WO1998028461A1 - Vakuumbehandlungsanlage - Google Patents

Abstract

Um die Wand eines Vakuumrezipienten mit Öffnungen (3) zum Anflanschen von Oberflächenbehandlungsstationen optimal auszunützen, werden Leitungen (62) in das Wandungsmaterial eingearbeitet entlang Mantellinien des Wandzylinders und diese Leitungen (62) über Anschlussstutzen (64) mit den anliegenden Öffnungen (3) für die Behandlungskammern verbunden.

Description

Vakuumbehandlungsanlage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumbehandlungsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die vorliegende Erfindung, gemäss Oberbegriff von Anspruch 1, geht von der Kenntnis aus, dass eine ohnehin vorzusehende Aussengehäusewand bekannter Anlagen schlecht ausgenützt ist und deshalb viele Zuführleitungen, wie insbesondere Pumpenanschlüsse zu den jeweils vorgesehenen Bearbeitungsstationen separat zu führen sind, was trotz kompakter Anlagebauweise um diese herum ein Wirrwarr unzähliger Anschlussleitungen ergibt, teilweise mit ungenau definierten Leitwerten. Es stellt sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine gemäss Oberbegriff von Anspruch 1 aufgebaute Anlage weiter kompakter aufzubauen, was durch deren Ausbildung nach dem Kennzeichen von Anspruch 1 erreicht wird. Dadurch, dass in die Wandung des Aussengehäuses achsparallele Bohrungen zwischen den Öffnungen vorgesehen sind, jeweils mit einem Anschluss nach aus- sen zum Anschliessen eines externen Aggregates sowie mit je mindestens einem weiteren Anschluss im die die angrenzenden Öffnungen definierenden Wandungsbereiche des Aussengehäuses, wird erreicht, dass an der Anlage kürzestmögliche Leitungen mit hohen, klar definierten Leitwerten, insbesondere als Vakuumleitungen realisiert werden. Sie werden insbesondere als Pumpanschlüsse zu Pumpen direkt und mehrfach genutzt, ebenso für gegebenenfalls vorgesehene Gasanschlüsse. Sie wirken weiter als Verteilsysteme direkt in die erwähnte Wandung integriert .

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Behandlungsanlage zeichnen sich gemäss Wortlaut der abhängigen Ansprüche 2 bis 7 aus; bevorzugte Verwendungen nach den Ansprüchen 8 bis 10. Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemasse Anlage unter dem ersten Aspekt;

Fig. 2 ausgehend von der Darstellung gemäss Fig. 1 eine bevorzugte fluid- , vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch getriebene Mitnehmeranordnung anhand einer vergrösserten Ausschnittsdarstellung eines Mitnehmer-Bereiches ;

Fig. 3 schematisch eine Dichtungsanordnung im Öffnungsbereich einer Behandlungskammer unter dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Dichtung nach Fig. 3;

Fig. 5 schematisch die Aufsicht auf einen Aussengehäuse- Ausschnitt einer Anlage;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung durch einen Abschnitt des Anlageaussengehäuses, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt und geschnitten entlang der Line I-I;

Fig. 7 einen Querschnittsausschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anlage in vereinfachter Darstellung;

Fig. 8 eine Längsschnittdarstellung durch einen Teil einer erfindungsgemässen Anlage in bevorzugter Ausführungsform; Fig. 9 eine Querschnittsdarstellung durch einen Teil einer erfindungsgemässen Anlage gemäss Fig. 8 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist, rein schematisch, eine Anlage dargestellt grundsätzlich der in der EP-A-0 136 562 vorbekannten Art, aber gemäss dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weitergebildet .

An einem im wesentlichen um eine Achse A zylindrisch ausgebildeten Aussengehäuse 1 sind entlang mindestens eines, wie dargestellt entlang zweier Grosskreise K, Öffnungen 3 zum Durchtransport oder zur Behandlung von Werkstücken 5 vorgesehen. An den Öffnungen 3 sind Behandlungskammern angeordnet, worunter generell Beschichtungs- , Ätz-, Kühl-, Heiz-, Transport- oder Schleusenkammern verstanden seien, dabei vorzugsweise mindestens eine Oberflächenbehandlungskammer, vorzugsweise Plasma-Oberflächenbehandlungskammer, dabei weiter vorzugsweise Zerstäubungskammer, insbesondere mit einer Magnetronquelle .

