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Die Erfindung betrifft eine Endblock-Anordnung.
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Im Allgemeinen können Substrate oder Träger, wie beispielsweise Glassubstrate, Metallsubstrate, Halbleitersubstrate (z.B. Wafer), Metallbänder und/oder Folien (z.B. Kunststofffolien) in einer Prozessanlage (Behandlungsanlage) prozessiert (behandelt) werden. Je nach Art der Behandlung und/oder einer Abfolge von mehreren aufeinanderfolgenden Prozessen, z.B. zur Reinigung von Substraten, zum Vorbehandeln der Oberflächen von Substraten, zum Erwärmen von Substraten und/oder zum Beschichten von Substraten kann eine Prozessanlage ein oder mehrere Prozesskammern aufweisen. Dabei kann es für bestimmte Prozesse erforderlich sein, dass ein Prozessieren (z.B. Reinigen und/oder Beschichten) im Vakuum erfolgt. Beispielsweise kann mindestens ein Substrat mittels eines Sputterprozesses (mittels Kathodenzerstäubung) in einer Sputter-Prozesskammer (bzw. Vakuumkammer) im Vakuum beschichtet werden, oder in einer Prozesskammer(bzw. Vakuumkammer) mittels Glimmens gereinigt und/oder vorbehandelt werden, z.B. in einer sauerstoffhaltigen Umgebung. Dabei kann in einer Prozesskammer eine Elektrode verwendet werden, z.B. eine Rohrkathode bei einem Sputterprozess, wobei die Elektrode beispielsweise gekühlt werden muss. Somit kann eine Elektrode oder können mehrere Elektroden in einer Vakuumkammer (Prozesskammer) angeordnet sein und mittels eines sogenannten Endblocks bzw. mittels mehrerer Endblöcke in der Vakuumkammer gehalten werden. Ferner kann der Endblock bzw. können die mehreren Endblöcke dazu genutzt werden, die jeweilige gehaltene Elektrode mit Kühlmittel zu versorgen, mechanisch anzutreiben (z.B. zu rotieren) und/oder mit einer elektrischen Spannung (bzw. mit Leistung) zu versorgen.
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Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, einen Endblock zum Halten bzw. Lagern und/oder Versorgen mindestens einer Elektrode in einer Vakuumkammer bereitzustellen, wobei der Endblock derart eingerichtet ist, dass die Vakuumkammer für eine vorgegebene Länge der Elektrode ein minimales oder optimales Innenraumvolumen aufweist. Beispielsweise kann in einer Vakuumkammer mindestens ein Substrat entlang einer Substrattransportrichtung durch die Vakuumkammer hindurch transportiert werden, wobei die Vakuumkammer ferner mindestens eine Elektrode zum Prozessieren des durch die Vakuumkammer hindurch transportierten mindestens einen Substrats aufweist, wobei die mindestens eine Elektrode jeweils an deren Endabschnitten mittels eines Endblocks gelagert sein kann. Dabei kann eine rohrförmige Elektrode beispielsweise quer zur Substrattransportrichtung eine Länge (eine räumliche Ausdehnung entlang der Rohrachse bzw. der Längsachse der rohrförmigen Elektrode) in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 4 m aufweisen und die Endblöcke können derart eingerichtet sein, dass zum einen die Elektrode axial drehbar (drehbar um die Rohrachse bzw. um die Längsachse der rohrförmigen Elektrode) gelagert werden kann und dass die drehbar gelagerte Elektrode mit Kühlmittel versorgt werden kann, und dass zum anderen die räumliche Ausdehnung der Vakuumkammer, in welcher die mindestens eine Elektrode gelagert wird, quer zur Substrattransportrichtung möglichst klein bereitgestellt sein kann oder werden kann.
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Ferner kann ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, dass ein Endblock zum drehbaren Lagern (um eine Rotationsachse) einer Elektrode bereitgestellt werden kann, wobei der Endblock möglichst eine geringe räumliche Ausdehnung (eine möglichst kleine Abmessung) in Richtung der Rotationsachse einer mittels des Endblocks gelagerten Elektrode aufweisen kann. Dabei kann für das drehbare Lagern der Elektrode ein Abstand zwischen zwei Lagern (z.B. zwischen zwei Radiallagern) oder eine räumliche Ausdehnung des Lagers (z.B. des Axiallagers) vorgegeben sein, so dass beispielsweise eine Kühlmittelführung innerhalb des Endblocks derart bereitgestellt sein kann, dass der Endblock möglichst eine geringe räumliche Ausdehnung in Richtung der Rotationsachse einer mittels des Endblocks gelagerten Elektrode aufweisen kann.
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Anschaulich kann aufgrund einer verringerten Abmessung eines Endblocks die Breite des Innenraums einer Vakuumkammer (quer zur Substrattransportrichtung) verringert sein, so dass weniger Volumen der Vakuumkammer evakuiert werden muss und sich somit die Vakuumbedingungen innerhalb der Vakuumkammer verbessern, z.B. kann die Vakuumkammer schneller evakuiert werden, der Anteil an Restgas und/oder gasförmigen Verunreinigungen innerhalb der evakuierten Vakuumkammer (z.B. Sauerstoff und/oder Wasserdampf) kann verringert werden. Ferner kann die Vakuumkammer materialeffizient kleiner konstruiert werden als unter Verwendung herkömmlicher Endblöcke.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Endblock-Anordnung Folgendes aufweisen: mindestens einen Endblock zum Halten einer rohrförmigen Elektrode in einer Vakuumkammer, wobei der Endblock derart eingerichtet ist, dass eine an den Endblock gekuppelte rohrförmige Elektrode um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist; wobei der Endblock eine Kühlmittelführung zum Versorgen einer an den Endblock gekuppelten rohrförmigen Elektrode mit einem Kühlmittel aufweist; wobei die Kühlmittelführung mindestens einen sich quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse erstreckenden Kühlmittelzuleitungsabschnitt zum radialen Zuführen von Kühlmittel zu einer an den Endblock gekuppelten rohrförmigen Elektrode aufweist, und wobei der Kühlmittelzuleitungsabschnitt einen sich quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse längserstreckenden Leitungsquerschnitt aufweist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Endblock-Anordnung ferner Folgendes aufweisen: mindestens einen sich quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse erstreckenden Kühlmittelableitungsabschnitt zum radialen Ableiten von Kühlmittel von einer an den Endblock gekuppelten rohrförmigen Elektrode weg, wobei der Kühlmittelableitungsabschnitt einen Leitungsquerschnitt mit einer größeren Ausdehnung quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse als parallel zur Rotationsachse aufweist.
