DE19743799C1 - Vorrichtung zur Einführung von stangenförmigem Targetmaterial in Elektronenstrahlbedampfungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einführung von stangenförmigem Targetmaterial in Elektronenstrahlbedampfungs­ anlagen mit einem unter einem Beschichtungsraum angeordneten vakuumdichten Magazinraum zur Aufnahme eines Targetmagazins, mit einer an der Unterseite des Beschichtungsraumes angeordne­ ten Targetaufnahme, einer von dem Beschichtungsraum bis in den Magazinraum reichenden durch die Targetaufnahme senkrecht durchgehenden Durchgangsöffnung zur Einführung des von unten nachschiebbaren Targetmaterials und einer in dem Magazinraum unter der Durchgangsöffnung zu dieser fluchtend angeordneten Targetführung, in die ein Schiebestück eingreift.

Eine derartige Vorrichtung ist aus einer Vakuumbeschichtungs­ anlage mit der Bezeichnung ESC30/300SC der Fa. Leybold Heraeus bekannt. Darin ist unter dem Beschichtungsraum ein Magazinraum angeordnet, der als Vakuumbehälter ausgeführt ist. Die Verbin­ dung zwischen dem Beschichtungsraum und dem Magazinraum ist lösbar ausgeführt und der gesamte Magazinraum kann vorgezogen werden. In diesem Magazinraum befindet sich eine senkrechte Targetführung. In diese Targetführung kann beim Beschichten stangenförmiges Targetmaterial eingebracht werden. Üblicher­ weise besteht dieses Targetmaterial aus zylinderförmigen Teil­ stücken, sogenannten Ingots. In die Targetführung wird die für den Beschichtungsprozeß erforderliche Menge an Targetmaterial eingelegt.

Nach Beschicken der Targetführung wird der Magazinraum wieder mit dem Beschichtungsraum verbunden. In dieser Position befin­ det sich die Targetführung mit den eingelegten Ingots als Targetmaterial unter einer Targetaufnahme in dem Beschich­ tungsraum.

In die Targetführung greift von unten ein Schiebestück ein, welches die das Targetmaterial, daß heißt den Stapel an In­ gots, nach oben schiebt, so daß das oberste Ingot die Tar­ getaufnahme durch eine Durchgangsöffnung durchdringt und somit in den Beschichtungsraum gelangt. Beim Beschichtungsvorgang selbst wird ein Elektronenstrahl auf die in der Targetaufnahme freiliegende Oberfläche des obersten Ingots gelenkt. Durch die Einwirkung der Elektronenstrahlung verdampft das Targetmateri­ al und schlägt sich auf einem Substrat in dem Beschichtungs­ raum nieder. Dabei verbraucht sich das Targetmaterial. Dem Verbrauch dieses Targetmaterials wird durch ein Nachschieben des Targetmaterials durch das Schiebestück begegnet. Somit kann der Prozeß solange durchgeführt werden, bis alle Ingots verbraucht sind. Folglich bestimmt das Aufnahmevermögen der Targetaufnahme die Prozeßzeit.

Das Schiebestück wird über eine Schiebestange bewegt, die durch die Unterseite des Magazinraumes vakuumdicht längsbeweg­ lich bewegt wird.

Diese Vorrichtung weist zur Erreichung produktiver Prozeß­ zeiten eine sehr große Bauhöhe auf, da eine größere Anzahl von Ingots in der Targetführung unterzubringen sind und damit die Höhe bzw. Länge der Targetführung und die Länge der Schiebest­ ange die gesamte Bauhöhe des Magazinraumes bestimmen. Diese Bauhöhe bringt es mit sich, daß bereits bauseitig entsprechen­ de tiefe Gruben oder entsprechende Tragegestelle vorzusehen sind.

Eine ähnliche Anordnung ist in dem deutschen Gebrauchsmuster 296 02 332 beschrieben. Darin ist das Target stabförmig ausge­ bildet und in einer sogenannten Nachförderungseinrichtung gehalten. In dieser Nachförderungseinrichtung kann das Target in der Längsachse gegenüber der stirnseitigen Verdampfungs­ fläche verschoben werden, wodurch ein Nachführen beim Ver­ brauch des Targets während des Zerstäubungsvorganges ermög­ licht wird.

