DE4201211C2 - Beschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage mit einem an ein Hochvakuum-Pumpsystem anzuschließenden Rezipienten, in welchem ein Substratteller auf einer durch eine Wand des Rezipienten in den Rezipienten hineinführenden, drehbar ge­ lagerten Welle angeordnet ist und bei dem die Welle axiale Durchlässe zum Durchführen von Leitungen des Substrattel­ lers aus dem Rezipienten heraus aufweist.

Beschichtungsanlagen der vorstehenden Art sind als Katho­ denzerstäubungsanlagen bekannt und gebräuchlich. Da im Re­ zipienten einer solchen Beschichtungsanlage Hochvakuum herrschen muß und die Abdichtung der drehbaren Welle des Substrattellers mit zunehmendem Wellendurchmesser schwie­ riger und weniger zuverlässig wird, ist man bestrebt, den Durchmesser der Welle möglichst klein zu halten. Dem steht jedoch entgegen, daß von außen durch die Welle hindurch zum Substratteller bei heutigen Anlagen mehr Leitungen verlegt werden müssen als früher, beispielsweise Wasserleitungen für eine Kühlung des Substrattellers, elektrische Leitungen für seine Beheizung, Meßleitungen für verschiedene Tem­ peraturmeßsensoren oder gar eine Hochfrequenzzuführung. Da in der Welle nicht nur diese Leitungen geführt werden müs­ sen, sondern auch Platz für die erforderlichen Anschlüsse vorhanden sein muß, bedingen solche Leitungen eine be­ trächtliche Durchmesservergrößerung der Welle.

Als Beispiel für den Stand der Technik sei auf die DE 38 03 411 A1 verwiesen, welche einen auf einer durch einen Rezi­ pienten führenden Welle gelagerten Substratteller zeigt. Gezeigt wird in dieser Schrift, daß durch die Welle Leitun­ gen für Wasser und Gas führen.

Eine vergleichbare Beschichtungsanlage zeigt die EP 0 452 779 A2. Diese Schrift zeigt zusätzlich zu den Wasserleitun­ gen und der Gasleitung auch elektrische Leitungen, wobei alle genannten Leitungen durch die Welle hindurchführen und deshalb ihren Durchmesser vergrößern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschich­ tungsanlage der vorstehenden Art so auszubilden, daß der Durchmesser der abzudichtenden Öffnung in der von der dreh­ baren Welle durchdrungenen Wand des Rezipienten möglichst klein sein kann, damit dort möglichst geringe Leckagen auf­ treten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Welle innerhalb des Rezipienten zwischen der von ihr durch­ drungenen Wand und dem Substratteller als gegenüber dem die Wand durchdringenden Wellenbereich im Durchmesser vergrö­ ßerte, einen Atmosphärenbehälter bildende Hohlwelle ausge­ bildet ist und daß der Atmosphärenbehälter den erforderli­ chen Platz für Anschlüsse der zum Substratteller führenden Leitungen aufweist.

Durch diese Gestaltung können die gegenüber den Leitungen im Querschnitt wesentlich größeren Anschlüsse der Leitungen im Atmosphärenbehälter verlegt werden. Sie bedingen deshalb keine Vergrößerung des Durchmessers der Welle in dem Bereich, mit dem sie die Wandung des Rezipienten durch­ dringt. Dadurch ist auch bei einer größeren Anzahl von durch die Welle geführten Leitungen noch eine gute Abdich­ tung des Rezipienten gegenüber der Atmosphäre möglich.

Weiterhin ermöglicht es der erfindungsgemäße Atmosphären­ behälter, bei Beschichtungsanlagen auch nachträglich die Zahl der aus ihm herausführenden Leitungen des Drehtellers ohne Änderung der Drehtellerwelle zu vergrößern.

Oftmals weist der Substratteller mehrere Wasseranschlüsse für die Zufuhr und Abfuhr von Kühlwasser auf, so daß meh­ rere Wasserkühlungen parallel betrieben werden können. Um in einem solchen Falle zu vermeiden, daß mehr als zwei Was­ serleitungen durch den Bereich geringeren Durchmessers der Welle geführt werden müssen, ist es gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn durch insge­ samt zwei Durchführungen der Welle eine Kühlwasser-Zuführ­ leitung und eine Kühlwasser-Rückführleitung verlaufen und im Atmosphärenbehälter auf der Kühlwasser-Zuführleitung und der Kühlwasser-Rückführleitung jeweils ein Verteiler zum Verbinden der Leitungen mit mehreren Wasserkühlungen des Substrattellers vorgesehen ist.

Um beim Reinigungsätzen einer als Kathodenzerstäubungsan­ lage ausgebildeten Beschichtungsanlage eine Plasmabildung an der Außenmantelfläche des Atmosphärenbehälters zu ver­ meiden, kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfin­ dung der Atmosphärenbehälter von einer in Abstand zu seiner Außenmantelfläche verlaufenden, elektrisch gegenüber dem Atmosphärenbehälter isolierten Dunkelraumabdeckung umgeben sein.