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Ferner kann der Kühlmittelzuleitungsabschnitt derart eingerichtet sein, dass eine erste Ausdehnung des Kühlmittelzuleitungsabschnitts quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse doppelt so groß ist wie eine zweite Ausdehnung des Kühlmittelzuleitungsabschnitts parallel zur Rotationsachse. Ferner kann der Kühlmittelableitungsabschnitt derart eingerichtet sein, dass eine erste Ausdehnung des Kühlmittelableitungsabschnitts quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse doppelt so groß ist wie eine zweite Ausdehnung des Kühlmittelableitungsabschnitts parallel zur Rotationsachse.
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Ferner können der Kühlmittelzuleitungsabschnitt und der Kühlmittelableitungsabschnitt als Hohlraumstrukturen in einem gemeinsamen Zu-und-Ableitungs-Element ausgebildet sein.
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Ferner können der Kühlmittelzuleitungsabschnitt und der Kühlmittelableitungsabschnitt in einer Ebene quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse gekrümmt verlaufen.
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Ferner kann die Kühlmittelführung ein rohrförmiges Leitungs-Element aufweisen, wobei das rohrförmige Leitungs-Element koaxial zur Rotationsachse angeordnet ist, und derart eingerichtet ist, dass Kühlmittel im Inneren des rohrförmigen Leitungs-Elements zu einer an dem Endblock befestigten rohrförmigen Elektrode hingeführt werden kann.
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Ferner können die Kühlmittelführung und das rohrförmige Leitungs-Element derart eingerichtet sein, dass Kühlmittel außen entlang am rohrförmigen Leitungs-Element von einer an dem Endblock befestigten rohrförmigen Elektrode weggeführt werden kann.
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Ferner kann die Kühlmittelführung einen ersten Umlenkabschnitt aufweisen, mittels welchem radial geführtes Kühlmittel aus dem Kühlmittelzuleitungsabschnitt in eine Richtung entlang (z.B. parallel) zur Rotationsachse umgelenkt wird. Ferner kann die Kühlmittelführung einen zweiten Umlenkabschnitt aufweist, mittels welchem entlang (z.B. parallel) der Rotationsachse geführtes Kühlmittel in eine Richtung quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse umgelenkt wird.
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Ferner kann das Zu-und-Ableitungs-Element und das rohrförmige Leitungs-Element mittels eines Verbindungs-Elements derart verbunden sein, dass Kühlmittel jeweils aus dem Kühlmittelzuleitungsabschnitt des Zu-und-Ableitungs-Elements in das rohrförmige Leitungs-Element hinein geleitet werden kann und dass Kühlmittel von außerhalb des rohrförmigen Leitungs-Elements in den Kühlmittelableitungsabschnitt des Zu-und-Ableitungs-Elements geleitet werden kann.
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Ferner kann das Verbindungs-Element einen rohrförmigen Abschnitt aufweisen, welcher im Wesentlichen koaxial zur Rotationsachse angeordnet ist und das rohrförmige Leitungs-Element zumindest teilweise umgibt, so dass Kühlmittel zwischen dem rohrförmigen Leitungs-Element und dem rohrförmigen Abschnitt des Verbindungs-Elements in den Kühlmittelableitungsabschnitt des Zu-und-Ableitungs-Elements geleitet werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Endblock-Anordnung ferner Folgendes aufweisen: eine mittels mindestens eines Radiallagers in dem Endblock drehbar gelagerte Hohlwelle zum Ankuppeln einer rohrförmigen Elektrode, wobei sich der Kühlmittelzuleitungsabschnitt und der Kühlmittelableitungsabschnitt in eine Richtung quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse in einem Radial-Zuführbereich weiter erstrecken als das mindestens eine Radiallager.
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Ferner kann der Leitungsquerschnitt des Kühlmittelzuleitungsabschnitts im gesamten Radial-Zuführbereich eine größere Ausdehnung quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse als parallel zur Rotationsachse aufweisen. Ferner kann der Leitungsquerschnitt des Kühlmittelableitungsabschnitts im gesamten Radial-Zuführbereich eine größere Ausdehnung quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse als parallel zur Rotationsachse aufweisen.
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Ferner kann der Kühlmittelzuleitungsabschnitt der Kühlmittelführung segmentiert sein, so dass Kühlmittel separat durch jeweils mehrere Segmente des Kühlmittelzuleitungsabschnitts hindurch geführt werden kann. Ferner kann der Kühlmittelableitungsabschnitt der Kühlmittelführung segmentiert sein, so dass Kühlmittel separat durch jeweils mehrere Segmente des Kühlmittelableitungsabschnitts hindurch geführt werden kann.
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Ferner können jeweils die Segmente des segmentierten Kühlmittelzuleitungsabschnitts einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ferner können jeweils die Segmente des segmentierten Kühlmittelableitungsabschnitts einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
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Ferner können der erste Umlenkabschnitt der Kühlmittelführung und der zweite Umlenkabschnitt der Kühlmittelführung als Hohlraumstrukturen in dem Verbindungs-Element und/oder in dem rohrförmigen Leitungs-Element bereitgestellt sein.
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Ferner können das Verbindungs-Element und das rohrförmige Leitungs-Element einstückig bereitgestellt sein.
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Ferner können das Verbindungs-Element, das rohrförmige Leitungs-Element, und das Zu-und-Ableitungs-Element derart lösbar miteinander verbunden sein, dass diese zum Montieren entlang einer Axialrichtung (z.B. parallel zur Rotationsachse 101a) zusammengeführt werden können und zum Demontieren entlang einer Axialrichtung (z.B. parallel zur Rotationsachse 101a) voneinander separiert werden können, wobei das Verbindungs-Element, das rohrförmige Leitungs-Element, und das Zu-und-Ableitungs-Element im montierten Zustand die Kühlmittelführung bilden.
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Ferner kann das rohrförmige Leitungs-Element mittels des Zu-und-Ableitungs-Elements und/oder mittels des Verbindungs-Elements einseitig abgestützt sein oder werden.
