DE102011111779A1

DE102011111779A1 - Medienanschlussstutzen, Sputterbeschichtungseinrichtung und Vakuumbeschichtungsanlage

Info

Publication number: DE102011111779A1
Application number: DE201110111779
Authority: DE
Inventors: Armin Hübner; Götz Großer
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine funktionssichere und flexible gleichzeitige Übertragung von Strom und Zuführung von Kühlwasser zu einer Sputterbeschichtungseinrichtung unter Vermeidung des schädlichen Entstehens eines elektrochemischen Elements zu gewährleisten, und zwar sowohl als Reparaturlösung als auch für neu zu fertigende Magnetrons. Hierzu wird ein Medienanschlussstutzen zur gleichzeitigen Übertragung von Strom und Kühlmittel vorgeschlagen, der eine Kühlmittelleitung mit zwei gegenüberliegenden Anschlussenden umfasst, wobei die Kühlmittelleitung zumindest zwei Abschnitte unterschiedlicher Biegesteifigkeit aufweist und zumindest im Bereich der Anschlussenden elektrisch leitend ist, sowie mindestens ein elektrisch leitendes Stromleiterelement umfasst, welches unabhängig von der Kühlmittelleitung mit den beiden Anschlüssen elektrisch verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Medienanschlussstutzen, eine Sputterbeschichtungseinrichtung und eine Vakuumbeschichtungsanlage.
Beim Beschichten großflächiger Substrate kommen unter anderem planare und rotierende Magnetrons zum Einsatz. Planare Magnetrons weisen üblicherweise ein planares Target auf, das dem zu beschichtenden Substrat zugewandt ist. Auf der vom Substrat abgewandten Seite des Targets ist ein Magnetsystem angeordnet, das fest installiert oder beweglich sein kann. Bei rotierenden Magnetrons dreht sich ein rohrförmiges Target um ein feststehendes oder bewegliches Magnetsystem.
Die das Beschichtungsmaterial enthaltenden Targets müssen auf Grund des hohen Energieeintrages gekühlt werden. Bei Planarmagnetrons erfolgt dies üblicherweise mit einem kühlwasserdurchströmten Kühlkanal, der vorzugsweise aus Kupfer gefertigt ist. Bei rotierenden Magnetrons erfolgt dies üblicherweise über einen sogenannten Versorgungsendblock oder Medienendblock, in dem ein Ende des Targets drehbar gelagert ist und der zur Versorgung des Magnetrons mit Kühlwasser und Strom dient, während das andere Ende des Targets in einem sogenannten Antriebsendblock drehbar gelagert ist und mit einer Antriebseinrichtung in Wirkverbindung steht. Es sind auch Endblöcke für rotierende Magnetrons bekannt, die zum Längenausgleich aufgrund wechselnder Temperaturen des Targets eine bewegliche Lagerung hinsichtlich der Anschlussfläche aufweisen, was eine flexible Medienzuführung erforderlich macht.
Um bei Planarmagnetrons für einen besseren Wärmeübergang eine bessere flächige Anlage des Kühlkanals an das Target bzw. die das Target tragende Bondplatte zu erreichen, ist der Kühlkanal federnd gelagert. Damit ist auch hier die Notwendigkeit verbunden, die Zuführung des Kühlmediums (Kühlwassers) und die an der gleichen Anschlussstelle realisierte Stromzuführung (ca. 250 A, 2-polig MF 40 kHz) flexibel auszuführen.
Diese flexible Medienzuführung geschieht bisher mit einem elektrisch leitenden Metallbalg aus Bronze. Dabei ist nach einigen Jahren Betriebszeit der Magnetrons das Problem aufgetreten, dass das Kühlwasser durch Leckagen an eben diesen Metallbälgen ausgetreten ist, was zu erheblichen Ausfall- und Stillstandszeiten der Beschichtungsanlagen führte. Erschwerend kam hinzu, dass die Verbindung des Wasser- und Stromanschlusses mit dem Kühlkanal unlösbar war und somit ein kurzfristiger Austausch der defekten Teile nicht erfolgen konnte.
Als Ursache der Korrosion der Metallbälge (aus Bronze) wurde eine elektrochemische Reaktion zwischen dem stromdurchflossenen Metallbalg und dem verunreinigten Kühlwasser in Verbindung mit Ablagerungen und somit Konzentrationsanreicherungen von im Kühlwasser enthaltenen Partikeln in den strömungsberuhigten Zonen des Metallbalges ermittelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine funktionssichere und flexible gleichzeitige Übertragung von Strom und Zuführung von Kühlwasser unter Vermeidung des schädlichen Entstehens eines elektrochemischen Elements zu gewährleisten, und zwar sowohl als Reparaturlösung als auch für neu zu fertigende Magnetrons.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe so gelöst, dass durch eine parallele Anordnung eines kühlwasserführenden Metallbalges und eines stromübertragenden Leiterelements die Entstehung eines elektrochemischen Elementes verhindert wird.
Hierzu wird ein Medienanschlussstutzen zur gleichzeitigen Übertragung von Strom und Kühlmittel vorgeschlagen, der eine Kühlmittelleitung mit zwei gegenüberliegenden Anschlussenden umfasst, wobei die Kühlmittelleitung zumindest zwei Abschnitte unterschiedlicher Biegesteifigkeit aufweist und zumindest im Bereich der Anschlussenden elektrisch leitend ist, sowie mindestens ein elektrisch leitendes Stromleiterelement umfasst, welches unabhängig von der Kühlmittelleitung mit den beiden Anschlüssen elektrisch verbunden ist.
Das Stromleiterelement kann beispielsweise eine metallische Litze, d. h. ein im Querschnitt flaches oder rundes Gebilde aus miteinander verdrillten oder verflochtenen Drähten mit guter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer, Bronze, Aluminium, Silber oder anderen geeigneten Werkstoffen sein. Es können auch mehrere parallel verlaufende Litzen angeordnet sein, die beispielsweise zueinander beabstandet peripher um die Kühlmittelleitung herum angeordnet und mit den elektrisch leitenden Anschlussenden oder daran anschließenden, elektrisch leitenden Abschnitten der Kühlmittelleitung elektrisch leitend verbunden sind.
