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Die Erfindung betrifft eine Vakuumbehandlungsanlage, umfassend mindestens eine von Kammerwänden begrenzte, evakuierbare Prozesskammer sowie eine in die Prozesskammer hineinragende und einen Hohlraum aufweisende Trageinrichtung, wobei der Hohlraum in eine Öffnung mündet, sowie mindestens eine Prozessvakuumpumpe.
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Bekannte Vakuumbehandlungsanlagen können unter anderem unterschiedliche Behandlungseinrichtungen, wie beispielsweise Tempereinrichtungen, Ätzeinrichtungen oder Beschichtungseinrichtungen, wie beispielsweise Sputterbeschichtungseinrichtungen oder Verdampfungseinrichtungen aufweisen. In der Vakuumbehandlungsanlage zu behandelnde Substrate werden zur Behandlung in unmittelbarer Nähe dieser Behandlungseinrichtungen, d.h. in deren Wirkbereich angeordnet oder an diesen durch den Wirkbereich hindurch vorbeibewegt. Je nach Behandlungseinrichtung werden im Wirkbereich der Behandlungseinrichtung unterschiedliche Anforderungen an den dort einzustellenden Restdruck des Vakuums gestellt.
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Je nach Art der Behandlungseinrichtung sowie deren Anordnung in der Prozesskammer, insbesondere im Hinblick auf den Abstand des Wirkbereichs von Kammerwänden, sind unterschiedliche Anordnungen von Vakuumpumpen und Prozessvakuumpumpen bekannt.
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Im Folgenden soll eine solche Anordnung von Vakuumpumpen und Prozessvakuumpumpen am Beispiel einer bekannten Sputterbeschichtungseinrichtung aufgezeigt werden.
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Bekannte Sputterbeschichtungseinrichtungen umfassen eine oder mehrere Sputtermagnetrons, die üblicherweise ein Target aus Beschichtungsmaterial und eine Magnetanordnung zur Erzeugung eines Magnetfelds über dem Target aufweisen. Dieses Magnetsystem konzentriert ein Plasma über der abzutragenden Oberfläche des Targets, um die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens von Ionen auf die abzutragende Oberfläche des Targets zu erhöhen und so die Sputterrate zu vergrößern. Die Magnetanordnung ist dabei üblicherweise auf der der abzutragenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite des Targets angeordnet, d.h. das von der Magnetanordnung erzeugte Magnetfeld durchdringt das Target.
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Bekannt sind Planartargets, d.h. ebene Targets, die entweder vollständig aus Targetmaterial bestehen oder bei denen auf einer Trägerplatte Targetmaterial angebracht ist. Auf der Rückseite des Targets ist eine Magnetanordnung statisch oder beweglich angeordnet, wobei eine Bewegung der Magnetanordnung dazu dient, eine gleichmäßige Abtragung des Targetmaterials über die gesamte abzutragende Oberfläche des Targets zu erreichen.
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Weiterhin sind Rohrmagnetrons bekannt, bei denen das Target rohrförmig ist, wobei das Targetrohr vollständig aus Targetmaterial bestehen kann oder Targetmaterial auf der äußeren Oberfläche eines Targetträgerrohrs angebracht ist. Bei diesen Magnetrons ist die Magnetanordnung im Innern des Targetrohrs angebracht. Die Magnetanordnung kann dabei statisch oder beweglich angeordnet sein. Ebenso kann das Targetrohr statisch oder beweglich, meist drehbar, angeordnet sein, wobei eine Relativbewegung zwischen Targetrohr und Magnetanordnung in analoger Weise wie bei Planarmagnetrons dazu dient, eine gleichmäßige Abtragung des Targetmaterials über die gesamte abzutragende Oberfläche des Targets zu erreichen.
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Die Sputtermagnetrons werden in einer Prozesskammer einer Vakuumbehandlungsanlage angeordnet. Zu beschichtende Substrate werden in der Nähe des Sputtermagnetrons angeordnet oder an einem Sputtermagnetron vorbei bewegt, so dass sich das vom Target abgetragene Targetmaterial auf einer Oberfläche des Substrats abscheiden kann, wodurch abhängig von dem oder den verwendeten Targetmaterialien verschiedenste Schichten oder Schichtsysteme erzeugt werden können.
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Besonders wichtig ist es bei solchen Sputterbeschichtungseinrichtungen, dass die Umgebung des Sputtermagnetrons auf einen sehr geringen Restdruck evakuiert wird und dieser geringe Restdruck während des Beschichtungsverfahrens aufrechterhalten wird, um eine hohe Qualität des Beschichtungsergebnisses zu gewährleisten.
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Die Evakuierung auf den notwendigen Restdruck in der Umgebung des Sputtermagnetrons wird mit Prozessvakuumpumpen durchgeführt. Diese Prozessvakuumpumpen sind geeignet zur Erzeugung besonders kleiner Restdrücke (Hochvakuum, Ultrahochvakuum) an einem Prozessvakuumanschluss der Prozessvakuumpumpe. Der Prozessvakuumanschluss bildet mithin eine lokale Vakuumquelle. Es sind Prozessvakuumpumpen bekannt, die einen Vorvakuumanschluss aufweisen, der der Druckseite der Prozessvakuumpumpe zugordnet ist. An diesen Vorvakuumanschluss ist eine Vakuumpumpe anordenbar, die ein Vorvakuum, d.h. einen größeren Druck als den in der Umgebung des Sputtermagnetrons benötigten Restdruck erzeugt. Durch die Reduzierung des Drucks auf der Druckseite der Prozessvakuumpumpe auf den Druck des Vorvakuums, ist das zu überwindende Druckverhältnis für die Prozessvakuumpumpe kleiner, als würde diese gegen atmosphärischen Druck fördern müssen.