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Ferner können das Zu-und-Ableitungs-Element und das rohrförmige Leitungs-Element kraftschlüssig (mittels einer Kraft) miteinander verbunden sein oder werden, so dass das rohrförmige Leitungs-Element eine Kraft mit einer Richtungskomponente quer zur Rotationsachse aufnehmen kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Endblock-Anordnung Folgendes aufweisen: mindestens einen Endblock zum Halten einer rohrförmigen Elektrode in einer Vakuumkammer, wobei der Endblock derart eingerichtet ist, dass eine an den Endblock gekuppelte rohrförmige Elektrode um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist; wobei der Endblock eine Kühlmittelführung zum Versorgen einer an den Endblock gekuppelten rohrförmigen Elektrode mit einem Kühlmittel aufweist; wobei die Kühlmittelführung mindestens einen sich quer zur Rotationsachse erstreckenden Kühlmittelzuleitungsabschnitt zum radialen Zuführen von Kühlmittel zu einer an den Endblock gekuppelten rohrförmigen Elektrode aufweist, wobei der Kühlmittelzuleitungsabschnitt mindestens einen Leitungsquerschnitt mit einer größeren Ausdehnung quer zur Rotationsachse als parallel zur Rotationsachse aufweist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Endblock-Anordnung Folgendes aufweisen: mindestens einen Endblock zum drehbaren Lagern einer rohrförmigen Elektrode in einer Vakuumkammer, wobei der Endblock eine um eine Rotationsachse drehbar gelagerte Hohlwelle aufweist, an welcher die rohrförmige Elektrode befestigt werden kann; wobei der Endblock eine Kühlmittelführung zum Versorgen einer an der Hohlwelle befestigten rohrförmigen Elektrode mit einem Kühlmittel aufweist; wobei die Kühlmittelführung mindestens einen sich quer zur Rotationsachse erstreckenden Kühlmittelzuleitungsabschnitt aufweist, so dass Kühlmittel innerhalb des Kühlmittelzuleitungsabschnitts einer an der Hohlwelle befestigten rohrförmigen Elektrode radial zugeführt werden kann, wobei der Kühlmittelzuleitungsabschnitt einen Leitungsquerschnitt mit einer ersten Ausdehnung und mit einer zweiten Ausdehnung aufweist; wobei sich die erste Ausdehnung in eine erste zur Rotationsachse parallele Richtung erstreckt und wobei sich die zweiten Ausdehnung in einem Winkel zur Rotationsachse erstreckt, wobei die erste Ausdehnung kleiner ist als die zweite Ausdehnung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1A bis 1M jeweils schematische Ansichten einer Endblock-Anordnung oder Teile einer Endblock-Anordnung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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2A bis 2D jeweils schematische Ansichten einer Endblock-Anordnung oder Teile einer Endblock-Anordnung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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3A bis 3F jeweils schematische perspektivische Ansichten einer Kühlmittelführung oder Teile einer Endblock-Anordnung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
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4A bis 4F jeweils schematische Querschnittsansichten einer Kühlmittelführung oder Teile einer Endblock-Anordnung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine verbesserte Kühlmittelführung innerhalb eines Drehdurchführung-Medien-Endblocks bereitgestellt, wobei der Endblock zum Lagern von mindestens eines Rohrtargets (einer Rohrkathode oder eines rohrförmigen Sputtertargets) in einer Vakuumkammer (oder Vakuumeinrichtung) dient, insbesondere im Bereich der Kühlmittelzuleitung eines Rohrtargets.
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Wie nachfolgend veranschaulicht, kann ein Rohrmagnetron z.B. zwei Endblöcke zum Halten eines Targetrohrs aufweisen, wobei zwischen den Endblöcken ein Targetrohr axial angebracht (gelagert) sein kann, wobei das Targetrohr eine innen liegendes, gegen Verdrehen gesichertes Magnetsystem (eine Magnetanordnung) aufweisen kann. Mit anderen Worten kann eine Magnetronsputter-Anordnung mindestens eine drehbar gelagerte rohrförmige Kathode aufweisen, wobei die Magnetronsputter-Anordnung zum Durchführen eines Sputterprozesses (eines Kathodenzerstäubungsprozesses) eingerichtet ist.
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Dabei kann das Rohrtarget am Rohrmagnetron gekühlt sein oder werden, um während eines Sputterprozesses entstehende Prozesswärme abzuführen oder abzuleiten. Die Kühlmittelzufuhr kann beispielsweise als Einwegsystem oder als Zweiwegesystem bereitgestellt sein oder werden. Beispielsweise kann das Kühlmittel durch das Rohrtarget hindurch geleitet werden, wobei das Kühlmittel an einem axialen Endabschnitt des Rohrtargets in das Rohrtarget hinein und an dem gegenüberliegenden axialen Endabschnitt des Rohrtargets aus dem Rohrtarget heraus strömt. Ferner kann das Kühlmittel beispielsweise mittels eines innerhalb des Rohrtargets angeordneten Rohrs zum Führen des Kühlmittels (z.B. mittels eines sogenannten Lanzenrohrs) an einem axialen Endabschnitt des Rohrtargets in das Rohrtarget hinein geleitet werden, innerhalb des Rohrtargets umgelenkt werden (z.B. nahe dem gegenüberliegenden axialen Endabschnitt des Rohrtargets) und wieder durch den gleichen axialen Endabschnitt hindurch aus dem Rohrtarget herausströmen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine verbesserte Kühlung, z.B. ein ausreichend großer Kühlmittelfluss, hohe Sputterraten ermöglichen, da beispielsweise eine in das Rohrtarget eingebrachte elektrische Leistung erhöht werden kann, so dass letztlich die Produktivität der Sputterbeschichtungsvorrichtung vergrößert werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Rohrtarget (z.B. horizontal) in einer Vakuumkammer mittels zweier Endblöcke gelagert sein oder werden, so dass das Rohrtarget um eine Rotationsachse rotierten kann oder rotiert werden kann, wobei die Endblöcke an einer Kammerwand (z.B. der Kammerdecke) der Vakuumkammer (oder an einem Magnetrondeckel welcher an der Kammerdecke der Vakuumkammer angeordnet sein kann) angebracht (befestigt) sein können oder werden können, wobei der Bauraum innerhalb der Vakuumkammer in axialer Richtung (parallel zur Rotationsachse) begrenzt sein kann, um beispielsweise die Investitionskosten der Anlage gering zu halten.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können in einem Endblock (oder in jedem der Endblöcke) zwei (oder mehr als zwei) Rotationslager (bzw. Axial- oder Radiallager) bereitgestellt sein oder werden, wobei der Abstand der beiden Rotationslager voneinander (entlang der Axialrichtung bzw. entlang der Rotationsachse) aufgrund der erforderlichen Lagerauslegung einen Mindestabstand nicht unterschreiten sollten.
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Anschaulich können die Lager (Axial- oder Radiallager) des Endblocks eine Axialrichtung bzw. eine Rotationsachse definieren, um welche ein an dem Endblock befestigtes Rohrtarget (eine rohrförmige Elektrode) rotiert werden kann. Ferner kann der Rotationsachse eine Radialebene bzw. eine Radialebenen-Schar zugeordnet sein, wobei die Radialebenen quer zu der Rotationsachse liegen (die Rotationsachse steht senkrecht zu den Radialebenen). Ferner kann die Rotationsachse Radial-Richtungen (radiale Richtungen) definieren, welche senkrecht zur Rotationsachse verlaufen und die Rotationsachse schneiden, also anschaulich senkrecht von der Rotationsachse weg oder zur Rotationsachse hin gerichtet sind.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein radiales Zuführen von Kühlmittel derart erfolgen, dass die Flussrichtungen des Kühlmittels entlang eines Flusspfads (einer Trajektorie) jeweils zumindest eine Richtungskomponente aufweisen, wobei die Richtungskomponente zur Rotationsachse hin gerichtet ist. Mit anderen Worten kann sich anschaulich das Kühlmittel beim Fließen (während des radialen Zuführens) der Rotationsachse annähern, z.B. entlang einer linearen Trajektorie direkt in Richtung der Rotationsachse oder entlang einer gekrümmten Trajektorie, z.B. entlang einer spiralförmigen Trajektorie (Bahn oder Pfad).
