DE2940064A1

DE2940064A1 - Vakuumaufdampfanlage mir einer ventilkammer, einer bedampfungskammer und einer verdampferkammer

Info

Publication number: DE2940064A1
Application number: DE19792940064
Authority: DE
Inventors: Peter 6053 Obertshausen Mahler
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1979-10-03
Filing date: 1979-10-03
Publication date: 1981-04-16
Also published as: CH643598A5; FR2466513A1; JPS5658966A; GB2062690B; US4338883A; GB2062690A; FR2466513B1

Description

18. September 1979 79509

LEYBOLD-HERAEUS GmbH
Bonner Straße 504

5000 Köln - 51

Vakuumaufdampfanlage mit einer Venti1 kammer, einer Bedampfungskammer und einer Verdampferkammer "

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumaufdampfanlage für chargenweisen Betrieb mit einer Venti1 kammer, die eine Absaugöffnung für die Erzeugung eines Vakuums, eine nach oben gerichtete erste Öffnung für die vakuumdichte Verbindung mit einer abnehmbaren Bedampfungskammer und eine nach unten gerichtete zweite Öffnung für die Verbindung mit einer Verdampferkammer aufweist, wobei die erste und die zweite Öffnung im wesentlichen fluchten und zur Venti1 kammer hin von je einem Ventilsitz umgeben sind, und mit einem in der Ventilkammer horizontal beweglichen Doppelventi1, dessen beide Ventilteller unter gegenseitiger Abstützung gegen die Ventilsitze spreizbar sind.

130016/0340

18. September 1979 79509

-S-

Bei einer derartigen, durch die US-PS 3 206 322 bekannten Aufdampfanlage sind sogar zwei der konstruktiv aufwendigen DoppelventiIe vorgesehen, offenbar, weil der Fachmann davon ausgehen mußte, daß die Abdichtwirkung der Ventile durch Bedampfen des jeweils oberen Ventilsitzes im Laufe der Zeit abnimmt. Während bei der bekannten Anlage die Bedampfungskammer zum Zwecke des Chargierens bei geschlossenen Doppelventilen abgenommen werden kann, ohne daß sich das Vakuum jenseits der DoppelventiIe verschlechtert, ist dies im Hinblick auf die Verdampferkammer nicht möglich. Der in der Verdampferkammer angeordnete Verdampfer muß nun aber gleichfalls mit Verdampfungsgut beschickt, gegebenenfalls gereinigt, inspiziert und justiert werden. Dies ist bei der bekannten Vorrichtung nur durch die Kammern für die DoppelventiIe hindurch möglich, so daß das Vakuum in der gesamten Anlage gebrochen werden muß. Bei erneuter Inbetriebnahme müssen somit nicht nur die Bedampfungskammer und die Verdampferkammer, sondern auch die Venti1 kammern erneut evakuiert werden, was wegen des gegebenenfalls notwendig werdenden Ausheizvorganges beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt. Die Chargenzeit und damit die Produktivität der Anlage werden dadurch merklich verringert. Ähnliche Nachteile sind auch beim Gegenstand der US-PS 3 641 973 zu finden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumaufdampfanlage der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben,

- 5 130016/0340

18. September 1979 79509

mit der die Anzahl von Produktionszyklen je Zeiteinheit weiter vergrößert und damit die Produktivität erhöht werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vakuumaufdampfanlage erfindungsgemäß dadurch, daß der Innenraum der Verdampferkammer ohne Brechung des Vakuums in der Ventilkammer von außen zugänglich ist.

Durch die Zugänglichkeit der Verdampferkammer bei hermetisch geschlossenem Doppelventil kann .

das Vakuum in. .der Ventil kammer

und in dem sich anschliessenden Pumpsatz aufrechterhalten werden, wobei dennoch eine Reinigung des Verdampfertiegels, eine Beschickung mit neuem Verdampfungsgut, eine Funktionsüberprüfung und gegebenenfalls ein Aus- tausch und/oder eine Justierung von Elementen des Verdampfers möglich sind. Zu den gegebenenfalls auszutauschenden und zu justierenden Elementen des Verdampfers gehören bei den sogenannten Elektronenstrahl Verdampfern die Verschleißteile der Elektronenstrahl kanone, insbesondere die thermisch hochbelastete Katode. Nach dem erneuten Verschluß der Verdampferkammer kann deren Innenraum kurzfristig wieder evakuiert werden, und die gesamte Anlage ist erneut betriebsbereit.