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Zur Anbringung der Sputtermagnetrons in der Prozesskammer werden verschiedenartige Trageinrichtungen verwendet. Dies können einfachste Befestigungsmittel sein. In anderen Fällen, insbesondere für Rohrmagnetrons, werden sogenannte Endblöcke verwendet, wobei ein Rohrtarget entweder nur mit einem seiner beiden Enden in einem solchen Endblock gehalten ist (so genannte Cantilever-Anordnung) oder mit jedem seiner beiden Enden in je einem Endblock gehalten ist. Diese Trageinrichtungen, beispielsweise die Endblöcke eines Rohrmagnetrons, weisen meist Mittel zur Versorgung des Sputtermagnetrons mit elektrischer Spannung oder/und Kühlmittel oder/und Mittel zum Antrieb des Targets oder/und der Magnetanordnung auf. Die Trageinrichtungen können entweder mit dem Sputtermagnetron im Innern der Prozesskammer oder außerhalb der Prozesskammer angeordnet sein, wobei die Trageinrichtung im letzteren Fall beispielsweise an einer Kammerwand der Prozesskammer befestigt, beispielsweise angeflanscht sein kann.
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Eine Trageinrichtung ist aus
DE 10 2012 110 284 B3 bekannt. Die offenbarte Sputterbeschichtungseinrichtung umfasst eine Trageinrichtung mit einem Befestigungsflansch und mindestens ein Trägerprofil, das ein freies Ende und ein mit dem Befestigungsflansch verbundenes Anschlussende aufweist. Ferner umfasst die Sputterbeschichtungseinrichtung mindestens ein an der Trageinrichtung parallel zum Trägerprofil angebrachtes Sputtermagnetron mit einem freien Ende und einem Anschlussende, wobei das Anschlussende mit einer Versorgungseinrichtung verbunden ist, die an der dem Sputtermagnetron gegenüberliegenden Seite des Befestigungsflansches angeordnet ist. Zur fortlaufenden Evakuierung der Umgebung des Sputtermagnetrons ist im Befestigungsflansch eine erste Öffnung vorgesehen, in die das Trägerprofil mündet, wobei an der dem Trägerprofil gegenüberliegenden Seite des Befestigungsflansches an der ersten Öffnung eine Prozessvakuumpumpe angeordnet ist. Das Innere des Trägerprofils der Trageinrichtung bildet sodann einen Hohlraum, wobei die erste Öffnung auch als erste Saugöffnung bezeichnet werden kann.
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Für Vakuumbehandlungsanlagen mit einer von Kammerwänden begrenzen Prozesskammer, umfassend eine derartige Sputterbeschichtungseinrichtung, kann ferner vorgesehen sein, dass der Befestigungsflansch der Sputterbeschichtungseinrichtung an einer Befestigungsöffnung einer Kammerwand befestigt ist und an der der Befestigungsöffnung gegenüberliegenden Kammerwand eine zweite Öffnung angeordnet ist, wobei an der zweiten Öffnung eine zweite Prozessvakuumpumpe angeordnet ist. Mithin kann die zweite Öffnung auch als zweite Saugöffnung bezeichnet werden.
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Nachteilig an bekannten Vakuumbehandlungsanlagen ist die Anordnung der Prozessvakuumpumpen außerhalb der Prozesskammer. Bei der Beschichtung von Substraten großer Abmessungen, zum Beispiel mit Substratbreiten von größer 1,5 Metern, kann durch die Anordnung der Prozessvakuumpumpe in den Randbereichen der Sputterbeschichtungseinrichtung, beispielsweise an Saugöffnungen sich gegenüberliegender Kammerwände, mit zunehmender Substratabmessung in Längserstreckung des Sputtermagnetrons eine nur unzureichende Homogenität des Prozessvakuums erreicht werden. Dies liegt an der sehr ungünstigen Verteilung der Vakuumquellen im Bezug auf die Umgebung des Sputtermagnetrons.