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Bei der Gestaltung einer Zweiwege-Kühlmittelführung kann die axiale Ausdehnung der Drehdurchführung (bzw. des Endblocks) von der Anordnung von Vor- und Rücklauf (bzw. Zuleitung- und Ablauf oder Zu-und-Ableitung) für das Kühlmittel abhängen. Ferner kann ein rohrförmiges Leitungs-Element (eine innere Medien-Zuführung) für das Kühlmittel dazu genutzt werden, einen Magnetträger des Magnetrons gegen Mitdrehen zu sichern, so dass das Magnetsystem in einer vordefinierten Winkelposition bezüglich der Rotationsachse des Targetrohrs gehalten werden kann.
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Dabei kann die Last des Magnetträgers auf der inneren Medienführung abgelegt sein oder werden, bzw. das rohrförmige Leitungs-Element kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, den Magnetträger und das Magnetsystem abstützen. Bei herkömmlichen Lagerungen können zusätzliche Gleitlager oder andere Rotationslager zur Abstützung dieser Last notwendig sein, wobei die zusätzlichen Gleitlager oder andere Rotationslager als Verschleißteil (Ersatzteil) regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Im Gegensatz dazu kann das rohrförmige Leitungs-Element, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, einseitig derart abgestützt sein, dass auf der anderen Seite eine Last quer zur Rotationsachse aufgenommen oder kompensiert werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlmittelführung ein Strömungshindernis darstellen und wesentlich am Verlust an Strömungsdurchsatz beteiligt sein, so dass die Kühlmittelführung neben den mechanischen Vorgaben auch entsprechende hydrodynamische Vorgaben erfüllen sollte. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlmittelführung mittels Aussparungen (Kanälen) in beliebig geformten Körpern und/oder mittels rohrförmiger Leitungen realisiert sein, wobei die Form und der jeweilige Leitungsquerschnitt der Aussparungen und der jeweilige Leitungsquerschnitt rohrförmiger Leitungen an den Strömungsdurchsatz an Kühlmittel angepasst sein können, so dass diese ein möglichst geringes Strömungshindernis bilden.
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Herkömmliche Endblöcke für Zweiwegesysteme können beispielsweise einen größeren axialen Bauraum benötigen, als die hierin beschriebene Endblock-Anordnung.
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Anschaulich kann es nicht günstig sein, den Querschnitt der Medienzuführung aufbaubedingt kleiner zu wählen, da in diesem Fall die Kühlmittelversorgung der Rohrkathode unzureichend sein kann, und ferner sollte die Kühlmittelführung eine strömungsungünstige Gestaltung aufweisen, um zu große Strömungsverluste zu vermeiden.
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1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vakuum-Prozesskammer 106, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei in der Vakuum-Prozesskammer 106 eine Endblock-Anordnung 100 angeordnet sein kann. Die Endblock-Anordnung 100 kann mindestens einen Endblock 102 zum Halten bzw. Lagern einer rohrförmigen Elektrode 104 in der Vakuum-Prozesskammer 106 aufweisen, wobei der Endblock 102 derart eingerichtet sein kann, z.B. einen Flansch oder eine Kupplung aufweisen kann, dass die an den Endblock 102 gekuppelte rohrförmige Elektrode 104 um eine Rotationsachse 101a drehbar gelagert ist. Dazu kann der Endblock 102 beispielsweise eine Lagerung bzw. mehrere Lager aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Endblock 102 eine Kühlmittelführung aufweisen zum Versorgen der an den Endblock gekuppelten rohrförmigen Elektrode 104 mit einem Kühlmittel, z.B. mit Kühlwasser.
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Die Endblock-Anordnung 100 kann beispielsweise zumindest teilweise innerhalb der Vakuum-Prozesskammer 106 angeordnet sein, wobei in der Vakuum-Prozesskammer 106, beispielsweise während eines Sputterprozesses oder eines Reinigungsprozesses, ein Vakuum 102v im Bereich des Grobvakuums, des Feinvakuums, des Hochvakuums oder des Ultrahochvakuums bereitgestellt sein kann oder werden kann. Dabei kann das Vakuum mittels einer Vakuumpumpenanordnung bereitgestellt werden (nicht dargestellt). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Substrat in der Vakuum-Prozesskammer 106 behandelt werden, z.B. mittels eines Rohrmagnetrons beschichtet werden, wobei die rohrförmige Elektrode 104 die Rohrkathode eines Magnetrons sein kann. Anschaulich kann der Endblock 102 ein Magnetronendblock zum Lagern einer rohrförmigen Kathode 104 sein. Ferner kann die rohrförmige Elektrode 104 auch in anderen Prozessen zum Behandeln von Substraten genutzt werden, z.B. während eines Glimmprozesses, oder die rohrförmige Elektrode 104 kann abwechselnd als Kathode und Anode verwendet werden.
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Wie zusätzlich in 1B in einer schematischen Querschnittsansicht des Endblocks 102 veranschaulicht ist, kann die Kühlmittelführung mindestens einen sich quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a erstreckenden Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 aufweisen zum radialen Zuführen von Kühlmittel der an den Endblock 102 gekuppelten rohrförmigen Elektrode 104. Anschaulich gesehen kann die rohrförmige Elektrode 104 entlang deren Längserstreckung (mit der Kühlmittelflussrichtung 111) mit Kühlmittel durchflossen werden (als Ein-Weg-System oder als Zwei-Wege-System), wobei die räumliche Ausdehnung des Endblocks 102 entlang der Rotationsachse 101a gering gehalten werden kann, wenn das Kühlmittel in zumindest einem Abschnitt 108 der Kühlmittelführung quer (z.B. entlang der Kühlmittelflussrichtung 113) oder in einem Winkel (z.B. in einem Bereich von ungefähr 45° bis ungefähr 135°, oder in einem Bereich von ungefähr 60° bis ungefähr 120°, oder in einem Bereich von ungefähr 80° bis ungefähr 100°) zur Rotationsachse 101a geführt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlmittelflussrichtung die mittlere Bewegung des Kühlmittels beschreiben, also beispielsweise lokale Variationen wie Wirbel unberücksichtigt lassen. Die Kühlmittelflussrichtung kann beispielsweise aufgrund der Form des jeweiligen Hohlraums, in welchem das Kühlmittel fließt, definiert sein.