Die Zahl der abzudichtenden Durchlässe in den Rezipienten ist besonders klein, wenn die Welle mit Masse verbunden ist und koaxial durch die Welle und ihren Atmosphärenbehälter hindurch eine Hochfrequenzzuleitung zum Substratteller ge­ führt ist.

Ein andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der durch die Wand des Rezipienten führende Bereich kleineren Durchmessers der Welle einen in den Atmosphärenbehälter ragenden Endabschnitt aufweist und daß der Atmosphärenbehälter durch eine den Endabschnitt mit der Innenwandung des Atmosphärenbehälters verbindende Trennwand in zwei übereinanderliegende Kammern unterteilt ist. Durch diese Aufteilung des Atmosphärenbehälters kann man in der unteren Kammer diejenigen Anschlüsse anordnen, welche hoch­ frequenzempfindlich sind und in der anderen Kammer die übrigen Anschlüsse vorsehen.

Eine Übertragung der Hochfrequenz vom Substratteller über die das Kühlwasser führenden Leitungen zur an Masse lie­ genden Welle des Substrattellers kann man auf einfache Weise durch Hochfrequenzabbaustrecken verhindern, ohne daß dadurch das Bauvolumen der Atmosphärenkammer unerwünscht vergrößert werden muß, wenn in der oberen Kammer Wasser­ schläuche mit jeweils zumindest einer Windung vom jeweili­ gen Durchlaß in der Welle zu einem Wasseranschluß des Substrattellers verlaufen.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend be­ schrieben. In ihr zeigen die

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Be­ schichtungsanlage nach der Erfindung,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen er­ findungsgemäß gestalteten Substratteller mit angrenzenden Bauteilen.

Die Fig. 1 zeigt von einer als Kathodenzerstäubungsanlage arbeitenden Beschichtungsanlage einen Rezipienten 1, wel­ cher über einen Vakuumanschluß 2 mit einem nicht gezeigten Hochvakuum-Pumpsystem zu verbinden ist. Im Inneren des Re­ zipienten 1 ist stehend auf einer Welle 3 ein Substrattel­ ler 4 angeordnet. Oberhalb dieses Substrattellers 4 befin­ den sich Kathoden 5, 5a und Blenden 6, 6a, so daß in Substrataufnahmen 7 angeordnete Substrate 8 durch Sputtern beschichtet werden können.

Der Rezipient 1 hat eine untere Wand 9, durch die hindurch die Welle 3 mit einem Teil eines Bereiches 15 geführt ist. Eine Vakuumdichtung 10 verhindert dabei ein Eindringen von Luft in den Rezipienten 1. Im unteren Bereich der Fig. 1 ist ein Motor 11 dargestellt, mit dem über einen Zahnriemen 12 und einer Riemenscheibe 13 die Welle 3 und damit der Substratteller 4 gedreht werden kann.

Wichtig für die Erfindung ist, daß die Welle 3 innerhalb des Rezipienten 1 zwischen der von ihr durchdrungenen Wand 9 und dem Substratteller 4 als einen Atmosphärenbehälter 14 bildende Hohlwelle ausgebildet ist, die gegenüber dem die Wand 9 durchdringenden Bereich 15 einen wesentlich größeren Durchmesser hat. Im Bereich 15 der Welle 3 sind Durchlässe 16, 17, 18 zu sehen. Durch den Durchlaß 16 führt eine Kühlwasser-Zuführleitung 19, durch den Durchlaß 18 eine Kühlwasser-Rückführleitung 20 und durch den Durchlaß 17 führen zwei eine elektrische Heizung 21 mit Energie versorgende elektrische Leitungen 22, 23.

Zu erkennen ist in Fig. 1, daß im Atmosphärenbehälter 14 zwei elektrische Anschlüsse 24, 25 angeordnet sind, über welche die elektrischen Leitungen 22, 23 mit von der Hei­ zung 21 kommenden Drähten 26, 27 verbunden sind. Weiterhin zeigt Fig. 1 im Atmosphärenbehälter 14 zwei Anschlüsse 28, 29 und dahinter zwei Verteiler 39, 40. Am Anschluß 28 ist die Kühlwasser-Zuführleitung 19, am Anschluß 29 die Kühlwasser-Rückführleitung 20 angeschlossen. Vom Anschluß 28 fließt Kühlwasser über den Verteiler 39 zu einer Wasser­ kühlung 30 des Substrattellers 4, welches über den Vertei­ ler 40 und den Anschluß 29 zurückfließen kann. Die Vertei­ ler 39, 40 haben jeweils einen weiteren Anschluß 31, 32, so daß eine weitere, nicht gezeigte Wasserkühlung parallel zur Wasserkühlung 30 betrieben werden kann.