Gemäß einer Ausgestaltung wird der gewünschte Effekt durch eine Materialkombination aus Bronze für das oder die stromübertragenden Stromleiterelemente und einem elektrisch wesentlich schlechter leitenden Edelstahl für den Abschnitt relativ geringer Biegesteifigkeit der kühlmittelführenden Kühlmittelleitung, der beispielsweise als Metallbalg ausgeführt sein kann, bei gleichzeitiger Beibehaltung der Flexibilität des Anschlusses erreicht.
In einer anderen Ausgestaltung kann das Stromleiterelement die Kühlmittelleitung umschließen, beispielsweise indem zumindest der Abschnitt relativ geringer Biegesteifigkeit der kühlmittelführenden Kühlmittelleitung von einem Drahtgewebeschlauch relativ guter elektrischer Leitfähigkeit größeren Durchmessers umhüllt ist, der mit den elektrisch leitenden Anschlussenden oder daran anschließenden, elektrisch leitenden Abschnitten der Kühlmittelleitung elektrisch leitend verbunden ist.
Wie oben bereits dargelegt, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen sein, dass ein Abschnitt der Kühlmittelleitung mit relativ geringer Biegesteifigkeit ein balgförmiger Rohrabschnitt relativ geringer Wanddicke ist. Unter einem balgförmigen Rohrabschnitt ist ein Rohrabschnitt mit über seine Länge gesehen alternierendem, d. h. periodisch größer und kleiner werdendem Durchmesser zu verstehen.
Dabei wird in einem Radius um den balgförmigen Rohrabschnitt (Metallbalg) eine Metalllitze, eine periphere Anordnung von Metalllitzen oder ein geschlossenes Metallschlauchgewebe aus einem elektrisch besser leitenden Material dergestalt angeordnet, dass die Flexibilität der Anschlussstelle gewahrt bleibt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens ein Anschlussende ein Gewinde aufweist. Damit kann der Medienanschlussstutzen im Gegensatz zu bisherigen Lösungen leicht und schnell ausgewechselt werden, d. h. die Verbindung des Wasser- und Stromanschlusses mit dem Kühlkanal ist lösbar ausgeführt, wobei diese Umgestaltung der Verbindung bei bereits gefertigten und in Betrieb befindlichen Magnetrons mit überschaubarem Aufwand möglich ist.
Der beschriebene Medienanschlussstutzen kann vorteilhaft bei einer Sputterbeschichtungseinrichtung mit mindestens einem Target und mindestens einem Magnetsystem zur Versorgung mit Strom und Kühlwasser verwendet werden, wenn mindestens ein Medienanschlussstutzen der beschriebenen Art daran angebracht wird, wobei das Target ein Planartarget oder ein Rohrtarget sein kann.
Eine solche Sputterbeschichtungseinrichtung kann vorteilhaft in einer Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Vakuumkammer verwendet werden, wenn eine in der Vakuumkammer angeordnete Sputterbeschichtungseinrichtung wie vorgeschlagen ausgeführt ist.
Nachfolgend wird die vorgeschlagene Lösung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Medienanschlussstutzens,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel des Medienanschlussstutzens, und
4 einen Medienanschlussstutzen und einen Kühlkanal für eine Sputterbeschichtungseinrichtung.
Bei allen Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 umfasst der Medienanschlussstutzen einen ersten Abschnitt 1 der Kühlmittelleitung mit relativ geringer Biegesteifigkeit in Form eines flexiblen dünnwandigen Metallbalgs, der flüssigkeitsdicht mit einem zweiten Abschnitt 2 der Kühlmittelleitung mit relativ hoher Biegesteifigkeit in Form eines starren dickwandigen Rohrs verbunden ist.
Das dickwandige Rohr 2 trägt an seinem freien Ende ein erstes Anschlussteil 4, das zum Anschluss an Kühlmittelleitungen, die von oder zu einer Kühlmittelquelle führen, geeignet ist, und der flexible dünnwandige Metallbalg 1 trägt an seinem freien Ende ein zweites Anschlussteil 5, das zum Anschluss an einen Kühlmittelkanal einer Sputterbeschichtungseinrichtung geeignet ist.
In 1 sind parallel zu dem Metallbalg 1 peripher mehrere Metalllitzen 3 angeordnet und an einem Ende mit dem Rohr 2 und an der anderen Seite mit dem zweiten Anschlussteil 5 jeweils elektrisch leitend verbunden.
Dies gilt auch für den Medienanschlussstutzen im Ausführungsbeispiel gemäß 2, jedoch sind hier die Litzen 3 zur einfacheren Montage durch ein Verbindungselement 31 miteinander verbunden.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem um den Metallbalg 1 ein Metallgewebeschlauch angeordnet ist. Dieser ist wie die Litzen der beiden vorherigen Ausführungsbeispiele an einem Ende mit dem Rohr 2 und an der anderen Seite mit dem zweiten Anschlussteil 5 jeweils elektrisch leitend verbunden.
4 zeigt die Montage derartiger Medienanschlussstutzen an einen Kühlkanal 6 einer Sputterbeschichtungseinrichtung. Dieser Kühlkanal 6 weist einen Kühlmittelanschluss 61 mit einem Innengewinde auf. Das zweite Anschlussteil 5 des Medienanschlussstutzens weist ein korrespondierendes Außengewinde auf, so dass der Medienanschlussstutzen mit dem Kühlkanal 6 lösbar verbindbar ist. Dadurch ist die Versorgung des Kühlkanals 6 mit Kühlmittel möglich. Gleichzeitig ermöglicht der Medienanschlussstutzen durch seine Stromleiterelemente 3, dass die Sputterbeschichtungseinrichtung mit Strom versorgt wird.
Bezugszeichenliste