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Weiterhin nachteilig an den bekannten Lösungen ist, dass durch die Anordnung von Prozessvakuumpumpen außerhalb der Prozesskammer, in den Randbereichen der Sputterbeschichtungseinrichtung, beispielsweise an Saugöffnungen sich gegenüberliegender Kammerwände, deren Anzahl zur Erzeugung des notwendigen Restdrucks, aufgrund des Verhältnisses der Größe des Vakuumanschlusses der Prozessvakuumpumpen zur Größe der Umgebung des Sputtermagnetrons an sich gegenüberliegenden Kammerwänden in der Umgebung des Sputtermagnetrons, begrenzt ist. Dementsprechend begrenzt ist auch die erreichbare Saugleistung bekannter Anordnungen.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vakuumbehandlungsanlage anzugeben, die eine erhöhte Saugleistung und eine große Homogenität des Restdrucks im Wirkbereich einer Behandlungseinrichtung der Vakuumbehandlungsanlage ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe werden nachfolgend Ausgestaltungen von Vakuumbehandlungsanalgen vorgeschlagen und beschrieben, die mindestens eine von Kammerwänden begrenzte, evakuierbare Prozesskammer, eine in die Prozesskammer hineinragende und einen Hohlraum aufweisende Trageinrichtung sowie mindestens eine Prozessvakuumpumpe umfassen, wobei der Hohlraum in eine Öffnung mündet.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Hohlraum durch die Öffnung mit dem die Prozesskammer umgebenden Atmosphärendruck verbunden und die mindestens eine Prozessvakuumpumpe im Hohlraum angeordnet ist.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht damit darin, die Prozessvakuumpumpen näher am Wirkbereich der Behandlungseinrichtungen der Vakuumbehandlungsanlage anzuordnen, wobei die Prozessvakuumpumpe in Atmosphärendruck angeordnet ist. Die Verbindung des Hohlraums mit dem die Prozesskammer umgebenden Atmosphärendruck ist so zu verstehen, dass ein Druckausgleich zwischen dem Hohlraum und der Umgebung der Prozesskammer stattfinden kann, so dass sich im Hohlraum Atmosphärendruck einstellt. Durch die Anordnung einer oder mehrerer Prozessvakuumpumpen im Hohlraum der Trageinrichtung kann zum einen die Anzahl der Prozessvakuumpumpen und damit die Saugleistung erhöht werden und zum anderen kann durch die gleichmäßige Verteilung der Prozessvakuumpumpen, beispielsweise entlang eines Sputtermagnetrons, mithin also der Verteilung der Vakuumquellen, die Homogenität des Restdrucks in der Umgebung dieses Sputtermagnetrons vergrößert werden.
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Die Trageinrichtung dient grundsätzlich zum Tragen der im Hohlraum der Trageinrichtung angeordneten Prozessvakuumpumpen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Trageinrichtung auch geeignet ist, um andere Komponenten, beispielsweise Behandlungseinrichtungen, zu tragen.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Trageinrichtung ein Trägerprofil aufweist, wobei das Trägerprofil mindestens einen Wanddurchbruch und die mindestens eine Prozessvakuumpumpe einen Prozessvakuumanschluss aufweist, wobei dem mindestens einen Wanddurchbruch ein Prozessvakuumanschluss zugeordnet ist.
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Das Trägerprofil kann dabei in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Trägerprofil ein U-Profil sein, aber auch als geschlossenes Rohr ausgeführt sein.
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Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere für geschlossene Hohlprofile an. Geschlossene Hohlprofile, beispielsweise Rechteckhohlprofile oder Rohre mit kreisringförmigem Querschnitt, weisen ein besonders gutes Verhältnis von Gewicht und Festigkeit auf.
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Mit der hier vorgeschlagenen Ausgestaltung, bei der das Trägerprofil mindestens einen Wanddurchbruch aufweist, ist es möglich, die Umgebung des Trägerprofils im Bereich dieses Wanddurchbruches mittels des dem Wanddurchbruch zugeordneten Prozessvakuumanschlusses zu evakuieren. Mithin ist die Vakuumquelle näher an der Umgebung der Behandlungseinrichtung angeordnet. Unter einem Wanddurchbruch soll dabei eine beliebig gestaltete Durchbrechung der Wandung des geschlossenen Hohlprofiles verstanden werden. Solche Wanddurchbrüche können beispielsweise Bohrungen sein. Alternativ können größere Wanddurchbrüche beispielsweise durch Fräsen hergestellt werden. Unter der Zuordnung des Prozessvakuumanschlusses zum Wanddurchbruch ist zu verstehen, dass die durch den Prozessvakuumanschluss angesaugten Gase den Wanddurchbruch durchströmen bevor sie den Prozessvakuumanschluss erreichen. Dabei kann der Prozessvakuumanschluss unmittelbar an der Wandung angeordnet sein. Ferner ist es möglich den Prozessvakuumanschluss mittelbar über weitere zwischengeschaltete Strömungsleitelemente mit dem Wanddurchbruch zu verbinden.
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Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass das Trägerprofil mindestens eine lineare Anordnung von gleichmäßig beabstandeten Wanddurchbrüchen aufweist, wobei jedem Wanddurch jeweils ein Prozessvakuumanschluss einer Prozessvakuumpumpe zugeordnet ist.