Gemeinsam mit der Innenwand des Aussengehäuses 1 bildet die Aussenwand eines Innengehäuses 7, ebenfalls im wesentlichen bezüglich der Achse A zylindrisch, eine ringförmige Transportkammer 9. Darin ist, bezüglich der Achse A drehgetrieben, ein Karussell 11 vorgesehen, woran, entlang der erwähnten Grosskreise K, die Werkstücke 5, dabei bevorzugterweise scheibenförmige Werkstücke, abgelegt und gehaltert sind. Bevorzugterweise handelt es sich um Speicherplatten, wie CD, DVD, HD, insbesondere um wiederbeschreibbare Speicherplatten wie MOD, Phase-Change-Disks und RC (Recordable Disks) . Durch die Drehbewegung des Karussells 11 um die Achse A werden die Werkstücke 5 auf ein oder mehreren Grosskreisen K sukzessive gegenüber Öffnungen 3 der jeweiligen Kammern 14 positioniert. Am Innengehäuse 7 sind erfindungsgemäss, je den Öffnungen 3 gegenüberliegend, Antriebe 16 vorgesehen, mittels welcher Stössel 18 als Mitnehmer radial gegen die Öffnungen 3 hin bewegt bzw. von letzteren zurückgeholt werden. Ob direkt oder indirekt, z.B. über einen (hier nicht dargestellten) Aufnah- meteller, wirken die Stössel 18 auf die entsprechend positionierten Werkstücke 5, und ihr Vorschub bewegt die Werkstücke 5 in gefordertem Masse zu den Öffnungen 3 hin bzw. von letzteren zurück. Jeder der Antriebe 16 kann einerseits, wann immer erwünscht, aktiviert werden, und anderseits kann sein Hub spezifisch so ausgelegt werden, wie es die jeweilige Bearbeitung an der jeweiligen Kammer 14 erfordert. Ist die Kammer 14 beispielsweise eine Schleusenkammer, so kann am entsprechenden Antrieb 16 ein etwas grösserer Hub erforderlich sein als an andern Kammern, um eine höheren Anforderungen genügende Abdichtung im Öffnungsbereich 3 zu erzielen.

Wie aus Fig. 1 somit ersichtlich, wird jeder der vorgesehenen Stössel mit einem eigenen Antrieb 16 versehen. In Fig. 1 werden Werkstücke vom Karussell an zwei Grosskreisen K jeweils zugeordneten Kammern 14 zugeführt, wobei in den meisten Fällen Kammern 14 nur entlang einem Grosskreis K vorgesehen werden mit entsprechender Auslegung von Karussell 11 und Antrieben 16.

Es ist durchaus möglich, an der Kammer gemäss Fig. 1 wohl Behandlungskammern 14 entlang mehrerer Grosskreise K vorzusehen, das Karussell 11 aber nur so auszulegen, dass Werkstücke 5 entlang eines einzigen Grosskreises K angeordnet werden, dann aber das Karussell 11 auch axial, d.h. in Richtung der Achse A auf- und abzuverschieben, um beispielsweise die Werkstücke erst an den Behandlungskammern 14 am einen Grosskreis K, dann an den Behandlungskammern 14 entlang eines zweiten Grosskreises K vorbeizuführen. Die Antriebe 16 gemäss Fig. 1 können magnetisch, elektromotorisch fluidgetrieben, dabei pneumatisch oder hydraulisch sein, vorzugsweise pneumatisch.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines derartigen Antriebes 16 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Es muss betont werden, dass ein derartiger Antrieb, d.h. generell eine solche fluid- gesteuerte, insbesondere pneumatische oder hydraulische Dichtungssteuerung auch an andersgearteten Vakuumbehandlungsanlagen als der in Fig. 1 gezeigten eingesetzt werden kann, nämlich überall dort, wo angestrebt wird, ein Werkstück der Öffnung einer Behandlungskammer zuzuführen, dabei letztere in erforderlichem Ausmass abzudichten.

Ein pneumatischer Antrieb wird aus vakuumtechnischen Gründen bevorzugt .

An einer Wand, vorzugsweise einer stationären Gehäusewand 7a, welche einseitig einen Transportraum 9a definiert oder gegebenenfalls an einem ebenfalls beweglichen, nicht weiter dargestellten Transportorgan, beispielsweise für die Bedienung mehrerer Behandlungskammeröffnungen 3a, ist ein dichter Balg 20 vorgesehen, vorzugsweise mit einer Stabilisierungspartie 22 oder einer Eingriffspartie, wie gestrichelt bei 23 dargestellt .