1: Abschnitt der Kühlmittelleitung mit relativ geringer Biegesteifigkeit (flexibler dünnwandiger Metallbalg)
2: Abschnitt der Kühlmittelleitung mit relativ hoher Biegesteifigkeit (starres dickwandiges Rohr)
3: Stromleiterelement (Litze, Metallgewebeschlauch)
31: Verbindungselement
4: erstes Anschlussteil (von Kühlmittelquelle)
5: zweites Anschlussteil (zum Kühlkanal)
6: Kühlkanal
61: Kühlmittelanschluss

Claims

Medienanschlussstutzen zur gleichzeitigen Übertragung von Strom und Kühlmittel, umfassend eine Kühlmittelleitung mit zwei gegenüberliegenden Anschlussenden, wobei die Kühlmittelleitung zumindest zwei Abschnitte unterschiedlicher Biegesteifigkeit aufweist und zumindest im Bereich der Anschlussenden elektrisch leitend ist, sowie mindestens ein elektrisch leitendes Stromleiterelement, welches unabhängig von der Kühlmittelleitung mit den beiden Anschlüssen elektrisch verbunden ist.
Medienanschlussstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromleiterelement eine metallische Litze ist.
Medienanschlussstutzen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromleiterelement die Kühlmittelleitung umschließt.
Medienanschlussstutzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Kühlmittelleitung mit relativ geringer Biegesteifigkeit ein balgförmiger Rohrabschnitt relativ geringer Wanddicke ist.
Medienanschlussstutzen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anschlussende ein Gewinde aufweist.
Sputterbeschichtungseinrichtung mit mindestens einem Target, mindestens einem Magnetsystem und mindestens einem Medienanschlussstutzen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Sputterbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Target ein Planartarget ist.
Sputterbeschichtungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Target ein Rohrtarget ist.
Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Vakuumkammer sowie mindestens einer in der Vakuumkammer angeordneten Sputterbeschichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8.