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Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn sich der Wirkbereich der Behandlungseinrichtung parallel zum Trägerprofil zwischen zwei Kammerwänden der Prozesskammer erstreckt. Sodann wird die Homogenität des Restdrucks im Wirkbereich auf der gesamten Länge der Behandlungseinrichtung zwischen den Kammerwände im Vergleich zu bekannten Behandlungseinrichtungen vergrößert, da die Vakuumquellen näher an der Umgebung der Behandlungseinrichtung angeordnet sind. Gleichzeitig werden eine sehr gleichmäßige Prozessgasverteilung und sehr homogene Druckverhältnisse in der Umgebung der Behandlungseinrichtung, und zwar über deren gesamte Längsausdehnung, erreicht. Gegenüber einem offenen Trägerprofil weist ein geschlossenes Trägerprofil mit einer linearen Anordnung von Wanddurchbrüchen ein günstigeres Verhältnis von Gewicht und Festigkeit, beispielsweise Biegesteifigkeit, auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Trägerprofil an seinem freien Ende eine mit dem freien Ende des Sputtermagnetrons verbundene Stützeinrichtung aufweist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Trageinrichtung einen Befestigungsflansch aufweist, der an einer Befestigungsöffnung einer Kammerwand befestigt ist, wobei das Trägerprofil in einer Ebene senkrecht zum Befestigungsflansch teilbar ausgebildet ist.
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Durch diese Ausgestaltung kann eine Montagemöglichkeit für die Prozessvakuumpumpen im Trägerprofil geschaffen werden. Aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Hohlraum und der Umgebung außerhalb des Trägerprofils während des Behandlungsprozesses bestehen hierbei erhöhte Anforderungen an die Vakuumdichtheit des teilbaren Trägerprofils.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Hohlraum mittels einer Kühleinrichtung kühlbar ist.
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Insbesondere bei der Anordnung mehrerer Prozessvakuumpumpen im Hohlraum weisen Prozessvakuumpumpen auch trotz einer eventuell vorhandenen Wasserkühlung der Prozessvakuumpumpen eine nicht unbeachtliche Verlustwärmestrahlung an ihre Umgebung auf. Die Wasserkühlung der Prozessvakuumpumpen sorgt üblicherweise für die Kühlung des Motors sowie des onboard-controllers. Der onboard-controller ist unter anderem geeignet zur Steuerung der elektrischen Spannung oder/und Stromstärke einer Prozessvakuumpumpe in Abhängigkeit vom Sollsignal einer übergeordneten Prozesssteuerung. Die insbesondere bei hohen Saugleistungen auftretende Wärme am Prozessvakuumpumpengehäuse wird jedoch teilweise an die Umgebung der Prozessvakuumpumpe abgegeben. Zur Vermeidung der Überhitzung der Prozessvakuumpumpe im Hohlraum ist in dieser Ausgestaltung vorgesehen, den Hohlraum durch eine Ventilation aktiv zu kühlen. Dies ist ferner vorteilhaft, um die Kondensation an Kühlwasserleitungen, die zur Wasserkühlung der Prozessvakuumpumpen benötigt werden, zu vermeiden.
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Ferner kann vorgesehen sein, den onboard-controller von der Prozessvakuumpumpe zu trennen und außerhalb des Hohlraums anzuordnen. So können auch mehrere Prozessvakuumpumpen von einem gemeinsamen mehrkanaligen onboard-controller gesteuert werden. Zum einen wird hierdurch die Verlustwärmeleistung im Hohlraum reduziert, andererseits wird hierdurch aber auch der für die Anordnung der Prozessvakuumpumpe benötigte Bauraum reduziert. Mithin kann die Trageinrichtung kompakter gestaltet werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, die Kühleinrichtung in der Öffnung des Hohlraums anzuordnen. Hierzu kann die Kühleinrichtung beispielsweise als Ventilator ausgeführt sein. Durch den Eintritt der vom Ventilator in den Hohlraum geförderten Kühlluft erhöht sich mithin geringfügig der Druck im Hohlraum, wobei dieser aber im Wesentlichen noch dem Atmosphärendruck in der Umgebung außerhalb der Prozesskammer entspricht.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an der Trageinrichtung mindestens eine Behandlungseinrichtung parallel zum Trägerprofil angeordnet ist und an der Trageinrichtung mindestens eine Anode parallel zur Behandlungseinrichtung angeordnet ist.
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Die Behandlungseinrichtung ist beispielsweise als Beschichtungseinrichtung und diese wiederum als Sputterbeschichtungseinrichtung, als Verdampfungseinrichtung oder anders ausgebildet. Zumindest sollte die Beschichtungseinrichtung eine Beschichtungsquelle aufweisen, wobei eine Beschichtungsquelle eine Teilchenquelle für das auf einem Substrat abzuscheidende Material darstellt. Hinsichtlich von Sputterbeschichtungseinrichtungen können sowohl Planarmagnetrons als auch Rohrmagnetrons verwendet werden, und es kann ein einzelnes Sputtermagnetron vorgesehen sein oder an der Trageinrichtung sind zwei oder mehr Sputtermagnetrons angeordnet.
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Gut geeignet hierfür sind stabförmige Anoden, die sich über die gesamte Länge des Sputtermagnetrons erstrecken. Diese Anoden können elektrisch vom Befestigungsflansch her versorgt werden. Sind mehrere parallele Sputtermagnetrons an der Sputterbeschichtungseinrichtung angeordnet, so können die Anoden beispielsweise jeweils zwischen zwei benachbarten Targets angeordnet sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an der Trageinrichtung mindestens zwei Sputtermagnetrons parallel zueinander und parallel zum Trägerprofil angeordnet sind.