In der deutschen Patentschrift 705 794 ist ebenfalls eine Nachführvorrichtung für Zerstäubungsmaterial beschrieben, welches als Metalldraht auf einer Rolle aufgewickelt ist und durch eine Bohrung in einem Kathodenhalter in die Kathodenzer­ stäubungskammer eingeführt werden kann. Beim Verbrauch dieses Zerstäubungsmaterials kann dieses somit von der Rolle stets nachgeführt werden. Diese Vorrichtung ist allerdings nur für metallische Zerstäubungsmaterialien oder solche Materialien geeignet, die elastisch genug sind, auf einer Rolle aufgewic­ kelt zu werden. Soll sprödes Targetmaterial eingesetzt werden oder das Material eine große Dicke aufweisen, um zu einer großen Zerstäubungsfläche zu gelangen, kann diese Vorrichtung nicht eingesetzt werden.

In dem japanischen Patent 05-279 847 ist eine Targetwechsel­ einrichtung im Inneren des Vakuumraumes einer Zerstäubungsein­ richtung dargestellt. Dabei wird mittels der Targetwechselvor­ richtung ein verbrauchtes Target über eine Schwenkbewegung auf einen Ablagestapel geführt und von einem Vorratsmagazin ein neues Targetmaterial in die Zerstäubungsposition geschwenkt.

Bei dieser Lösung ist bei jedem Wechsel eines verbrauchten Targetstückes eine Betätigung der Targetwechselvorrichtung erforderlich, was zusätzlich mit einem Eingriffin den Zer­ stäubungsablauf verbunden ist.

Eine andere Lösung einer Targetwechselvorrichtung ist in der deutschen Offenlegungsschrift 195 43 375 dargestellt. Darin sind verschiedene Target auf einem Targetteller angeordnet, wobei der Targetteller die Substrate im Taktbetrieb vor eine Beschichtungsblende bringen kann. Damit wird ein rascher Aus­ tausch der Target ermöglicht. Diese Lösung ist vorwiegend dafür vorgesehen, komplexe Schichtfolgen zu erzielen.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die Bauhöhe von Elektronenstrahlbedampfungsanlagen zu verringern und de­ ren Produktionszeit zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens zwei Targetführungen angeordnet sind, an die ein Verstellantrieb angreift. Mit dem Verstellantrieb ist nachein­ ander jede Targetführung zu der Durchgangsöffnung fluchtend justierbar. An der Durchgangsöffnung ist eine Klemmvorrichtung vorgesehen, die an dem in der Durchgangsöffnung befindlichen Targetmaterial klemmend angreift.

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung wird es möglich, den Stapel an Ingots auf mindestens zwei Targetführungen zu verteilen. Damit kann zunächst der eine Stapel an Targetfüh­ rungen aufgebraucht werden. Befindet sich das letzte Ingot in der Targetaufnahme, wird dieses über die Klemmvorrichtung festgeklemmt. Sodann kann der Verstellantrieb die nächste Targetführung unter die Durchgangsöffnung positionieren und den Stapel an Ingots mittels des Schiebestückes anheben. Da­ nach kann die Klemmung der Klemmvorrichtung aufgehoben werden. Erst wenn alle Stapel an Ingots verbraucht sind, ist eine neue Beschickung der Targetführung erforderlich.

In einer günstigen Ausgestaltung ist vorgesehen, die Target­ führungen in einer Trommel anzuordnen, die von einem als Dreh­ antrieb ausgeführten Verstellantrieb verstellbar ist. Mit dem Drehantrieb wird eine Justage der Targetführungen bezüglich der Durchgangsöffnung mit relariv einfachen technischen Mit­ teln bewerkstelligt.