Während beim Sputtern die Welle 3 mit dem Atmosphärenbe­ hälter 14 an Masse anliegt, werden beim Reinigungsätzen diese Teile mit Hochfrequenz verbunden. Eine Plasmabildung an der Außenmantelfläche des Atmosphärenbehälters 14 wird dabei durch eine Dunkelraumabdeckung 33 vermieden, die mit einem geringen Abstand außenseitig den Atmosphärenbehälter 14 umgibt und bis über die Außenseite des Substrattellers 4 geführt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 hat die Welle 3 einen in den Atmosphärenbehälter 14 bis gegen eine dort vorgese­ hene Trennwand 34 führenden Endabschnitt 35. Die Trennwand 34 teilt den Atmosphärenbehälter 14 in zwei übereinander­ liegende Kammern 36, 37. Eine Hochfrequenzzuleitung 38 führt durch die Welle 3 hindurch zum Substratteller 4. Durch die Trennwand 34 wird erreicht, daß die untere Kammer 37 nicht von Hochfrequenz beeinflußt wird, so daß in ihr die hochfrequenzempfindlichen elektrischen Anschlüsse 24, 25 vorgesehen werden können.

In der oberen Kammer 36 erkennt man den Anschluß 29, von dem aus ein mit zumindest einer Windung 41 verlaufender Wasserschlauch 42 zu einem Wasseranschluß 43 des Substrat­ tellers 4 führt. Die obere Kammer 36 nimmt somit nicht hochfrequenzempfindliche Teile auf.

Bezugszeichenliste

1

Rezipient

2

Vakuumanschluß

3

Welle

4

Substratteller

5

Kathode

6

Blende

7

Substrataufnahme

8

Substrat

9

Wand

10

Vakuumdichtung

11

Motor

12

Zahnriemen

13

Riemenscheibe

14

Atmosphärenbehälter

15

Bereich

16

Durchlaß

17

Durchlaß

18

Durchlaß

19

Kühlwasserzuführleitung

20

Kühlwasserrückführleitung

21

Heizung

22

elektr. Leitung

23

elektr. Leitung

24

elektr. Anschluß

25

elektr. Anschluß

26

Draht

27

Draht

28

Anschluß

29

Anschluß

30

Wasserkühlung

31

Anschluß

32

Anschluß

33

Dunkelraumabdeckung

34

Trennwand

35

Endabschnitt

36

Kammer

37

Kammer

38

Hochfrequenzzuleitung

39

Verteiler

40

Verteiler

41

Windung

42

Wasserschlauch

43

Wasseranschluß

Claims (6)

1. Beschichtungsanlage mit einem an ein Hochvakuum-Pump­ system anzuschließenden Rezipienten (1), in welchem ein Substratteller (4) auf einer durch eine Wand (9) des Rezi­ pienten (1) in den Rezipienten (1) hineinführenden, drehbar gelagerten Welle (3) angeordnet ist und bei dem die Welle (3) axiale Durchlässe (16, 17, 18) zum Durchführen von Leitungen (19, 20, 22, 23) des Substrattellers (4) aus dem Rezipienten (1) heraus aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle innerhalb des Rezipienten (1) zwischen der von ihr durchdrungenen Wand (9) und dem Substratteller (4) als gegenüber dem die Wand (9) durchdringenden Wellenbe­ reich (15) im Durchmesser vergrößerte, einen Atmosphärenbe­ hälter (14) bildende Hohlwelle ausgebildet ist und daß der Atmosphärenbehälter (14) den erforderlichen Platz für An­ schlüsse (24, 25) der zum Substratteller (4) führenden Lei­ tungen (19, 20; 22, 23) aufweist.

2. Beschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch insgesamt zwei Durchführungen (16, 18) der Welle (3) eine Kühlwasser-Zuführleitung (19) und eine Kühlwasser-Rückführleitung (20) verlaufen und daß im Atmos­ phärenbehälter (14) auf der Kühlwasser-Zuführleitung (19) und der Kühlwasser-Rückführleitung (20) jeweils ein Vertei­ ler (39, 40) zum Verbinden der Leitungen (19, 20) mit meh­ reren Wasserkühlungen (30) des Substrattellers (4) vorgese­ hen ist.

3. Beschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Atmosphärenbehälter (14) von einer in Ab­ stand zu seiner Außenmantelfläche verlaufenden, elektrisch gegenüber dem Atmosphärenbehälter (14) isolierten Dunkel­ raumabdeckung (33) umgeben ist.

4. Beschichtungsanlage nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) mit Masse verbunden ist und koaxial durch die Welle (3) und ihren Atmosphärenbehälter (14) hindurch eine Hochfrequenz­ zuleitung (38) zum Substratteller (4) geführt ist.

5. Beschichtungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der durch die Wand (9) des Rezipienten (1) führende Bereich kleineren Durchmessers der Welle (3) einen in den Atmosphärenbehälter (14) ragenden Endabschnitt (35) aufweist und daß der Atmosphärenbehälter (14) durch eine den Endabschnitt (35) mit der Innenwandung des Atmosphä­ renbehälters (14) verbindende Trennwand (34) in zwei über­ einanderliegende Kammern (36, 37) unterteilt ist.

6. Beschichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der oberen Kammer (37) Wasserschläuche (42) mit jeweils zumindest einer Windung (41) vom jeweili­ gen Durchlaß (16) in der Welle (3) zu einem Wasseranschluß (43) des Substrattellers (4) verlaufen.