Die Zugänglichkeit zum Innenraum der Verdampferkammer kann auf verschiedene Weise erzielt werden. So ist es beispielsweise möglich, die Verdampferkammer fest mit der Ventil-

130016/0340

(ο

79509

18. September 1979

kammer zu verbinden und in der Venti1 kammer eine vakuumdicht verschließbare öffnung, z.B. eine Tür, vorzusehen, durch die hindurch der Verdampfer erreichbar ist.

Es ist jedoch besonders vorteilhaft, die Verdampferkammer mittels eines Dichtungsflansches lösbar mit der Ventilkammer zu verbinden. Durch die Abnehmen der Verdampferkammer wird hierbei eine öffnung frei, die im wesentlichen dem Querschnitt des Dichtungsflansches entspricht, so daß die Verdampferkammer gut zugänglich ist, insbesondere von oben.

Für eine Bewegung der Verdampferkammer wird gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, daß die Verdampferkammer an einem an der Unterseite der Ventilkammer angeordneten Gelenkzapfen mit senkrechter Achse heb- und schwenkbar gelagert ist. Durch einen entsprechenden Hydraulikantrieb läßt sich die Verdampferkammer leicht absenken und zur Seite schwenken, so daß sie bei entsprechender Anordnung des Gelenkzapfens in Bezug auf die Projektionsfläche der Ventilkammer von oben vollständig zugänglich ist. Dies ist dann der Fall, wenn entweder der Gelenkzapfen in unmittelbarer Nähe des Umrisses der Ventilkammer angeordnet und/oder über einen Hebelarm entsprechender Länge mit der Verdampferkammer verbunden ist.

Es wurde weiter oben bereits ausgeführt, daß die Dichtwirkung von Ventilen durch das Bedampfen der Ventilsitze allmählich abnimmt. Um diese Ursache einer Verschlechterung des Vakuums während der Chargierzeit weitgehend auszuschalten,

130016/0340

29A0064

18. September 1979 79509

wird gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, daß in der Ventilkammer zwei dem Abstand und der Projektionsfläche der Ventilsitze entsprechende Schutzringe angeordnet sind, die alternierend mit dem Doppelventil vor die Ventilsitze einfahrbar, insbesondere einschwenkbar sind. Auf diese Weise sind die Ventilsitze während der Chargierzeit durch die Ventilteller des DoppelventiIs, während des Bedampfens durch die Schutzringe abgedeckt, so daß eine Dampfkondensation auf den Ventilsitzen praktisch ausgeschlossen ist. Die Dampfkondensation kann vollständig ausgeschlossen werden, wenn die Schutzringe analog zu den Venti1tellern gleichfalls an die Ventilsitze anpreßbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert, die eine perspektivische Darstellung einer vollständigen Vakuumaufdampfanlage mit geöffneter Bedampfungskammer und geöffneter Verdampferkammer zeigt.

In der Figur ist eine Ventilkammer 1 dargestellt, welche die Form eines einseitig abgerundeten, flachen Quaders besitzt, eine obere Kammerwand 2, eine untere Kammerwand 3 und eine umlaufende Zarge 4 besitzt. An der unteren Kammerwand 3 ist im abgerundeten Teil eine an sich bekannte Hochvakuumpumpe' 5 angeflanscht. Die Ventilkammer 1 hat aufgrund des Vorhandenseins eines Gestells 6 einen Abstand von der Aufstel1ungsfläche, der für die nachstehend noch näher beschriebenen

Zwecke ausreicht. Der vom Gestell 6 umschlossene Raum wird

auf einer Seite durch eine Tür 7 begrenzt. Die Hochvakuumpumpe

130016/0340 . ₈ .

29A006A

18. September 1979 79509

ist mit der Ventilkammer 1 über eine nicht gezeigte Absaugöffnung verbunden, in der sich ein herkömmliches Baffle befinden kann.