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Somit kann der Endblock 102 mindestens einen Umlenkbereich 102u aufweisen, in welchem das Kühlmittel von einer radialen Flussrichtung, z.B. in Kühlmittelflussrichtung 113, in eine axiale Flussrichtung, z.B. in Kühlmittelflussrichtung 111, umgelenkt wird und umgekehrt. Ferner kann der Endblock 102 einen Lagerbereich 102w aufweisen, in welchem beispielsweise mindestens ein Lager angeordnet sein kann, so dass eine angekuppelte rohrförmige Elektrode 104 rotiert werden kann. Dabei kann die Rohrachse der rohrförmigen Elektrode 104 im Wesentlichen der Rotationsachse 101a entsprechen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann bei einer vordefinierten Ausdehnung des Endblocks 102 in Richtung 101 (z.B. parallel zur Rotationsachse 101a) der Lagerbereich 102w so groß wie möglich eingerichtet sein, so dass eine rohrförmige Elektrode 104 mechanisch stabil und möglichst verschleißarm gelagert werden kann. Somit kann anschaulich der Bereich 102k des Endblocks 102, welcher zum Führen des Kühlmittels zur Verführung steht, entlang der Rotationsachse 101a klein sein, was bei der Kühlmittelführung berücksichtigt sein kann.
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Wie in 1A veranschaulicht, kann somit die räumliche Ausdehnung 101K der Vakuum-Prozesskammer 106 entlang der Rotationsachse 101a (die Breite der Vakuum-Prozesskammer 106 beispielsweise quer zu einer Substrattransportrichtung) bei vorgegeben Länge 101L der rohrförmigen Elektrode 104 minimiert werden, wenn die räumliche Ausdehnung 101E des Endblocks 102 oder der mehreren Endblöcke 102 (zum Lagern der rohrförmigen Elektrode 104 an beiden Endabschnitten) minimiert ist. Somit kann die Vakuum-Prozesskammer 106 beispielsweise schneller evakuiert werden oder allgemein günstigere Beschichtungsbedingungen ermöglichen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die rohrförmige Elektrode 104 horizontal angeordnet sein, wobei dann die räumliche Ausdehnung 101K der Vakuum-Prozesskammer 106 der Breite der Vakuum-Prozesskammer 106 entspricht, und die Richtung 103 die Höherichtung der Vakuum-Prozesskammer 106 repräsentiert und die Substrattransportrichtung (z.B. die Richtung 105) senkrecht zu diesen beiden Richtungen 101, 103 gerichtet ist.
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Wie in 1C in einer weiteren Querschnittsansicht veranschaulicht ist, kann der Endblock 102 beispielsweise im Lagerbereich 102w zwei Radiallager 110 aufweisen (so dass eine stabile axiale Lagerung ermöglicht ist), sowie eine mittels der Radiallager 110 drehbar gelagerte Hohlwelle 112. An den freiliegenden Endabschnitt der Hohlwelle 112 kann beispielsweise die rohrförmige Elektrode 104 angekuppelt werden, z.B. mittels eines an der Hohlwelle 112 ausgebildeten Flanschs und einer Klemmenstruktur passend zu der rohrförmigen Elektrode 104.
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Ferner kann der Endblock 102, beispielsweise im Lagerbereich 102w weitere Bauelemente aufweisen, z.B. eine elektrische Zuführung zum Versorgen der rohrförmigen Elektrode 104 mit elektrischer Spannung und/oder elektrischem Strom, sowie Vakuumdichtungen und Kühlmitteldichtungen, so dass in der Vakuum-Prozesskammer 106 ein Vakuum bereitgestellt werden kann. Dabei können die Lager 110 (z.B. Kugellager oder Wälzlager) so weit wie möglich voneinander weg angeordnet sein, so dass die rohrförmigen Elektrode 104, z.B. aufweisend eine Länge 101K in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 4 m, langzeitstabil gelagert werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Bereich 102k des Endblocks 102, welcher zur radialen Kühlmittelzuführung zur Verfügung steht, vor allem von dem Lagerbereich 102w begrenzt sein, so dass beispielsweise die Kühlmittelführung außerhalb des Bereichs 102k des Endblocks 102 beliebig erfolgen kann.
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In 1D ist die Endblock-Anordnung 100 gemäß den vorangehenden Figuren in einer Draufsicht (entlang der Richtung 103) dargestellt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 einen sich quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a längserstreckenden Leitungsquerschnitt aufweisen. 1D zeigt einen Schnitt durch den Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108, welcher dem Leitungsquerschnitt des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 veranschaulicht, z.B. kann der Schnitt in diesem Fall in einer Ebene erfolgen, welche von den Richtungen 105 und 101 aufgespannt wird. Alternativ kann der Schnitt jeweils in der Ebene erfolgen, welche senkrecht zur Flussrichtung 113 des Kühlmittels in dem Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 verläuft. Mit anderen Worten kann der Leitungsquerschnitt des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 jeweils an jedem Ort des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 senkrecht zur der vorherrschenden Flussrichtung (der Hauptflussrichtung) des Kühlmittels sein (vgl. 1M).
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Wie beispielhaft in 1D veranschaulicht, kann der Leitungsquerschnitt 108q des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 längserstreckt sein oder anschaulich länglich oder abgeplattet sein. Mit anderen Worten kann der Leitungsquerschnitt 108q des Kühlmittelzuleitungsabschnitts eine erste räumliche Ausdehnung (Abmessung) entlang der Richtung 105 aufweisen (entlang einer Richtung in einer Ebene quer zur Rotationsachse 101a) und eine zweite räumliche Ausdehnung (Abmessung) entlang der Rotationsachse 101a, wobei die erste räumliche Ausdehnung größer sein kann als die zweite räumliche Ausdehnung.
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Anschaulich kann eine entlang der Rotationsachse 101a platzoptimierte radiale Kühlmittelführung (in Richtung zur Rotationsachse 101a oder von der Rotationsachse 101a weg) bereitgestellt sein oder werden.
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Alternativ kann der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 in einem Winkel zur Rotationsachse 101a verlaufen oder andere geeignete Formen aufweisen, welche eine in Richtung der Rotationsachse 101a schmale Bauform des Endblocks 102 zulassen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 Kühlmittel, z.B. Kühlwasser, in die Hohlwelle 112 hinein oder aus der Hohlwelle 112 heraus geführt werden, wobei somit eine an die Hohlwelle 112 gekuppelte rohrförmige Elektrode 104 mit Kühlmittel versorgt werden kann.
