen erreicht werden, von denen nachfolgend einige beschrieben werden. Diese Ausgestaltungen sind jedoch rein beispielhaft und sollen in keiner Weise einschränkend aufgefasst werden.
In einer ersten Ausgestaltung weist das dem Wellenflansch der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs an seiner Außenseite mindestens eine Ringnut auf, wobei der Distanzring aus mindestens zwei Teilstücken besteht und an seiner Innenseite in die Ringnut eingreift, und der Distanzring durch die Ringnut in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs gehalten ist. In dieser Ausgestaltung wird der Distanzring ohne weitere Hilfsmittel in der Nut und damit in der vorbestimmten Position fixiert. Allerdings muss der Distanzring hierbei geteilt sein, um ihn auf dem Targetrohr anbringen zu können.
In einer zweiten Ausgestaltung weist das dem Wellenflansch der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs an seiner Außenseite mindestens eine Ringnut und einen in der Ringnut angeordneten Dichtring auf, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Targetrohrs, so dass der Distanzring durch den Dichtring in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs gehalten ist. In dieser Ausgestaltung dient der Dichtring gleichzeitig zur Lagefixierung des Distanzrings, d. h. zur Sicherung des Mindestabstands zwischen Distanzring und Wellenflansch, wobei der Distanzring oder/und der Wellenflansch eine konische Dichtfläche aufweisen können, die an dem Dichtring anliegen.
In einer dritten Ausgestaltung weist das dem Wellenflansch der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs an seiner Außenseite mindestens eine Ringnut und einen in der Ringnut angeordneten Anschlagring auf, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Targetrohrs, so dass der Distanzring durch den Anschlagring in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs gehalten ist. In dieser Ausgestaltung dient der Anschlagring, der beispielsweise ein Sprengring sein kann, d. h. ein elastischer Metallring mit einer Unterbrechung, zur Lagefixierung des Distanzrings, d. h. zur Sicherung des Mindestabstands zwischen Distanzring und Wellenflansch, wobei der Dichtring an einer anderen Position, beispielsweise in einer eigenen Nut an der Außenseite des Targetrohrs, oder an der Stirnseite des Targetrohrs, angebracht sein kann.
Wie oben bereits angedeutet, kann weiter vorgesehen sein, dass mindestens eine von dem Dichtring berührte Fläche des Wellenflansches oder/und des Distanzrings oder/und des Targetrohrs konisch ist. Hierdurch kann eine Selbstzentrierung des Targetrohrs gegenüber dem Wellenflansch mit einfachen Mitteln erreicht werden, wobei gleichzeitig eine vergrößerte Dichtfläche zur Verfügung steht.
Schließlich wird vorgeschlagen, dass das Targetrohr an seiner Stirnseite einen schmalen Bereich mit verringertem Außendurchmesser aufweist, in den der Dichtring eingelegt ist. Dabei kann weiterhin auf dem Bereich mit verringertem Außendurchmesser ein Druckring angeordnet sein, der für eine gleichmäßige Druckverteilung auf den Dichtring sorgt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
2 eine Gesamtansicht der Rohrverbindung mit einer Kennzeichnung des in 1 dargestellten Bereichs,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel,
5 ein viertes Ausführungsbeispiel,
6 ein fünftes Ausführungsbeispiel,
7 ein sechstes Ausführungsbeispiel, und
8 ein siebentes Ausführungsbeispiel.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist eine Verbindung eines Targetrohrs 1 mit dem Wellenflansch 3 einer Tragwelle einer Halteeinrichtung dargestellt. Dabei zeigt 2 die gesamte Verbindungsstelle, während 1 eine Detaildarstellung enthält.
Das dem Wellenflansch 3 der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs 1 weist keinen Flansch auf. An seiner Außenseite ist an einer vorbestimmten Position ein Distanzring 4 lösbar angeordnet, der durch Formschluss in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs gehalten ist. Dazu weist das dem Wellenflansch 3 der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs 1 an seiner Außenseite eine Ringnut und einen in der Ringnut angeordneten Anschlagring 5, im Ausführungsbeispiel ein Sprengring aus Federstahl, auf, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Targetrohrs 1. Der Distanzring 4 ist durch den Anschlagring in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs gehalten ist.
Der Distanzring 4 und der Wellenflansch 3 werden durch einen den Wellenflansch 3 und den Distanzring 4 übergreifenden, aus zwei Teilstücken bestehenden Spannring 2 miteinander verbunden. Der Distanzring 4 und der Wellenflansch 3 haben an ihren jeweiligen Außenseiten konische Flächen. Der Spannring 2 weist an seiner Innenseite damit korrespondierende konische Flächen auf, so dass der Distanzring 4 und der Wellenflansch 3 durch den Spannring 2 aufeinander zu gezogen werden.
Zwischen der Außenseite des Targetrohrs 1, die im Ausführungsbeispiel konisch ausgebildet ist, und einer gegenüberliegenden Dichtfläche des Wellenflansches 3, die hier als Nut in einer konischen Fläche des Wellenflansches 3 ausgebildet ist, ist ein Dichtring 6 angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist demgegenüber in einer senkrecht zur Achse des Targetrohrs 1 ausgerichteten Fläche des Wellenflansches 3 eine Nut angeordnet, und das Ende des Targetrohrs 1 ist in dieser Nut angeordnet. Dieses Ende des Targetrohrs 1 weist an seiner Stirnseite einen schmalen Bereich mit verringertem Außendurchmesser auf, in den der Dichtring 6 eingelegt ist. Außerdem ist auf dem Bereich mit verringertem Außendurchmesser ein Druckring 7 angeordnet, der für eine gleichmäßige Druckverteilung auf den Dichtring 6 sorgt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist der Dichtring 6 vor der ebenen Stirnseite des Targetrohrs 1 angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist eine Nut in einer senkrecht zur Achse des Targetrohrs 1 ausgerichteten Fläche des Wellenflansches 3 angeordnet, in der das Ende des Targetrohrs 1 angeordnet ist. An der Innenseite und der Außenseite des Targetrohrs 1 sind in je einer Nut Dichtringe 6 angeordnet, die an den Nutflanken im Wellenflansch 3 dichtend anliegen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist demgegenüber nur an der Außenseite des Targetrohrs 1 in einer Nut ein Dichtring 6 angeordnet, der an der Nutflanke im Wellenflansch 3 dichtend anliegt.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 7 weist das dem Wellenflansch 3 der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs 1 an seiner Außenseite eine Ringnut und einen in der Ringnut angeordneten Dichtring 6 auf, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Targetrohrs. Dadurch ist der Distanzring 4 durch den Dichtring 6 in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs 1 gehalten.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 8 weist das dem Wellenflansch 3 der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs 1 an seiner Außenseite eine Ringnut auf. Der Distanzring 4 besteht aus zwei Teilstücken und greift an seiner Innenseite in die Ringnut ein. Die beiden Teilstücke des Distanzrings 4 sind durch einen Sprengring 8 zusammengehalten. Der Distanzring 4 ist durch die Ringnut in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs 1 gehalten.
Bezugszeichenliste