In der oberen Kammerwand 2 ist eine nach oben gerichtete öffnung 8 angeordnet, die von einem Zylinderstutzen 9 mit einem oberen Flansch 10 und einem unteren Flansch 11 umgeben ist. Der untere Flansch 11 ist vakuumdicht und nicht notwendigerweise lösbar mit der oberen Kammerwand 2 verbunden. Am Zylinderstutzen 9 ist ein Scharnier mit einem horizontalen Gelenkbolzen 12 befestigt, an dem eine Bedampfungskammer 13 in einer vertikalen Ebene schwenkbar befestigt ist, und zwar in Richtung des Doppelpfeils 14. Die Bedampfungskammer 13 weist einen Flansch 15 auf, der mit dem oberen Flansch 10 des Zylinderstutzens 9 vakuumdicht verbindbar ist. Im Innern der Bedampfungskammer 13 ist ein Substrathalter 16 angeordnet, der zur Aufnahme von Substraten 17 dient und um die Symmetrieachse der Kammer 13 drehbar ist.

In der unteren Kammerwand 3 befindet sich eine nach unten gerichtete zweite öffnung 18, die mit der ersten öffnung fluchtet und im wesentlichen den gleichen Durchmesser besitzt. An der Unterseite der Ventilkammer 1, d.h. an der unteren Kammerwand 3 ist eine Gelenkzapfen 19 mit senkrechter Achse angeordnet, an dem eine Verdampferkammer in Richtung des Pfeils 21 heb- und senkbar und in Richtung des Pfeils(22^schwenkbar gelagert ist. Die Verdampferkammer 20 besitzt an ihrem oberen Rand einen Flansch 23,

130016/0340

18. September 1979 79509

und die Lage des Gelenkzapfens 19 sowie der Schwenkradius der Symmetrieachse der Verdampferkammer 20 sind so gewählt, daß die Verdampferkammer 20 unter die zweite öffnung 18 schwenkbar ist. Durch Anheben der Verdampferkammer 20 mittels eines nicht dargestellten Druckmittelantriebs läßt sich der Flansch 23 am Rand der öffnung 18 an die untere Kammerwand anpressen, so daß Vakuumdichtigkeit gewährleistet ist.

Die Verdampferkammer 20 besitzt einen Innenraum 24, in dem ein Verdampfer 25, im vorliegenden Fall ein Elektronenstrahl verdampfer, mit einem Verdampfertiegel 26,angeordnet ist. Oberhalb des Verdampfertiegels 26 befindet sich noch eine in die dargestellte Position einschwenkbare Blende 27, mittels welcher der von dem Verdampfertiegel 26 ausgehende Dampfstrom unterbrochen werden kann.

Sowohl die erste öffnung 8 als auch die zweite öffnung 18 sind auf der Innenseite der Ventilkammer 1 von kreisringförmigen Ventilsitzen 28 und 29 umgeben, mit denen ein in der Ventilkammer horizontal bewegliches Doppelventil mit zwei Venti1tel1ern 30 und 31 in der Weise zusammenwirkt, daß der Innenraum der Ventilkammer 1 sowohl gegenüber der Bedampfungskammer 13 als auch gegenüber der Verdampferkammer vakuumdicht absperrbar ist. Dies geschieht mittels eines an sich bekannten, zwischen den Venti1tel1ern·30 und 31 angeordneten Spreizantriebes 32, von dem in der Zeichnung nur die äußere Umhüllung sichtbar ist. Mittels dieses Spreizantriebes lassen sich die beiden Ventilteller 30, 31 an die Ventilsitze 28, 29 anpressen und von diesen abheben, wobei

130016/0340

- 10 -

18. September 1979 79509

eine wechselseitige Abstützung erfolgt, so daß die Reaktionskräfte auf dem kürzesten Wege aufgefangen werden und eine aufwendige Stützkonstruktion für die Ventilteller nicht erforderlich ist. Die Ventilteller und der Spreizantrieb sind in Richtung des Pfeils 33 um eine senkrechte Achse 34 schwenkbar, so daß eine vollständige Sichtverbindung zwischen den öffnungen 8 und 18 herstellbar ist.

In der Venti1 kammer 1 befinden sich noch zwei parallel zueinander ausgerichtete Schutzringe 35 und 36, deren vertikaier Abstand, bezogen auf die obere Begrenzungsfläche des Schutzrings 35 und die untere Begrenzungsfläche des Schutzrings 36 nahezu dem Abstand der Ventilsitze 28, 29 entspricht. Der Querschnitt der Schutzringe entspricht gleichfalls dem Querschnitt der Ventilsitze, so daß die Schutzringe in eingefahrener Stellung die Ventilsitze 28, 29 vor einem unerwünschten Bedampfen schützen. Das gemeinsame Einfahren der Schutzringe 35 und 36 geschieht durch eine Schwenkbewegung in Richtung des Pfeils 37, und zwar um eine nicht näher bezeichnete Schwenkachse, die in der Darstellung durch die Bedampfungskammer 13 verdeckt ist. Die Ventilteller 30, und die Schutzringe 35, 36 werden jeweils alternierend bewegt, wobei durch eine Kopplung des Antriebes eine gegenseitige Behinderung vermieden wird.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Es wird vorausgesetzt, daß die Anlage bereits mindestens einen Arbeitszyklus hinter sich hat. Die öffnungen 8 und 18 sind mittels der Ventilteller 30, 31 in der gezeigten Position vakuumdicht verschlossen, so daß sich der Innenraum der

