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Die Erfindung betrifft eine Sputtereinrichtung mit rohrformigem Target gemaß Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie in Substratbehandlungsanlagen verwendet werden.
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Innerhalb von Vakuumprozesskammern sind Rohrverbindungen ublich, um Baugruppen miteinander zu verbinden und mittels integrierter Dichtungen gleichzeitig abzudichten. Grundsatzlich sind zwei Medien sicher voneinander zu trennen, zum Beispiel Kuhlwasser innerhalb des Rohres und das im Innenraum der Vakuumprozesskammer, d. h. außerhalb des Rohres, herrschende Vakuum.
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Ein Beispiel für derartige Rohrverbindungen ist die Anbringung eines Rohrtargets an der Halteeinrichtung einer Sputtereinrichtung. Derartige Halteeinrichtungen konnen beispielsweise als sogenannte Endblöcke ausgebildet sein.
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Das rohrförmige Target wird üblicherweise in der Vakuumkammer einer Vakuumbeschichtungsanlage freitragend an einem oder zwischen zwei Endblocken befestigt, die so konstruiert sind, dass sie jeweils die drehbare Lagerung des rohrförmigen Targets ermöglichen. Meist sind hierbei den beiden Endblocken unterschiedliche Funktionen zugewiesen. Einer der Endblöcke kann als Versorgungsendblock zur Versorgung des Magnetrons mit Kuhlwasser und elektrischer Energie und der andere Endblock als Antriebsendblock für die Einleitung eines Drehmoments zur Erzeugung der Rotation des rohrförmigen Targets ausgefuhrt sein, jedoch sind auch kombinierte Versorgungs- und Antriebsendblöcke bekannt. Beispiele für derartige Endblöcke sind aus den Patentanmeldungen
EP 1 365 436 A2 und
DE 10 2007 049 735 A1 bekannt.
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Das im Inneren des Rohrtargets befindliche Kuhlmedium darf keine prozessschadigende Leckage zum Vakuum erzeugen können. Prozessbedingt muss sichergestellt sein, dass uber 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 prozessschadliche Vibrationen und Asymmetrien am Rundlauf der Rohre durch eine radiale Zentrierung zu verhindern.
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Das Targetrohr wird prozessbedingt verbraucht und muss bei Wartungsarbeiten erneuert oder gewechselt werden, dabei werden bei geoffneter Vakuumkammer die stirnseitigen Rohrverbindungen geöffnet und nach dem Tausch wieder geschlossen. Rohrverbindungen, die viele lose oder filigrane Bauteile erfordern, um diese Aufgabe zu erfullen, sind bei einfach zu haltenden Montageablaufen kontraproduktiv. Konstruktiv einfache Lösungen fur kostengünstige Verbindungen stehen hingegen im Zielkonflikt mit der aufwendigen Fertigung von eng tolerierten Rohren, die hierfur notig sind.
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Bisherige Losungen gehen bei Rohrklemmungen von geschutzten 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 gehorige 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.
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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
US 2006/0278519 A1 beschrieben, betreffend eine Magnetronsputtereinrichtung mit drehbarem Rohrtarget, an dessen Endbereich eine Nut und in der Nut ein Haltering mit einem Innendurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des Targetrohrs ist und einem Außendurchmesser, der größer als der Außendurchmesser des Targetrohrs ist, einem Flanschring, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Targetrohrs aber kleiner als der Außendurchmesser des Halterings, einer Welle mit einem Außenumfang, und einem Klemmring, der den Außenumfang des Flanschrings und den Außenumfang der Welle umgreift.
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US 2007/0007129 A1 beschreibt ein Kopplungssystem zur lösbaren Anbringung eines Rohrtargets an einer Welle, umfassend eine Welle mit einem Flansch, ein Rohrtarget mit einer genuteten Außenfläche, einen Anschlussring, der zum Eingreifen in die genutete Außenfläche des Rohrtargets ausgebildet ist, einen Klemmring, der zur Verbindung mit dem Flansch und dem Anschlussring ausgebildet ist, um das Rohrtarget zu halten, und einen oder mehrere Dichtringe zwischen Welle und Rohrtarget.
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US 2010/0101948 A1 beschreibt ein drehbares Sputtertarget sowie zweiteilige Klemmringe zur Verbindung des Rohrtargets mit einem Wellenflansch.