Durch Druckbeaufschlagung des Balgvolumens und dessen Expansion wird das Werkstück 5 von einer Transportanordnung 11a, wie vom Karussell 11 von Fig. 1, gegen die Öffnung 3a angehoben und damit in erforderlichem Masse ein Abdichten des Prozessraumes der Behandlungskammer 14 von der Transportkammer 9a erzielt. Durch Druckentlastung, beispielsweise mittels eines Auslassventils 25 vom Balgraum, wird der gegebenenfalls federgespannte Balg mit dem Werkstück 5 rückgeholt . Damit wird eine fluid-, insbesondere pneumatisch oder hydraulisch betätigbare bzw. steuerbare Dichtungsanordnung im Öffnungsbereich 3a der Behandlungskammer 14 realisiert.

Mit Blick auf Fig. 1 ist ohne weiteres erkenntlich, dass durch Ausbildung der Antriebe 16 von Fig. 1, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, sich eine extrem geringe Baugrösse ergibt, und dass, weiterhin mit Blick auf Fig. 1, die Anordnung der Antriebe nach Fig. 2 modular am Innenzylinder 7, ermöglicht diesen kleinstmöglich auszubilden, weil praktisch im Innenzylinder 7 keine Hublängen aufzunehmen sind.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante einer hydraulisch, insbesondere pneumatisch oder hydraulisch, vorzugsweise pneumatisch gesteuerten Dichtungsanordnung schematisch dargestellt. Um den Öffnungsbereich 3b einer Behandlungskammer 14 ist ein elastischer Schlauch 30 oder ein elastischer Balg angeordnet und wird, wie mit p dargestellt, gesteuert druckbeaufschlagt. Dabei dehnt sich der Schlauch 30 im Rahmen seiner Eigenelastizität aus und legt sich dichtend an die Transportanordnung 11b für das Werkstück 5 oder, falls dies zulässig ist, direkt an das Werkstück 5 (nicht dargestellt) an. Dabei muss das Werkstück 5 bezüglich der Transportanordnung 11b nicht in Richtung der Öffnung 3b bzw. von ihr weg verschoben werden.

Anstelle der wie in Fig. 3 dargestellten Schlauch- bzw. Balganordnung 30 kann die schematisch in Fig. 4 dargestellte Anordnung treten, bei der anstelle des Balges bzw. Schlauches 30 ein metallischer Balg 31 tritt, der gegebenenfalls mit einem Elastomer beschichtet ist. Der gegebenenfalls Elasto- mer-aussenbeschichtete metallische Balg 31 wird bei seiner, wie mit p wiederum schematisch dargestellt, erfolgenden Druckbeaufschlagung, bevorzugterweise auf eine O-Ring-Anord- nung 32 gepresst. Die in Fig. 4 dargestellte gesteuerte Dichtungsanordnung erlaubt es, höheren Temperaturbelastungen ausgesetzt zu werden, als die in Fig. 3 dargestellte, indem die Elastizitätswerte der Metallmembrane bzw. des Metallbalges 31 in wesentlich weiteren Temperaturbereichen im wesentlichen konstant bleiben, verglichen mit denjenigen elastischer Schläuche bzw. Bälge 30 aus einem Kunststoff. Damit wird die Anordnung gemäss Fig. 4 vornehmlich in thermisch höher belasteten Bereichen eingesetzt.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt der Aussenwandung bzw. des Aussengehäuses 1 einer erfindungsgemässen Vakuumbehandlungsanlage unter dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Sie umfasst Öffnungen 3 für die Montage der vorbeschriebenen Behandlungskammern. Dazwischen sind, in Richtung von Zylindermantellinien, in die Wandung des Gehäuses 60 Leitungen bzw. Bohrungen 62 eingelassen, welche über Anschlüsse 64 je mit benachbarten Wandpartien, welche die Öffnungen 3 bilden, kommunizieren und mit einem weiteren Anschluss 66 von aussen anschliessbar sind. Selbstverständlich sind die Leitungen 62 oben und unten verschlossen bzw. können z.B. mit Gewindebolzen verschlossen werden, oder die Anschlüsse 66 sind direkt oben bzw. unten an die Bohrungen 62 angesetzt.

Im weiteren können wahlweise auch die Anschlüsse 64, wie schematisch bei 68 dargestellt, wie z.B. mit Schraubbolzen verschlossen werden, so dass eine hohe Flexibilität erreicht wird, mit dem so realisierten Verteilsystem 62, 64, 66, die an den Öffnungen 3 angeschlossenen Behandlungskammern abzupumpen, zu fluten oder gegebenenfalls gaszubeaufschlagen.

Durch die Leitungsanordnung gemäss Fig. 5 werden hohe Leitungsleitwerte erreicht, indem nur sehr kurze Distanzen bei grösstmöglichen Leitungsquerschnitten zwischen externen Anschlüssen und für Behandlungskammern vorgesehene Öffnungen 3 realisiert werden können.

In Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung gemäss Linie I-I von Fig. 5 an einer bevorzugten Ausführungsform des Aussengehäuses 1 dargestellt. Es sind dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 5 verwendet. In der dargestellten Realisation sind die Anschlüsse 66 direkt stirnseitig der Leitungen 62 vorgesehen. Die Leitungen 62 gehen durch die Ausdehnung des Aussengehäu- sewand 1 wie bei (a) dargestellt hindurch oder sind wie bei (b) dargestellt als Sachbohrungen ausgebildet oder gegebenenfalls mit einem z.B. einschraubbaren Trennbolzen 63 trennbar. Direkt auf die Anschlüsse 66 werden Aggregate, vorzugsweise Turbovakuumpumpen 67 aufgeflanscht bzw. Abschlussdeckel 68. Wie ersichtlich, ergibt diese Konfiguration eine sehr hohe Flexibilität, externe Aggregate, insbesondere die erwähnten Turbovakuumpumpen 67 aber auch Ventile und/oder weiter Pumpen anzuschliessen.

Das Gehäuse 1 ist dabei massiv, vorzugsweise einteilig ausgebildet. Es besteht vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung .

Auch das Innengehäuse 7 gemäss Fig. 1 wird vorzugsweise aus den erwähnten Metallen und vorzugsweise dabei auch massiv, vorzugsweise einteilig, ausgebildet.

In Fig. 7 ist ein Teil eines Querschnittes durch eine heute bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Behandlungsanlage vereinfacht dargestellt, bei welcher die Aspekte

jeder Mitnehmer sein Antrieb pneumatische Dichtungssteuerung

optimale Wandungsausnützung für Leitungssysteme

realisiert sind. Es werden womöglich und zur Erleichterung des Quervergleichs die bereits eingeführten Bezugszeichen für bereits beschriebene Organe und Aggregate eingesetzt.

Das Aussengehäuse 1 weist die Öffnungen 3 zur Aufnahme von Bearbeitungsstationen auf, wie einer Beschichtungsstation 14a und einer Schleusenstation 14b. In den Eckbereichen zwischen den Öffnungen 3 sind die Bohrungen 62 in die Wandung des Aussengehäuses 1 eingearbeitet, mit den Anschlüssen 64 zu den jeweils angrenzenden Öffnungen 3. Die Wandungsdicke des Aussengehäuses 1 ist so bemessen, dass von einer Plasmabeschich- tungs- oder Ätzkammer 14a der Prozessraum 70 durch die Aus- sengehäusewand begrenzt ist bzw. der Schleusenraum 72 an einer Schleusenstation 14b mit äusserem Schleusenventil 74. Das Innengehäuse 7 trägt, den Öffnungen 3 gegenüberliegend, in der in Fig. 2 dargestellten Art betätigbare Stösseleinrich- tungen, woran Druckbeaufschlagung eines Balgraumes das Anheben eines Mitnehmers 76 gegen die Rückholkraft einer Zugfeder 78 auslöst. In dem vom Innen- und Aussengehäuse gebildeten, ringförmigen Transportraum 9 ist das Karussell 11 drehbeweglich getrieben angeordnet, mit eingelegten Werkstückträgern 80 für die Werkstückscheiben 5. Durch Anheben der Werkstückträger 80 mittels Aktivieren der pneumatischen Stösselantrie- be 20, 76 wird in dem mit B bezeichneten, eingekreisten, um die Öffnung 3 umlaufenden Bereich in erwünschtem Masse abgedichtet. Wie an der Schleusenstation 14b ersichtlich, bildet dabei der Werkstückträgerteller 80 das innere Schleusenventil.

In Fig. 8 ist detaillierter als in Fig. 7 eine Längsschnitt- Darstellung entlang der Achse A von Fig. 7 und durch eine Behandlungs- insbesondere Beschichtungsstation 14a (selber nicht geschnitten) dargestellt. Wiederum sind womöglich dieselben Bezugszeichen eingesetzt für bereits beschriebene Einrichtungen. Zusätzlich zu den Ausführungen gemäss Fig. 7 wird verwiesen auf die Lagerung 82 des Karussells 11 sowie dessen Antrieb bei 84. Im weiteren sind in dieser Darstellung Rückholfedern 86 deutlich ersichtlich, welche, beispielsweise und bevorzugterweise als Blattfedern ausgebildet, den Werkstückträger 80 bei Entlastung und Rückholung des Balges 20 mit Mitnehmer 76 ebenfalls rückholen.