Die Ausführungsform kann dadurch fortgebildet werden, daß die Trommel eine senkrechte Rotationsachse aufweist und daß die Targetführungen konzentrisch zu dieser Rotationsachse in ihrer Längserstreckung senkrecht in die Trommel eingebracht sind. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß sich das stangenförmige Targetmaterial bereits in der senkrechten Lage befindet, in der es sodann auch in den Beschichtungsraum geschoben wird.

Diese Ausgestaltung ist dadurch weitergebildet, daß ein oberer Achsstumpf der Trommel an einem an der Oberseite des Magazin­ raumes angeordneten Lager und ein unterer Achsstumpf der Trom­ mel in einem an der Unterseite des Magazinraumes angeordneten Lager gelagert ist. Der untere Achsstumpf ist dabei durch die Unterseite des Magazinraumes vakuumdicht nach außen geführt. An diesen unteren Achsstumpf greift außerhalb des Magazinrau­ mes ein Stellmotor direkt oder über ein Getriebe an, wobei der Stellmotor mit einer Stellmotorsteuerung verbunden ist.

Mit dieser Lösung ist der Antrieb außerhalb des Vakuums an­ geordnet, wodurch im wesentlichen Prozeßkontaminationen ver­ mieden werden können. Durch die Stellmotorsteurung wird die fluchtende Übereinstimmung des stangenförmigen Targetmaterials in den Targetführungen mit der Durchgangsöffnung mit für jede einzelne Targetführung eingestellt, wenn diese zur Beschickung des Prozeßraumes an der Reihe ist.

In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Schiebestück mit einer Spindelmutter eines Spindelmut­ terantriebes verbunden ist, dessen Spindelrotationsachse senk­ recht verläuft.

Durch einen derartigen Spindelantrieb werden lange Schubstan­ gen oder dergleichen vermieden und in einfacher Art und Weise eine Drehbewegung in eine Längsbewegung der Spindelmutter umgesetzt.

Besonders zweckmäßig ist es, daß zwischen der dem Spindelmut­ terantrieb zugewandten Außenseite und jeder Targetführung zu­ gewandten Außenseite der Trommel und jeder Targetführung in Längserstreckung der Targetführung ein Schlitz eingebracht ist. Das Schiebestück ist dabei als Finger ausgebildet, der sich im wesentlichen waagerecht von der Spindel zur Trommel erstreckt und der jeweils in den Schlitz der zur Durchgangs­ öffnung fluchtenden Führung eingreift. Damit kann der Spindel- Mutter-Antrieb neben den Targetführungen angeordnet werden, so daß sich die Bauhöhe im wesentlichen nur noch aus der Länge der einzelnen Targetführungen bestimmt. Je geringer also die Bauhöhe sein soll, desto größer muß die Anzahl der Targetfüh­ rungen sein, um die Höhe der Stapel an Ingots zu verringern.

Die Höhe des Spindelmutterantriebes richtet sich dabei jeweils nach der Länge bzw. Höhe der Targetführungen.

In einer Fortbildung dieser Lösung ist vorgesehen, daß die Spindel an ihrem oberen Ende in einem neben der Durchgangsöff­ nung an der Oberseite des Magazinraumes angeordneten Lager und das untere Ende der Spindel in einem an der Unterseite des Magazinraumes geführten Lager geführt ist. Dabei ist das unte­ re Ende der Spindel durch die Unterseite des Magazinraumes hindurch nach außen geführt. An diesem unteren Ende greift ein Spindelmotor direkt oder über ein Getriebe an, wobei der Spin­ delmotor mit einer Spindelmotorsteuerung verbunden ist.