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Dadurch ist es möglich, an ein und derselben Trageinrichtung und dadurch gegenüber einer Einzelanordnung mit deutlich verringertem anlagentechnischem Aufwand gleichzeitig mehrere Beschichtungsquellen anzuordnen, wodurch bei der Verwendung desselben Targetmateriales eine deutlich erhöhte Sputterrate erzielt werden kann oder bei Verwendung unterschiedlicher Targetmaterialien Mischschichten oder Schichtsysteme erzeugt werden können.
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Weiterhin wird es dadurch möglich, zwei parallel angeordnete Magnetrons im Dual-Magnetron-Sputtering-Modus zu betreiben, bei dem die beiden Magnetrons gegensinnig mit Wechselspannung betrieben werden, so dass jedes Magnetron abwechselnd Kathode und Anode ist und stets eines der beiden Magnetrons Anode ist, wenn das andere Magnetron Kathode ist. Dadurch wird insbesondere bei der reaktiven Abscheidung nichtleitender Schichten ein Selbstreinigungseffekt der Magnetrons erzielt.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwischen der Behandlungseinrichtung und dem mindestens einen Wanddurchbruch eine Blende angeordnet ist.
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Mittels der Blende kann ein Verschmutzen der Trageinrichtung, insbesondere aber auch der Prozessvakuumanschlüsse verhindert werden. Mithin ist die Saugleistung der Prozessvakuumpumpen so zu bemessen, dass eine Evakuierung auf den entsprechenden Restdruck in der Umgebung der Behandlungseinrichtung, beispielsweise eines Sputtermagnetrons, sozusagen um die Blende herum erfolgen muss, da diesen den direkten Strömungsweg des Gases aus der Umgebung des Sputtermagnetrons hin zum Prozessvakuumanschluss blockiert.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Blende mit der mindestens einen Anode elektrisch leitend verbunden ist.
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Hierdurch wird erreicht, dass die Blende selbst als Anode wirkt.
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Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass der mindestens eine Wanddurchbruch zur Blende hin gerichtet ist.
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Bei dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Flächennormale des Wanddurchbruchs parallel zu einer Flächennormale der Blende ist. Sind mehrere Wanddurchbrüche vorgesehen können die Flächennormalen aller Wanddurchbrüche parallel sein. Hierdurch wird zunächst erreicht, dass die vorab beschriebene notwendige Umströmung der Blende, symmetrisch beidseits der Blende erfolgen kann. Zur Erzielung einer erhöhten effektiven Saugleistung ist der Abstand zwischen Blende und Wanddurchbruch in Abhängigkeit von der Größe des Prozessvakuumanschlusses und der Dimensionen der Blende zu wählen.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Vakuumbehandlungsanlage eine Substrattransporteinrichtung zum Transport von stückigem oder bandförmigen Substrat in eine Substrattransportrichtung aufweist und als Durchlauf-Vakuumbehandlungsanlage oder Batch-Anlage ausgebildet ist.
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Hierbei kann weiter vorgesehen sein, dass mindestens eine von Kammerwänden begrenzte, evakuierbare Prozesskammer eine Behandlungseinrichtung aufweist, wobei die Behandlungseinrichtung mindestens eine Sputterbeschichtungseinrichtung der oben beschriebenen Art umfasst, deren Befestigungsflansch an einer Befestigungsöffnung einer Kammerwand befestigt ist.
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Beispielsweise können mehrere der beschriebenen Sputterbeschichtungseinrichtungen mit ihrem jeweiligen Befestigungsflansch an der Kammerwand befestigt und dabei so angeordnet sein, dass die Sputtermagnetrons der Sputterbeschichtungseinrichtungen mit geringem Abstand zur Oberfläche einer in der Prozesskammer angeordneten, drehbar gelagerten Kühlwalze angeordnet sind, d.h. die Sputterbeschichtungseinrichtungen über die Mantelfläche der Kühlwalze verteilt sind.
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Derartige Konfigurationen bieten sich insbesondere für Bandbeschichtungsanlagen an, bei denen ein bandförmiges Substrat, beispielsweise eine Kunststofffolie oder ein Metallband, auf einem Abwickel bereitgestellt wird, im Spalt zwischen der Kühlwalze und den Sputtermagnetrons der Sputterbeschichtungseinrichtungen um die Kühlwalze herum geführt und dabei beschichtet wird und anschließend auf einen Aufwickel gewickelt wird. Aufwickel und Abwickel können dabei in der Prozesskammer oder in einer gemeinsamen Haspelkammer oder zwei separaten Haspelkammern angeordnet sein, die mit der Prozesskammer kommunizierend so verbunden ist bzw. sind, dass das Substrat von der oder einer Haspelkammer in die Prozesskammer und von der Prozesskammer in die oder eine Haspelkammer transportiert werden kann. Hierfür können in der Prozesskammer sowie, sofern vorhanden, in der oder den Haspelkammern Umlenkwalzen angeordnet sein, um das bandförmige Substrat vom Abwickel zur Kühlwalze und von der Kühlwalze zum Aufwickel zu leiten.
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Dabei kann beispielsweise die Kammerwand, an der die Sputterbeschichtungseinrichtung mit dem Befestigungsflansch der Trageinrichtung befestigt ist, beispielsweise als sogenannte Kammertür ausgeführt sein, die von der Prozesskammer gelöst und parallel verschoben werden kann, so dass die Sputterbeschichtungseinrichtung zu Wartungszwecken aus der Prozesskammer entnommen werden kann.