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Wie in 1E in einer schematischen Ansicht veranschaulicht ist, kann der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 als Hohlraumstruktur in einem Zuleitungs-Element 128 ausgebildet sein, wobei der Hohlraum entlang einer ersten Richtung 108a größer ist als entlang einer zweiten Richtung 108b, wobei die zweite Richtung 108b quer oder in einem Winkel zur ersten Richtung 108a verläuft, und die erste Richtung 108a parallel zur Rotationsachse 101a gerichtet ist. Ferner kann, wie in 1F veranschaulicht ist, der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 als eine beliebige geeignete Hohlraumstruktur in dem Zuleitungs-Element 128 bereitgestellt sein oder werden, beispielsweise kann sich der Leitungsquerschnitt des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 (bzw. die Ausdehnung der Hohlraumstruktur) in eine Richtung quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a weiter erstrecken als entlang der Rotationsachse 101a.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 in einer Ebene quer zur Rotationsachse 101a verlaufen, so dass Kühlmittel zur Rotationsachse 101a hin geführt werden kann, wie beispielsweise in 1G und 1H veranschaulicht ist. Wie vorangehend beschrieben, kann der Leitungsquerschnitt längserstreckt sein, z.B. in Richtung 108b (in der Ebene quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a) jeweils eine größere Ausdehnung aufweisen als entlang der Rotationsachse 101a. Dabei kann die Leitungsführung in der Ebene quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a beliebig sein. Ferner kann der Leitungsquerschnitt des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 groß genug sein, so dass ausreichend Kühlmittel zur rohrförmigen Elektrode 104 geführt werden kann. Beispielsweise kann der Leitungsquerschnitt des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 im Wesentlichen gleich dem inneren Leitungsquerschnitt eines rohrförmigen Leitungs-Elements ein, welches sich in die Hohlwelle 112 hinein erstreckt.
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Wie im Folgenden, z.B. in den Figuren 1I bis 1M, dargestellt ist, kann die Endblock-Anordnung 100 eine Kühlmittelführung aufweisen, wobei diese einen Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 aufweist, wie vorangehend beschrieben, und in analoger Weise einen Kühlmittelableitungsabschnitt 118. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a erstrecken zum radialen Ableiten von Kühlmittel von einer an den Endblock gekuppelten rohrförmigen Elektrode weg (von der Rotationsachse 101a weg), wobei der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 einen Leitungsquerschnitt mit einer größeren Ausdehnung 118b quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse als parallel zur Rotationsachse (mit der Ausdehnung 118a) aufweist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 und der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 als Hohlraumstrukturen in einem gemeinsamen Zu-und-Ableitungs-Element 128 ausgebildet sein. Der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 und der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 können zumindest teilweise den gleichen Leitungsquerschnitt aufweisen. Ferner können der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 und der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 entlang der Rotationsachse 101a überlappend angeordnet sein, und ferner (beispielsweise symmetrisch) versetzt (z.B. in eine Richtung quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a versetzt) zur Rotationsachse 101a angeordnet sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 und/oder der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 im Querschnitt eine beliebige langgestreckte Form aufweisen, z.B. eine rechteckige Form, eine ovale Form, eine dreieckige Form oder allgemein die Form einen Vielecks. Entsprechend können die Hohlräume in dem Zu-und-Ableitungs-Element 128, welche den Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 und/oder den Kühlmittelableitungsabschnitt 118 bilden, prismatisch oder zylindrisch mit nicht kreisförmiger Grundfläche sein, oder sich aus mehreren Formen zusammensetzen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 und der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 auch entlang einer Richtung quer zur Rotationsachse 101a überlappen.
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Wie beispielsweise in 1L veranschaulicht ist, können der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 und/oder der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 auch segmentiert sein, z.B. mehrere direkt nebeneinander angeordnete zylindrische Bohrungen aufweisen. Anschaulich können mehrere Hohlräume kombiniert werden, um den längserstreckten Leitungsquerschnitt des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 und/oder des Kühlmittelableitungsabschnitts 118 bereitzustellen. Anschaulich sind jeweils die Segmente des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 direkt nebeneinander (beispielsweise aneinander angrenzend oder ineinander übergehend) angeordnet und/oder auch die Segmente des Kühlmittelableitungsabschnitts 118 sind jeweils direkt nebeneinander (beispielsweise aneinander angrenzend oder ineinander übergehend) angeordnet.
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Wie in 1M veranschaulicht, kann die Kühlmittelführung in der Ebene quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a beliebig verlaufen, wobei jeweils die Ausdehnung 108b, 118b des Leitungsquerschnitts (oder des Hohlraums) in der Ebene größer ist als in Richtung der Rotationsachse 101a. Anschaulich kann jeweils die Flussrichtung 113a des Kühlmittels im Kühlmittelableitungsabschnitt 118 sowie die Flussrichtung 113z des Kühlmittels im Kühlmittelzuleitungsabschnitt 118 von der Form des Kühlmittelzuleitungsabschnitts 108 und/oder des Kühlmittelableitungsabschnitts 118 vorgegeben sein, wobei die Flussrichtungen 113a, 113z jeweils im Wesentlichen senkrecht zum Leitungsquerschnitt 108q (z.B. definiert mittels der Richtungen 118a, 118b und 108a, 108b) ausgerichtet sein können.
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Wie vorangehend beschrieben kann der Lagerbereich 102w den Radialen-Zuführbereich 102k für das Kühlmittel einschränken, so dass der Leitungsquerschnitt 108q des Kühlmittelzuleitungsabschnitts im gesamten Radial-Zuführbereich 102k eine größere Ausdehnung 108b quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a als (eine Ausdehnung 108a) parallel zur Rotationsachse 101a aufweisen kann, und/oder so dass der Leitungsquerschnitt des Kühlmittelableitungsabschnitts 118 im gesamten Radial-Zuführbereich 102k eine größere Ausdehnung 118b quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a als (eine Ausdehnung 118a) parallel zur Rotationsachse 101a aufweisen kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Zuleitungs-Element 128 oder das Zu-und-Ableitungs-Element 128 Aluminium aufweisen oder im Wesentlichen aus Aluminium bestehen (z.B. zu mehr als 50 Masseprozent). Ferner kann das Zuleitungs-Element 128 oder das Zu-und-Ableitungs-Element 128 mittels eines Gussverfahrens hergestellt werden. Ferner kann das Zuleitungs-Element 128 oder das Zu-und-Ableitungs-Element 128 einstückig oder mehrstückig sein, und/oder beispielsweise mittels Bohrens, Fräsens, Schleifens usw. hergestellt, sowie beispielsweise bei mehrstückiger Herstellung anschließend zu einem Stück verbunden werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Endblock 102 eine Breite 101E (entlang der Rotationsachse 101a) in einem Bereich von ungefähr 10 cm bis ungefähr 60 cm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 20 cm bis ungefähr 50 cm, in einem Bereich von ungefähr 20 cm bis ungefähr 40 cm.
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Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Endblock-Anordnung 100 und Details zu der Kühlmittelführung beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1A bis 1M beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in den 1A bis 1M beschriebene Endblock-Anordnung 100 übertragen werden oder mit der in den 1A bis 1M beschriebenen Endblock-Anordnung 100 kombiniert werden.
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2A veranschaulicht verschiedene Komponenten der Kühlmittelführung 228 für einen Endblock 102 in einer Querschnittsansicht oder Seitenansicht. Dabei kann das Zu-und-Ableitungs-Element 128 zum radialen Zuführen des Kühlmittels mit einem rohrförmigen Leitungs-Element 228i (einem Innenelement 228i) verbunden sein.