Auch hierbei wird der motorische Antrieb der Spindel außerhalb des Vakuumraumes angeordnet. Durch ein einfaches Einleiten einer Drehbewegung auf die Spindel kann die Längsbewegung von außen durchgeführt werden. Mit der Spindelmotorsteuerung wird der Bewegungsablauf des Fingers gesteuert. Dadurch wird der Finger vor einem Wechsel der Targetführung ganz nach unten aus der Trommel herausgefahren. Sodann kann die Trommel gedreht werden, bis eine nächste Targetführung unter der Durchgangsöffnung positioniert ist. Anschließend wird der Spindelmotor die Spindel antreiben und damit den Finger nach oben bewegen, wodurch dieser den Stapel an Ingots in der ent­ sprechenden Targetführung nach oben hebt, solange bis dieser verbraucht ist. Anschließend wird der Finger wieder nach unten gefahren und der gesamte Vorgang fortgesetzt.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Klemmvorrichtung in oder unterhalb der Targetaufnahme angeordnet. Die Klemmvorrichtung selbst ist als ein um das Targetmaterial liegender Klemmring ausgeführt. Dieser ist auf seiner dem Targetmaterial zugewandten Innenseite nach unten verjüngend konisch ausgeführt. In einem Raum zwischen dem Targetmaterial und der konischen Innenseite sind Kugeln einge­ legt. Dabei ist die kleinste Konusweite kleiner als die Summe aus der Dicke des Targetmaterials und dem zweifachen Kugel­ durchmesser und die größte Konusweite ist größer als diese Summe.

Infolge der Schwerkraft liegen die Kugeln stets in ihrer un­ tersten möglichen Position. Beim Schieben des Targetmaterials, daß heißt der Ingots, nach oben, werden die Kugeln in dem Klemmring infolge der Reibung des Targetmaterial an der Ku­ geloberfläche leicht nach oben angehoben und heben eine Klemm­ wirkung auf. Entfällt die Schubkraft durch das Schiebestück, wird die Schwerkraft des in der Targetaufnahme befindlichen Targetmaterials das Targetmaterial versuchen nach unten zu bewegen. Dabei wird versucht, die Kugeln ebenfalls infolge der Reibung an der Außenseite des Targetmaterials zu bewegen, was zu einer Klemmung der Kugeln zwischen der konischen Innenseite und der Außenseite des Targetmaterials führt. Das Targetmate­ rial ist somit bei Wegfall der Schiebebewegung durch das Schiebestück in dieser Position festgehalten. Sodann kann der Wechsel der Targetführung unterhalb des festgeklemmten Target­ materials erfolgen, bis das Schiebstück wieder erneutes Tar­ getmaterial an die Unterseite des festgeklemmten Targetmateri­ als anlegt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Elektronenstrahlbedampfungsanlage im Schnitt.

Die Elektronenstrahlbedampfungsanlage beinhaltet eine Be­ schichtungskammer 1. In diese Beschichtungskammer 1 greift eine Substrathalterung 2 ein. Auf dieser Substrathalterung 2 ist ein Substrat 3 befestigt.

Auf der Unterseite 4 der Beschichtungskammer ist eine Tar­ getaufnahme 5 angeordnet. Diese Targetaufnahme 5 weist eine Durchgangsöffnung 6 auf, die durch die Unterseite 4 der Be­ schichtungskammer 1 bis in einen Magazinraum 7 reicht. Die Targetaufnahme 5 dient der Aufnahme von stangenförmigem Tar­ getmaterial 8 in Form von Ingots. Auf die Oberfläche 9 des Targetmaterials 8 ist ein Elektronenstrahl 10 gerichtet. Infol­ ge der Einwirkung des Elektronenstrahls 10 wird das Targetma­ terial 8 verdampft und auf dem Substrat 3 abgeschieden. Dabei verbraucht sich das Targetmaterial 8.

An der Oberseite 11 des Magazinraumes ist eine Klemmvorrich­ tung 12 angeordnet. Diese Klemmvorrichtung 12 besteht aus einem konzentrisch zur Mittellinie der Durchgangsöffnung 6 liegenden Klemmring 13. Dieser Klemmring 13 ist auf seiner dem Targetmaterial 8 zugewandten Innenseite nach unten hin verjün­ gend konisch ausgeführt. In einem Zwischenraum zwischen dem Klemmraum 13 und dem Targetmaterial 8 sind Kugeln 14 einge­ legt, die das Targetmaterial 8 festklemmen, sobald dieses das Bestreben hat, infolge seiner Schwerkraft nach unter zu glei­ ten.