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Bei einer Bandbeschichtungsanlage der oben beschriebenen Art ist durch die parallele Verschiebung der Kammertür eine Entnahme der Sputterbeschichtungseinrichtungen zu Wartungszwecken aus der Prozesskammer möglich, ohne dass die Sputtermagnetrons die Kühlwalze berühren. Die Kühlwalze ist in der Prozesskammer an der der verschiebbaren Kammertür gegenüberliegenden Kammerwand befestigt und so angeordnet, dass ihre Rotationsachse relativ zu der verschiebbaren Kammerwand, an der die Sputterbeschichtungseinrichtungen befestigt sind, rechtwinklig und damit parallel zur Richtung der Verschiebung der Kammerwand ausgerichtet ist. Wird die Kammerwand verschoben, um die Sputterbeschichtungseinrichtungen aus der Prozesskammer zu entfernen, so verbleibt die Kühlwalze in der Prozesskammer, d.h. es werden nur die Sputterbeschichtungseinrichtungen entnommen, so dass sie zu Wartungszwecken gut zugänglich sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Hohlraum eine zweite Öffnung aufweist, die mit dem die Prozesskammer umgebenden Atmosphärendruck verbunden ist.
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Mit anderen Worten durchdringt die Trageinrichtung die Prozesskammer, so dass im gesamten Bereich in Längserstreckung der Trageinrichtung zwischen zwei gegenüberliegenden Kammerwänden Prozessvakuumpumpen anordenbar sind. Aufgrund dieser beidseits offenen Ausgestaltung kann ebenfalls die Kühlung der Prozessvakuumpumpen verbessert werden. Hierdurch wird ebenfalls erreicht, dass das Gewicht der Trageinrichtung auch an der gegenüberliegenden Kammerwand teilweise abgestützt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Öffnung blind verschlossen ist. Dies ist dann vorteilhaft, wenn die Trageinrichtung als Cantilever-Anordnung in der Prozesskammer angeordnet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Prozessvakuumpumpe als Turbomolekularpumpe ausgebildet ist. Hierbei kann weiter vorgesehen sein, dass die Vorvakuumanschlüsse der Turbomolekularpumpen mit einer gemeinsamen Vakuumpumpe verbunden sind, wobei die dafür notwendigen Strömungsleitelemente aus der Öffnung der Trageinrichtung herausgeführt werden. Auf gleiche Weise können auch Versorgungsleitungen der Prozessvakuumpumpen, insbesondere der Turbomolekularpumpen für elektrischer Energie oder Kühlmedien oder andere Medien durch die Öffnung der Trageinrichtung hindurchgeführt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
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1 eine schematische Ansicht einer Prozesskammer einer Vakuumbehandlungsanlage der vorgeschlagenen Art mit einer Prozessvakuumpumpe,
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2 eine schematische Ansicht einer Prozesskammer einer Vakuumbehandlungsanlage der vorgeschlagenen Art mit vier Prozessvakuumpumpe,
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3 eine schematische Ansicht einer Prozesskammer einer Vakuumbehandlungsanlage der vorgeschlagenen Art mit vier Prozessvakuumpumpe und zwei Öffnungen des Hohlraums,
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4 eine schematische Ansicht einer Trageinrichtung einer vorgeschlagenen Vakuumbehandlungsanlage und
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5 eine schematische Ansicht einer Trageinrichtung mit daran angeordneter Behandlungseinrichtung einer vorgeschlagenen Vakuumbehandlungsanlage.
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Die 1 bis 5 sind allesamt nicht maßstäblich dargestellt, so dass aus den Figuren weder absolute Maße noch relative Größenverhältnisse abgeleitet werden können.
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Zunächst soll in den 1 bis 3 der Grundgedanken der Erfindung verdeutlicht werden. Dieser besteht darin, die Prozessvakuumpumpen 5 näher am Wirkbereich der Behandlungseinrichtungen 7 der Vakuumbehandlungsanlage anzuordnen.
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Hierzu ist in den 1 bis 3 jeweils eine evakuierbare, von Kammerwänden 61 begrenzte Prozesskammer 6 dargestellt. Die Prozesskammer 6 umfasst weiterhin zumindest eine hier dargestellte Behandlungseinrichtung 7 zum Behandeln von nicht dargestellten Substraten. Die Behandlungseinrichtung 7 kann beispielsweise als Sputterbeschichtungseinrichtung ausgebildet sein.
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Die Behandlungseinrichtungen 7 können in vielerlei Gestalt innerhalb der Prozesskammer 6 angeordnet sein. So ist die Behandlungseinrichtung 7 gemäß 1 vertikal an einer vertikalen Kammerwand 61 der Prozesskammer 6 angeordnet. In den 2 und 3 ist die Behandlungseinrichtung 7 horizontal angeordnet. Aufgrund anderer Randbedingungen kann es erforderlich sein die Behandlungseinrichtung 7 in relativ großer Entfernung von einer Kammerwand 61 anzuordnen ist, oder dass der Wirkbereich der Behandlungseinrichtung 7 von der Kammerwand 61 weggerichtet ist.