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Dabei kann das rohrförmige Leitungs-Element 228i beispielsweise koaxial zur Rotationsachse 101a angeordnet sein, so dass Kühlmittel im Inneren des rohrförmigen Leitungs-Elements 228i zu einer an dem Endblock 102 befestigten rohrförmigen Elektrode 104 hin geführt werden kann, z.B. kann innerhalb des rohrförmigen Leitungs-Elements 228i das Kühlmittel entlang der Rotationsachse 101a fließen mit einer Flussrichtung 204a. Das rohrförmige Leitungs-Element 228i kann sich beispielsweise teilweise in das Innere 112i der Hohlwelle 112 erstrecken oder durch die Hohlwelle 112 hindurch. Anschaulich kann das rohrförmige Leitungs-Element 228i mit dessen freiliegendem Endabschnitt an ein Trägerrohr (Lanzenrohr oder Magnetträger) innerhalb der rohrförmigen Elektrode 104 gekuppelt werden, so dass Kühlmittel der angekuppelten rohrförmigen Elektrode 104 zugeführt werden kann. Dabei kann das der angekuppelten rohrförmigen Elektrode 104 zugeführte Kühlmittel außerhalb des Trägerrohrs (Lanzenrohrs oder Magnetträgers) wieder in die Richtung zum Endblock 102 hin geleitet werden, also innerhalb der rohrförmigen Elektrode 104 umgelenkt bzw. zurückgelenkt werden, wobei dann das entlang der Rotationsachse 101a geführt Kühlmittel außerhalb des rohrförmigen Leitungs-Elements 228i wieder in das Zu-und-Ableitungs-Element 128 geleitet wird und somit radial abgeleitet wird.
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Mit anderen Worten kann das rohrförmige Leitungs-Element 228i derart eingerichtet sein, dass Kühlmittel außen entlang am rohrförmigen Leitungs-Element 228i von einer an dem Endblock befestigten rohrförmigen Elektrode weg geführt werden kann, beispielsweise entlang der Kühlmittelflussrichtung 204b.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlmittelführung 228 dabei derart erfolgen bzw. eingerichtet sein, dass in einem ersten Umlenkabschnitt radial geführtes Kühlmittel in eine Richtung parallel zur Rotationsachse umgelenkt wird und/oder parallel zur Rotationsachse geführtes Kühlmittel in eine Richtung quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse umgelenkt wird.
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Wie ferner auch in 2B in einer Querschnittsansicht oder Seitenansicht veranschaulicht ist, können das Zu-und-Ableitungs-Element 128 und das rohrförmige Leitungs-Element 228i mittels eines Verbindungs-Elements 228a derart verbunden sein oder werden, dass Kühlmittel jeweils aus dem Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 des Zu-und-Ableitungs-Elements 128 in das rohrförmige Leitungs-Element hinein geleitet werden kann, und dass Kühlmittel von außerhalb des rohrförmigen Leitungs-Elements 228i in den Kühlmittelableitungsabschnitt 118 des Zu-und-Ableitungs-Elements 128 geleitet werden kann. Dabei wird innerhalb des rohrförmigen Leitungs-Elements 228i und/oder innerhalb des Verbindungs-Elements 228a und/oder teilweise innerhalb des Zu-und-Ableitungs-Elements 128 der radiale Kühlmittelfluss 113z in den axialen (entlang der Rotationsachse 101a) Kühlmittelfluss 204a umgeleitet, und der axiale Kühlmittelfluss 204b in den radialen Kühlmittelfluss 113a umgeleitet. Dazu kann innerhalb eines Umlenkbereichs 102u eine entsprechende Kühlmittelführung bereitgestellt sein oder werden, z.B. können das rohrförmigen Leitungs-Element 228i und/oder das Verbindungs-Element 228a und/oder teilweise das Zu-und-Ableitungs-Element 128 Hohlraumstrukturen aufweisen, welche das Kühlmittel entsprechend umleiten, wie beispielhaft in den nachfolgenden Figuren dargestellt ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verbindungs-Element 228a einen rohrförmigen Abschnitt aufweisen, welcher koaxial zur Rotationsachse angeordnet sein kann und das rohrförmige Leitungs-Element 228i zumindest teilweise umgibt, so dass Kühlmittel zwischen dem rohrförmigen Leitungs-Element 228i und dem rohrförmigen Abschnitt des Verbindungs-Elements 228a in den Kühlmittelableitungsabschnitt 118 des Zu-und-Ableitungs-Elements 128 geleitet (z.B. in 2A mit dem Fluss 204b veranschaulicht) werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Zu-und-Ableitungs-Element 128, das Verbindungs-Elements 228a und das rohrförmige Leitungs-Element 228i einstückig bereitgestellt sein oder werden oder als voneinander lösbare Bauteile. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Verbindungs-Elements 228a und das rohrförmige Leitungs-Element 228i einstückig oder als voneinander lösbare Bauteile bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Verbindungs-Elements 228a und das Zu-und-Ableitungs-Element 128 einstückig oder als voneinander lösbare Bauteile bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Zu-und-Ableitungs-Element 128, das Verbindungs-Elements 228a und das rohrförmige Leitungs-Element 228i derart eingerichtet sein, dass diese entlang der Rotationsachse 101a von einander entfernt werden können, was ein einfaches Montieren des Endblock 102 ermöglichen kann und/oder ein schnelles Austauschen von Verschleißteilen des Endblocks 102 (z.B. Dichtungen) ermöglichen kann, wie beispielsweise in den 3A bis 3F dargestellt ist.
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2C veranschaulicht eine den 2A und 2B zugeordnete Draufsicht, wobei mit den Querschnittsebenen 220 und 222, wobei 2A die Querschnittsansicht zu der Querschnittsebene 222 ist und 2B die Querschnittsansicht zu der Querschnittsebene 220.
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Ferner veranschaulicht 2D eine Seitenansicht der Kühlmittelführung 228, z.B. entlang der axialen Kühlmittelflussrichtung 204b.
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Wie beispielsweise in den 2A bis 2D veranschaulicht ist, kann das rohrförmige Leitungs-Element 228i mittels des Zu-und-Ableitungs-Elements 128 und/oder mittels des Verbindungs-Elements 228a einseitig abgestützt sein oder werden. Dazu können das Zu-und-Ableitungs-Element 128 und das rohrförmige Leitungs-Element 228i kraftschlüssig miteinander verbunden sein, so dass das rohrförmige Leitungs-Element 228i eine Kraft mit einer Richtungskomponente quer zur Rotationsachse 101a aufnehmen kann. Anschaulich muss somit das rohrförmige Leitungs-Element 228i nicht zusätzlich innerhalb des Endblocks 102 abgestützt werden. Beispielsweise können das rohrförmige Leitungs-Element 228i und/oder das Verbindungs-Element 228a Stege 228s aufweisen, welche eine Kühlmittelführung ermöglichen und eine mechanisch stabile Verbindung zu dem rohrförmigen Leitungs-Element 228i sicherstellen, so dass auf dem rohrförmigen Leitungs-Element 228i eine Last abgestützt werden kann (z.B. verursacht aufgrund eines angekuppelten Magnetträgers oder Trägerrohrs der rohrförmigen Elektrode 104).