In dem Magazinraum 7 ist eine Trommel 15 drehbar gelagert. Dabei ist ein oberer Achsstumpf 16 in eine an der Oberseite 11 des Magazinraumes angebrachten Lager 17 gelagert. Ein unterer Achsstumpf 18 der Trommel 15 ist vakuumdicht durch die Unter­ seite 19 des Magazinraumes 7 geführt. An der äußeren Untersei­ te 19 des Magazinraumes befindet sich ein Lager 20 zur Lage­ rung des unteren Achsstumpfes 18. An dem unteren Achsstumpf 18 ist ein Getriebe 21 und darin ein Stellmotor 22 angeschlossen. In der Trommel 15 sind konzentrisch zur Mittelachse 23 der Trommel 15 Targetführungen 24 eingearbeitet. Die Targetführun­ gen 24 dienen der Aufnahme mehrerer Ingots des Targetmaterial 8. Zwischen der Außenseite 25 der Trommel 15 und der Target­ führung 24 ist ein Schlitz 26 eingebracht.

Neben der Trommel 15 befindet sich die Spindel 27 eines Spin­ del-Mutter-Antriebes. Die Spindel 27 ist an ihrem oberen Ende 28 in einem Lager 29, welches an der Oberseite 11 des Magazin­ raumes 7 befestigt ist, gelagert. Das untere Ende 30 der Spin­ del 27 ist durch die Unterseite 19 des Magazinraumes 7 vakuum­ dicht hindurchgeführt. An der Außenseite der Unterseite 19 des Magazinraumes 7 ist ein Lager 31 angeordnet, welches der Lage­ rung des unteren Endes 30 der Spindel 27 dient. An dem unteren Ende 30 ist ein Getriebe 32 und darin ein Spindelmotor 33 angebracht.

Eine auf der Spindel 27 verdrehsicher geführte Spindelmutter 34 ist mit einem Finger 35 versehen. Dieser Finger 35 greift in Schlitz 26 der jeweiligen Targetführung 24 ein, die unter der Durchgangsöffnung 6 positioniert ist.

Durch Drehung der Spindel 27, was über den Spindelmotor 33 bewerkstelligt wird, erfolgt ein Anheben des Targetmaterials 8, bis dieses verbraucht ist, daß heißt bis sich das letzte Ingot des Targetmaterials 8 in der Targetaufnahme 5 befindet. Sodann wird die Drehrichtung der Spindel 27 geändert, infolge­ dessen der Finger nach unten fährt. Befindet dieser sich au­ ßerhalb des Drehbereiches der Trommel 15, so wird über den Stellmotor 22 die Trommel 15 gedreht, bis die nächste noch gefüllte Targetführung 24 unter der Durchgangsöffnung 6 posi­ tioniert ist. Danach greift der Finger 4 wieder in den Schlitz und schiebt den nächsten Stapel von Ingots des Targetmaterials 8 nach oben, so daß die weitere Beschickung der Targetaufnahme 5 gewährleistet ist.