In Fig. 9 ist in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Achse A von Fig. 7 eine weitere Ausführungsvariante der bevorzugten Art dargestellt, bei der gemäss Fig. 3 auf die Werkstücke 5 keine radiale Hubbewegung ausgeführt wird. Wiederum sind für bereits vorbeschriebene Einrichtungen dieselben Bezugszeichen eingesetzt. Verwiesen wird hier insbesondere auf die elastischen Dichtungsbälge 30, welche zwischen den Berandungen der Öffnungen 3 und dem Karussell 11 wirken. Wie schon mehrmals erwähnt, können solche umlaufenden Dichtungsbälge 30 oder gemäss Fig. 4 metallischen Dichtungsmembrane 31 durchaus auch auf die Werkstücke 5 direkt wirken, sofern dies bei den betrachteten Werkstücken 5 und der entsprechenden Oberflächenbehandlung zulässig ist.

Die dargestellte Anlage kumuliert folgende Vorteile:

- Wenig bewegte Teile mit kurzen Bewegungshuben, was die Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit wesentlich erhöht ;

- hohe Wirtschaftlichkeit bei Anlagenherstellung; hohe Durchsätze aufgrund kleiner durch die Werkstücke zurückzulegender Wege und kleiner zu bewegender Massen;

für Mehrschichtsystem-Aufbringung äusserst geeignet aufgrund der gegenseitigen Abschotbarkeit der Behandlungskammern nach Mass;

optimale Ausnützung des Aussengehäuses für die Leitungsführung zu Behandlungskammern und damit höchst kompakte Bauweise;

Verschleissunabhangige, individuell einstellbar gesteuerte Dichtungen an den Bearbeitungsstationen;

individuell zeit- und hubsteuerbare Stösselantriebe;

freie Zugänglichkeit vom Innenraum Z des Innengehäuses zu den Steuerorganen und -Antrieben.

Claims

Patentansprüche :

1. Vakuumbehandlungsanlage mit

(a) einem Aussengehäuse (1) , das, um eine Achse (A) , eine im wesentlichen zylindrische Innenwand definiert,

(b) mindestens zwei Öffnungen (3) zur Behandlung oder für den Durchtransport jeweils eines Werkstückes (5) , entlang mindestens eines Grosskreises (K) der zylindrischen Innenwand angeordnet,

(c) je einer Behandlungs- , Transport- oder Schleusenkammer (14) , mit den Öffnungen (3) wirkverbunden,

dadurch gekennzeichnet, dass in die Wandung des Aussengehäuses (1) achsparallele Leitungen (62) zwischen den Öffnungen (3) eingelassen sind, mit je einem Anschluss (66) nach aussen sowie je mindestens einem weiteren Anschluss (64) in die die angrenzenden Öffnungen (3) definierenden Wandungsbereiche des Aussengehäuses (1) .

2. Anlage nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Anschlüsse (64) lösbar verschliessbar sind und vorzugsweise mindestens ein Teil der Leitungen (62) durchgehend ausgebildet ist, vorzugsweise aber mittels eines Einsatzes (63) unterteilbar ist und/oder mindestens eine der Leitungen (62) als Sackbohrung (62b) ausgebildet ist.

3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung des Aussengehäuses (1) im Öffnungsbereich (3) mindestens Teil der Wand einer Schleusenkammer bildet oder den Prozessraum einer Vakuumbeschientungs- , Ätz- oder Heizstation, insbesondere einer Plasma-Oberflächenbehandlungskammer, dabei vorzugsweise einer Kammer mit Magnetronquelle.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsebenen ein Polygon festlegen, in den Eckbereichen die Leitungen (62) vorgesehen sind, in den Sehnenbereichen mit den Öffnungen (3) die Wand nach Anspruch 3 ausgebildet ist .

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussengehäuse aus Vollmaterial, vorzugsweise einteilig, gearbeitet ist, dabei vorzugsweise aus AI oder einer AI-Legierung.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Leitungen (62) über den Anschluss (66) direkt mit einer Vakuumpumpe, vorzugsweise einer Turbovakuumpumpe, oder einem Ventil verbunden ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen (3) mit mindestens einer Pumpe über eine der Leitungen (62) verbunden ist.

8. Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Fertigung von Mehrschichtsystemen.

9. Verwendung der Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Herstellung von Speicherplatten.

10. Verwendung nach Anspruch 9 für die Herstellung von CD, DVD, HD, insbesondere von wiederbespielbaren Speicherplatten, wie von MOD, Phase-Change-Disks und RC (Recordable Disks) .

11. Transportkammer für eine Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit dem Aussengehäuse, den Öffnungen sowie den Leitungen.