1: Targetrohr
2: Klemmring
3: Wellenflansch
4: Distanzring
5: Anschlagring
6: Dichtring
7: Druckring
8: Sprengring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1365436 A2 [0004]
DE 102007049735 A1 [0004]
WO 2006/135528 A1 [0008]

Claims

Sputtereinrichtung mit rohrförmigem Target, umfassend eine Halteeinrichtung mit einer Tragwelle, die einen Wellenflansch (3) aufweist, welcher durch eine Klemmeinrichtung lösbar und wasserdicht mit einem Targetrohr (1) verbunden ist, • wobei das dem Wellenflansch (3) der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs (1) flanschlos ist und an seiner Außenseite an einer vorbestimmten Position ein Distanzring (4) lösbar angeordnet ist, der durch Formschluss in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs (1) gehalten ist, • wobei die Klemmeinrichtung gebildet ist aus dem Wellenflansch (3) der Tragwelle, dem Distanzring (4) sowie einem den Wellenflansch (3) und den Distanzring (4) übergreifenden, aus mindestens zwei Teilstücken bestehenden Spannring (2), und • wobei mindestens ein Dichtring (6) zwischen der Außenseite oder/und der Stirnseite des Targetrohrs (1) einerseits und einer gegenüberliegenden Dichtfläche des Wellenflansches (3) andererseits angeordnet ist.
Sputtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Wellenflansch (3) der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs (1) an seiner Außenseite mindestens eine Ringnut aufweist, der Distanzring (4) aus mindestens zwei Teilstücken besteht und an seiner Innenseite in die Ringnut eingreift, und der Distanzring (4) durch die Ringnut in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs (1) gehalten ist.
Sputtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Wellenflansch (3) der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs (1) an seiner Außenseite mindestens eine Ringnut und einen in der Ringnut angeordneten Dichtring (6) aufweist, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Targetrohrs (1), und dass der Distanzring (4) durch den Dichtring (4) in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs (1) gehalten ist.
Sputtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Wellenflansch (3) der Tragwelle zugewandte Ende des Targetrohrs (1) an seiner Außenseite mindestens eine Ringnut und einen in der Ringnut angeordneten Anschlagring (5) aufweist, dessen Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Targetrohrs (1), und dass der Distanzring (4) durch den Anschlagring (5) in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs (1) gehalten ist.
Sputtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von dem Dichtring (6) berührte Fläche des Wellenflansches (3) oder/und des Distanzrings (4) oder/und des Targetrohrs (1) konisch ist.
Sputtereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Targetrohr (1) an seiner Stirnseite einen schmalen Bereich mit verringertem Außendurchmesser aufweist, in den der Dichtring (6) eingelegt ist.