Bezugszeichenliste

1

Beschichtungskammer

2

Substrathalterung

3

Substrat

4

Unterseite der Beschichtungskammer

5

Targetaufnahme

6

Durchgangsöffnung

7

Magazinraum

8

Targetmaterial

9

Oberfläche des Targetmaterials

10

Elektronenstrahl

11

Oberseite des Magazinraumes

12

Klemmvorrichtung

13

Klemmring

14

Kugel

15

Trommel

16

Oberer Achsstumpf

17

Lager

18

Unterer Achsstupf

19

Unterseite des Magazinraumes

20

Lager

21

Getriebe

22

Stellmotor

23

Mittelachse der Trommel

24

Targetführung

25

Außenseite der Trommel

26

Schlitz

27

Spindel

28

Oberes Ende

29

Lager

30

30

Unteres Ende

31

Lager

32

Getriebe

33

Spindelmotor

34

Spindelmutter

35

Finger

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Einführung von stangenförmigem Targetmate­ rial in Elektronenstrahlbedampfungsanlagen mit einem unter einem Beschichtungsraum angeordneten vakuumdichten Maga­ zinraum zur Aufnahme eines Targetmagazins, mit einer an der Unterseite des Beschichtungsraumes angeordneten Tar­ getaufnahme, einer von dem Beschichtungsraum bis in den Magazinraum reichenden durch die Targetaufnahme senkrecht durchgehenden Durchgangsöffnung zur Einführung des von unten nachschiebbaren Targetmaterials, und einer in dem Magazinraum unter der Durchgangsöffnung zu dieser fluch­ tend angeordneten Targetführung, in die ein Schiebestück eingreift, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Targetführungen (24) angeordnet sind, an die ein Verstellantrieb (21; 22) angreift, mit dem nach­ einander jede Targetführung (24) zu der Durchgangsöffnung (6) fluchtend justierbar ist, und
daß an der Durchgangsöffnung (6) eine Klemmvorrichtung (12) vorgesehen ist, die an dem in der Durchgangsöffnung (6) befindlichen Targetmaterial (8) klemmend angreift.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Targetführungen (24) in einer Trommel (15) angeordnet sind, die von einem als Drehan­ trieb (21; 22) ausgeführten Verstellantrieb verstellbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trommel (15) eine senk­ rechte Rotationsachse (23) aufweist, und daß die Target­ führungen (24) konzentrisch zu dieser Rotationsachse (23) in ihrer Längserstreckung senkrecht in die Trommel (15) eingebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein oberer Achsstumpf (16) der Trom­ mel (15) in einem an der Oberseite (11) des Magazinraumes (7) angeordneten Lager (17) und ein unterer Achsstumpf (18) der Trommel (15) in einem an der Unterseite (19) des Magazinraumes (7) angeordneten Lager (20) gelagert ist,
daß der untere Achsstumpf (18) durch die Unterseite (19) des Magazinraumes (7) vakuumdicht nach außen geführt ist und
daß an dem unteren Achsstumpf (18) außen ein Stellmotor (22) direkt oder über ein Getriebe (21) eingreift, der mit einer Stellmotorsteuerung verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Schie­ bestück (35) mit einer Spindelmutter (34) eines Spindel­ mutterantriebes verbunden ist, dessen Spindelrotations­ achse senkrecht verläuft.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der dem Spindelmutterantrieb zugewandten Außenseite (25) der Trommel (15) und jeder Targetführung (24) in Längserstreckung der Targetführung (24) ein Schlitz (26) eingebracht ist, und
daß das Schiebestück als Finger (35) ausgebildet ist, der im wesentlichen waagerecht von der Spindel (27) zur Trom­ mel (15) erstreckt und der jeweils in den Schlitz (26) der zur Durchgangsöffnung (6) fluchtenden Targetführung (24) eingreift.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spindel (27) an ihrem oberen Ende (28) in einem neben der Durchgangsöffnung (6) an der Oberseite (11) des Magazinraumes (7) angeordneten Lager (29) und das untere Ende (30) der Spindel (27) an der Unterseite (19) des Magazinraumes (7) hindurch nach außen geführt ist, und
daß an dem untere Ende (30) der Spindel (27) ein Spindel­ motor (33) direkt oder über ein Getriebe (32) angreift, der mit einer Spindelmotorsteuerung verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Klemmvor­ richtung (12) in oder unterhalb der Targetaufnahme (5) angeordnet ist und
daß die Klemmvorrichtung (12) als um das Targetmaterial (8) liegender Klemmring (13) ausgeführt ist, der auf sei­ ner dem Targetmaterial (8) zugewandten Innenseite nach unten verjüngend konisch ausgeführt ist, und in einem Raum zwischen dem Targetmaterial (8) und der konischen Innen­ seite Kugeln (14) eingelegt sind, wobei die kleinste Ko­ nusweite kleiner als die Summe aus der Dicke des Targetma­ terials (8) und dem zweifachen Kugeldurchmesser und die größte Konusweite größer als diese Summe ist.