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Erfindungsgemäß kann dennoch die Saugleistung als auch die Homogenität des Restdruckes im Wirkbereich der Behandlungseinrichtung 7 verbessert werden.
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Hierzu ist gemäß 1 eine Trageinrichtung 1 vorgesehen, die einen Hohlraum 19 aufweist. Der Hohlraum 19 ist mittels einer Öffnung 15 mit der Umgebung der Prozesskammer 6 verbunden, so dass im Hohlraum 6 der gleiche Atmosphärendruck herrscht, wie in der Umgebung der Prozesskammer 6. Sodann ist im Hohlraum 19 in Atmosphärendruck eine Prozessvakuumpumpe 5 angeordnet. Hierzu ist in der Trageinrichtung 1 stirnseitig ein Wanddurchbruch 16 vorgesehen, dem der Prozesspumpenanschluss 51 zugeordnet ist. Der Wirkbereich der Behandlungseinrichtung 7 kann mithin in dessen unmittelbarer Nähe durch den Wanddurchbruch 16 hindurch von der Prozessvakuumpumpe 5 evakuiert werden.
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Nicht dargestellte Versorgungsleitungen für die Prozessvakuumpumpe 5 können durch die Öffnung 15 hindurchgeführt werden. Zu diesen Versorgungsleitungen zählen unter anderem solche zur Versorgung der Prozessvakuumpumpe 5 mit elektrischem Strom, Kühlwasser oder elektrischen Signalen. Durch die Öffnung 5 sind ferner auch Strömungsleitelemente durchführbar, die mit dem Vorvakuumanschluss der Prozessvakuumpumpe 5 verbunden sind.
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Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft ist es, dass die Prozessvakuumpumpe 5 ohne eine grundlegende geometrische Veränderung der Prozesskammer 6 näher an den Wirkbereich der Behandlungseinrichtung 7 herangeführt werden kann.
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Gemäß 2 ist eine Behandlungseinrichtung 7 horizontal zwischen zwei sich gegenüberliegenden Kammerwänden 61 der Prozesskammer 6 angeordnet. Aufgrund der nicht maßstäblichen Darstellung der 1 bis 5 kann der Abstand der Behandlungseinrichtung 7 zu einer horizontalen Kammerwand 61 so groß sein, dass keine Prozessvakuumpumpe 5 außerhalb der Prozesskammer 6 so angeordnet werden kann, dass der Wirkbereich der Behandlungsanlage 7 auf den nach Qualität und Quantität erforderlichen Restdruck evakuiert werden kann.
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Erfindungsgemäß kann dieser erforderliche Restdruck aber dennoch eingestellt werden, indem die Prozessvakuumpumpen 5 näher an der Behandlungseinrichtung 7 angeordnet werden. So ist gemäß 2 eine Trageinrichtung 1 vorgesehen, die in ihrer Längserstreckung in Wesentlichen dem Abstand zwischen zwei vertikal sich gegenüberliegenden Kammerwänden 61 oder der Behandlungseinrichtung 7 entspricht. Entlang dieser Längserstreckung der Trageinrichtung 1 sind vier Prozessvakuumpumpen im Hohlraum 19 in Atmosphärendruck angeordnet. Ein Prozessvakuumanschluss 51 einer Prozessvakuumpumpe 5 ist jeweils einem Wanddurchbruch 16 der Trageinrichtung 16 zugeordnet. Die vier Wanddurchbrüche 16 können dabei gleichverteilt entlang der Längserstreckung der Trageinrichtung 1 sein. Ferner ist die Anordnung von mehr oder weniger als vier Prozessvakuumpumpen 5 erfindungsgemäß möglich.
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Im Gegensatz zu 1 und 2 weist die Vakuumbehandlungsanlage gemäß 3 zwei Öffnungen 15 des Hohlraums 19 auf. Ferner ist die Behandlungseinrichtung 7 im Gegensatz zu 2 in 3 im unteren Bereich der Prozesskammer 6 angeordnet. Die Trageinrichtung 1 kann mithin auf zwei sich gegenüberliegenden Kammerwänden 61 abgestützt werden. Zudem wird die Kühlung der Prozessvakuumpumpen 5 mittels einer nicht dargestellten Kühleinrichtung durch den beidseits offen Hohlraum 19 wesentlich erleichtert. Dies betrifft auch die Zugänglichkeit zu den Prozessvakuumpumpen 5.
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Grundsätzlich sind zu den in den 1 bis 3 dargestellten Vakuumbehandlungsanlagen andere Anordnungen der Trageinrichtung 1 in der Prozesskammer 6 bzw. der Prozessvakuumpumpen 5 im Hohlraum 19 erfindungsgemäß mit erfasst. Darunter zählen beispielsweise Einstülpungen der Trageinrichtung 1 gemäß der 1 und 2, d.h. mit einer Öffnung 15, sowie Durchführungen der Trageinrichtung 1 gemäß der 3, d.h. mit zwei Öffnungen.