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Ferner kann der rohrförmige Abschnitt des Verbindungs-Elements 228a eine Kühlmitteldichtung tragen, welche den rohrförmigen Abschnitt des Verbindungs-Elements 228a umgibt und das Kühlmittel vom Vakuum 102v in der Vakuum-Prozesskammer 106 abdichtet.
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Analog zur vorangehenden Beschreibung und Figuren sind in den folgenden Figuren 3A bis 3F jeweils mehrere perspektivische Ansichten der Kühlmittelführung 228 veranschaulicht, z.B. aufweisend das Zu-und-Ableitungs-Element 128, das rohrförmige Leitungs-Element 228i und das Verbindungs-Element 228a. Ferner ist veranschaulicht, dass die Kühlmittelführung 228 derart eingerichtet sein kann, dass das Zu-und-Ableitungs-Element 128, das rohrförmige Leitungs-Element 228i und das Verbindungs-Element 228a zusammen gesteckt werden können, z.B. das Verbindungs-Element 228a in das Zu-und-Ableitungs-Element 128 und das rohrförmige Leitungs-Element 228i in das Verbindungs-Element 228a, so dass diese Bauteile die Kühlmittelführung ermöglichen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das rohrförmige Leitungs-Element 228i und das Verbindungs-Element 228a jeweils Abschnitte und/oder Aussparungen (Umlenkabschnitte und/oder Umlenkbereiche 228u) aufweisen zum Umlenken des Kühlmittelflusses aus axialer Richtung in eine radiale Richtung und aus radialer Richtung in eine axiale Richtung. Dabei können das Verbindungs-Element 228a, das Zu-und-Ableitungs-Element 128 und das rohrförmige Leitungs-Element 228i derart ineinander steckbar sein, dass sich der Kühlmittelfluss zur rohrförmigen Elektrode 104 hin und von der rohrförmigen Elektrode 104 weg nur geringfügig vermischen, z.B. können sich jeweils zwischen den Elementen 128, 228a, 228i in zusammengestecktem Zustand Spalte mit geringer Spaltbreite erstrecken (z.B. kleiner als ungefähr 1 mm bzw. kleiner als ungefähr 100 µm), welche das Kühlmittel im Wesentlichen separieren.
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Ferner sind in den Figuren 4A bis 4F jeweils Querschnitte bzw. Schnittansichten entlang der Rotationsachse 101a für die Elemente 128, 228a, 228i der Kühlmittelführung 228 veranschaulicht, analog zu der vorangehenden Beschreibung.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Zweiwege-Kühlmittelführung 228 bereitgestellt sein, welche zusätzlich zur Kühlmittelführung eine ausreichende Auflage für ein Magnetsystem realisiert. Beispielsweise kann ein Trägerrohr oder ein Magnetträger auf dem rohrförmigen Leitungs-Element 228i abgestützt werden, wobei das rohrförmige Leitungs-Element 228i einseitig mittels des Zu-und-Ableitungs-Elements 128 und/oder des Verbindungs-Elements 228a abgestützt ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlmittelführung 228 eine Zweiwege-Kühlmittelführung (z.B. mit denen Führungsrichtungen 108, 204a und 204b, 118) sein oder aufweisen, bestehend aus einem Zuleitungsschacht 128 (einem Zu-und-Ableitungs-Element 128), einer Außenführung 228a (einem Verbindungs-Elements 228a) und einer Innenführung 228i (einem rohrförmigen Leitungs-Element 228i), welche miteinander verbunden sind und gemeinsam beispielsweise als fester Einbau im Endblockgehäuse 102 verankert sein können.
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Der Zuleitungsschacht 128 der beiden Medienkanäle 108, 118 kann flach in einer Medienführungs-Ebene (z.B. quer oder in einem Winkel zur Rotationsachse 101a) angeordnet sein oder werden und der Kühlmittelstrom 108, 118 kann sowohl in der Außenführung 228a, als auch in der Innenführung 228i (z.B. rechtwinklig) zur Target-Achse 101a (Rotationsachse 101a) umgeleitet werden. Dabei kann der Weg des Kühlmittels im Schacht 128 und in der Außenführung 228a ein symmetrisches Abbild aufweisen. In der Innenführung können beispielsweise mittels vertikal angeordneter Trennwände 238v (oder Stege 228s, 238v) der Vor- und Rücklauf (Zu- und Ablauf) des Kühlmittels voneinander getrennt sein oder werden, wobei horizontale Trennwände 238h (oder Stege 228s, 238h) die mechanische Stabilisierung quer zur Rotationsachse 101a übernehmen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in dem Umlenkbereich 228u die Kühlmittelführung jeweils durch zwei separate Segmente hindurch erfolgen, wobei die Segmente voneinander mittels horizontaler Trennwände 238h oder Stege 238h separiert sein können.
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Die Stege 228s und/oder die Trennwände 238h, 238v versteifen die Innenführung, so dass die Innenführung im Bereich der zulässigen Durchbiegung als Magnetträgerauflage fungieren kann.
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Alternativ kann die Innenführung auch nicht als Lastauflage genutzt werden (oder zusätzlich innerhalb des Endblocks 102 abgestützt sein), so dass sich bedingt durch einen dann möglichen Wegfall der Versteifungsstege 228s, 238v, 238h für die Leitungsquerschnitte der Kühlmittelführung kleinere Flächen ergeben können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Strömungsrichtung nicht fest vorgeschrieben sein, so dass bei Notwendigkeit beispielsweise Vor- und Rücklauf umgekehrt angeschlossen werden können, also beispielsweise der Kühlmittelzuleitungsabschnitt 108 das Kühlmittel ableitet und der Kühlmittelableitungsabschnitt 118 das Kühlmittel zuführt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann aufgrund der flachen Gestaltung des Vor- und Rücklaufes axial Platz für die Anordnung von Lagern und/oder Dichtungen gewonnen werden oder eine entsprechende Vakuum-Prozesskammer 106 kann kleiner konzipiert werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist in den Figuren eine optimierte Gestaltung der Kühlmittelführung mit sehr geringem Strömungsverlust veranschaulicht.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Innenführung 228i und die Außenführung 228a unlösbar miteinander verbunden sein (einstückig sein), so dass diese Einheit mittels herkömmlicher Feingussverfahren kostengünstig hergestellt werden können.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Zu-und-Ableitungs-Element ein Zuleitungs-Element und/oder ein Ableitungs-Element sein zum Zuleiten von Kühlmittel zu einer an den Endblock 102 gekoppelten rohrförmigen Elektrode 104 und/oder zum Ableiten von Kühlmittel von einer an den Endblock 102 gekoppelten rohrförmigen Elektrode 104 weg.