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DE 10 2008 048 785 A1 beschreibt eine Magnetronanordnung, umfassend einen Endblock mit einer Targetbefestigungseinrichtung zur drehbaren Kopplung eines rohrförmigen Targets, einer Halteeinrichtung für ein im Inneren des rohrförmigen Targets angeordnetes Magnetsystem und einer Abschirmung, die das in der Targetbefestigungseinrichtung gelagerte Ende eines rohrförmigen Targets überdeckt, wobei der das Ende des rohrförmigen Targets überdeckende Bereich der Abschirmung so ausgebildet ist, dass der zwischen dem rohrförmigen Target und der Abschirmung verbleibende Ringspalt von außen gesehen mindestens einen radial auswärts führenden Abschnitt aufweist.
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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.
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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 ein dem Wellenflansch der Tragwelle zugewandtes Ende des Targetrohrs flanschlos ist und an seiner Außenseite 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 einer Stirnseite des Targetrohrs einerseits und einer gegenüberliegenden Dichtfläche des Wellenflansches andererseits angeordnet ist, wobei in einer senkrecht zur Achse des Targetrohrs ausgerichteten Fläche des Wellenflansches eine Nut angeordnet und das Ende des Targetrohrs in dieser Nut angeordnet ist.
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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.
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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.
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Der Distanzring oder/und der Wellenflansch konnen 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 Strombrucke, um eine leitende Verbindung herzustellen.
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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 einschrankend aufgefasst werden.
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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 Teilstucken 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.
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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 konnen, die an dem Dichtring anliegen.
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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 großer 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.
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Wie oben bereits angedeutet, kann weiter vorgesehen sein, dass mindestens eine von dem Dichtring beruhrte Flache des Wellenflansches oder/und des Distanzrings oder/und des Targetrohrs konisch ist. Hierdurch kann eine Selbstzentrierung des Targetrohrs gegenuber dem Wellenflansch mit einfachen Mitteln erreicht werden, wobei gleichzeitig eine vergrößerte Dichtfläche zur Verfugung steht.
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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 fur eine gleichmäßige Druckverteilung auf den Dichtring sorgt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erlautert. Dabei zeigen
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1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel,
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2 eine Gesamtansicht der Rohrverbindung mit einer Kennzeichnung des in 1 dargestellten Bereichs,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel,
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4 ein drittes Ausfuhrungsbeispiel,
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5 ein viertes Ausführungsbeispiel,
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6 ein fünftes Ausfuhrungsbeispiel,
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7 ein sechstes Ausführungsbeispiel, und
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8 ein siebentes Ausfuhrungsbeispiel.
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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, wahrend 1 eine Detaildarstellung enthält.
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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 losbar 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.
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Der Distanzring 4 und der Wellenflansch 3 werden durch einen den Wellenflansch 3 und den Distanzring 4 ubergreifenden, 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 Flachen auf, so dass der Distanzring 4 und der Wellenflansch 3 durch den Spannring 2 aufeinander zu gezogen werden.
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Zwischen der Außenseite des Targetrohrs 1, die im Ausfuhrungsbeispiel konisch ausgebildet ist, und einer gegenuberliegenden Dichtfläche des Wellenflansches 3, die hier als Nut in einer konischen Flache des Wellenflansches 3 ausgebildet ist, ist ein Dichtring 6 angeordnet.
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Beim Ausführungsbeispiel gemaß 3 ist eine Ausgestaltungsvariante der beanspruchten Nut dargestellt, die in einer senkrecht zur Achse des Targetrohrs 1 ausgerichteten Fläche des Wellenflansches 3 angeordnet ist und in der das Ende des Targetrohrs 1 angeordnet ist. 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 fur eine gleichmaßige Druckverteilung auf den Dichtring 6 sorgt.
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Beim Ausfuhrungsbeispiel gemäß 4 ist der Dichtring 6 vor der ebenen Stirnseite des Targetrohrs 1 angeordnet.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist eine weitere Ausgestaltungsvariante der beanspruchten Nut dargestellt, die in einer senkrecht zur Achse des Targetrohrs 1 ausgerichteten Fläche des Wellenflansches 3 angeordnet ist und 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.
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Beim Ausfuhrungsbeispiel 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.
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Beim Ausführungsbeispiel gemaß 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 großer ist als der Außendurchmesser des Targetrohrs. Dadurch ist der Distanzring 4 durch den Dichtring 6 in einem Mindestabstand zum Ende des Targetrohrs 1 gehalten.
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Beim Ausfuhrungsbeispiel 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Targetrohr
- 2
- Klemmring
- 3
- Wellenflansch
- 4
- Distanzring
- 5
- Anschlagring
- 6
- Dichtring
- 7
- Druckring
- 8
- Sprengring