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In 4 ist nur die Trageinrichtung 1 eines Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Vakuumbehandlungsanlage dargestellt. Die Trageinrichtung 1 umfasst einen Befestigungsflansch 11, an dem ein Trägerprofil 12 angeordnet ist, es handelt sich mithin um eine Cantilever-Anordnung. Das Trägerprofil 12 ist im Ausführungsbeispiel als Rohr ausgeführt, das über seine gesamte Länge eine lineare Anordnung von Wanddurchbrüchen 16 aufweist. Im Hohlraum 19 sind in diesem Ausführungsbeispiel sechs Prozessvakuumpumpen 5 angeordnet. Jedem der Wanddurchbrüche 16 ist jeweils ein Prozessvakuumanschluss 51 einer Prozessvakuumpumpe 5 zugeordnet. Diese Zuordnung kann mittels eines Flansches ausgeführt sein. Durch die lineare Anordnung von Wanddurchbrüchen 16 und den daran angeordneten Prozessvakuumanschlüssen 51 kann sowohl die Saugleistung als auch die Homogenität des Restdruckes über die gesamte Längsausdehnung der hier nicht dargestellten Behandlungseinrichtung 7 erhöht werden. Die Behandlungseinrichtung 7 ist für die 4 und 5 beispielhaft als Sputterbeschichtungseinrichtung ausgebildet.
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Parallel zum Befestigungsflansch 11 ist an diesem eine Blende 17 angeordnet, die der Begrenzung des Prozessraumes der Prozesskammer 6 dient, in welchem beispielsweise die Abtragung eine Targetmaterials sowie die Abscheidung des erzeugten Targetmaterialdampfes auf einer Substratoberfläche stattfindet.
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Das Trägerprofil 12 mündet am Befestigungsflansch 11 in einer ersten Öffnung 15. Über der ersten Öffnung 15 sind sowohl im Befestigungsflansch 11 als auch in der Blende 17 je zwei weitere Öffnungen angeordnet, die der Durchführung der Rohrtargets von zwei (hier nicht dargestellten) Sputtermagnetrons 2 dienen.
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Die Trageinrichtung 1 gemäß 4 ist mit einer daran angeordneten Sputterbeschichtungseinrichtung in den 5 schematisch dargestellt. Wie daraus ersichtlich ist, sind auf der am freien Ende des Trägerprofils 12 angeordneten Konsole 13 zwei Stützeinrichtungen 14 in Form von Gleitlagern angeordnet. In diesen Stützeinrichtungen 14 sind die freien Enden 21 von zwei Sputtermagnetrons 2, die hier als Rohrmagnetrons ausgeführt sind, angeordnet.
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Die gegenüberliegenden Anschlussenden 22 der beiden Sputtermagnetrons 2 sind durch die Öffnungen der Blende 17 sowie des Befestigungsflansches 11 geführt. An der gegenüberliegenden Seite des Befestigungsflansches 11 ist eine Versorgungseinrichtungen 23 angeordnet, durch die die Sputtermagnetrons 2 zum einen mit elektrischer Energie und Kühlmittel versorgt werden und die gleichzeitig dem rotierenden Antrieb der Sputtermagnetrons 2 dienen.
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Unterhalb der beiden Sputtermagnetrons 2 und seitlich versetzt zu diesen sind mehrere (hier nicht dargestellte) Anoden angeordnet. Bedarfsweise kann an diesen Anoden eine Blende 18 so angeordnet werden, dass Trageinrichtung 1 vor parasitärer Beschichtung geschützt ist.
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Zur besseren Sichtbarkeit ist das Trägerprofil 12 hier nicht in seiner eigentlichen Position an der Trageinrichtung 1 dargestellt, sondern leicht versetzt in einer Explosionsansicht, um den Blick auf die erste Öffnung 15 freizugeben. Das Trägerprofil 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Zweiteilung 121 auf, um eine sehr einfache Montage der im Inneren des Trägerprofils 12 (hier nicht dargestellten) sieben Prozessvakuumpumpen 5 zu ermöglichen. Die Zweiteilung 121 kann durch eine lösbare Verbindung, beispielsweise einen Flansch, ausgebildet sein. Jeder der sieben Prozessvakuumanschlüsse 51 ist jeweils an einer der sieben Wanddurchbrüche 16 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Trägerprofil 12 an seinem freien Ende druckdicht verschlossen. Ebenso wäre es jedoch möglich das Trägerprofil 12 in einer anderen Ausgestaltung an seinem freien Ende offen zu lassen, d.h. dass der Hohlraum 19 eine zweite Öffnung 15 aufweist. Diese Ausgestaltung wäre dann keine Cantilever-Anordnung der Trageinrichtung 1 mehr, sondern eine beidseits abgestützte Anordnung mit jeweils einer Öffnung 15 in jeweils einer Kammerwand 61.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trageinrichtung
- 11
- Befestigungsflansch
- 12
- Trägerprofil
- 121
- Zweiteilung
- 13
- Konsole
- 14
- Stützeinrichtung
- 15
- erste Saugöffnung
- 16
- Wanddurchbruch
- 17
- Blende
- 18
- Blende
- 19
- Hohlraum
- 2
- Sputtermagnetron
- 21
- freies Ende
- 22
- Anschlussende
- 23
- Versorgungseinrichtung
- 5
- Prozessvakuumpumpe
- 51
- Prozessvakuumanschluss
- 6
- Prozesskammer
- 61
- Kammerwand
- 7
- Behandlungseinrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012110284 B3 [0012]