130016/0340 - π -

*λ 18. September 1979 79509

Ventilkammer 1 und die Hochvakuumpumpe 5 unter Hochvakuum befinden. Die Schutzringe 35 und 36 sind in diesem Fall seitlich ausgeschwenkt, wie gleichfalls dargestellt. Die Bedampfungskammer 13 befindet sich in der gezeigten, geöffneten Position, so daß die im Substrathalter 16 befindlichen, beschichteten Substrate 17 gegen unbeschichtete Substrate ausgetauscht werden können. Die Bedampfungskammer 13 wird alsdann in Richtung des Doppelpfeils 14 geschwenkt, bis sie zur Anlage auf dem oberen Flansch 10 kommt, so daß eine vakuumdichte Verbindung hergestellt ist. Der Innenraum der Bedampfungskammer 13 befindet sich zunächst noch unter Atmosphärendruck. Auch die Verdampferkammer 20 wurde neu chargiert, der Verdampfer 15 überprüft, so daß sie in Richtung des Pfeils 38 unter die öffnung 18 geschwenkt werden kann. Nach dem Anheben der Verdampferkammer 20 gegen die untere Kammerwand 3 ist auch hier eine vakuumdichte Verbindung vorhanden. Der Innenraum der Verdampferkammer 20 befindet sich zunächst gleichfalls unter Atmosphärendruck.

Sodann werden die Bedampfungskammer 13 und die Verdampferkammer 20 gleichfalls evakuiert, was entweder durch nicht dargestellte zusätzliche Kanäle, oder aber einfach durch Lösen des Spreizantriebes 32 erfolgen kann, wodurch die Ventilteller von den Ventilsitzen abheben. Alsdann werden die Ventilteller 30, 31 gemeinsam in Richtung des Pfeils verschwenkt, so daß eine Sichtverbindung zwischen dem Verdampfertiegel 26 und dem Substrathalter 16 entsteht. Die

130018/0340

- 12 -

¹⁸· September 1979 79509

Schutzringe 35, 36 werden vor die Ventilsitze 28 bzw. eingeschwenkt, und die Anlage ist betriebsbereit. Sobald nunmehr aus dem Verdampfertiegel 26 Material verdampft wird, kondensiert dies auf den Substraten 17 und führt dort zur Bildung sogenannter dünner Schichten. Nach Beendigung des Aufdampf Vorganges, der einen durch die geforderten Schichteigenschaften bestimmten Verlauf hat, werden die Schutzringe 35, 36 wieder in die dargestellte Position bewegt und die Ventilteller 30, 31 gleichfalls in die gezeigte Position eingefahren und gegen die Ventilsitze 18, 29 gepreßt. Die Bedampfungskammer 13 und die Verdampferkammer 20 können alsdann geflutet werden, worauf sich das Spiel der Chargierung etc. wiederholt.

130016/0340

Claims

18. September 1979 79509

ANSPRÜCHE:

1/ Vakuumaufdampfanlage für chargenweisen Betrieb mit einer Venti1 kammer, die eine Absaugöffnung für die Erzeugung eines Vakuums, eine nach oben gerichtete erste Öffnung für die vakuumdichte Verbindung mit einer abnehmbaren Bedampfungskammer und eine nach unten gerichtete zweite Öffnung für die Verbindung mit einer Verdampferkammer aufweist, wobei die erste und die zweite Öffnung im wesentlichen fluchten und zur Ventilkammer hin von je einem Ventilsitz umgeben sind, und mit einem in der Ventilkammer horizontal beweglichen Doppelventi1, dessen beide Ventilteller spreizbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (24) der Verdampferkammer (20) ohne Brechung des Vakuums in der Ventilkammer (1) von außen zugänglich ist.

2. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferkammer (20) mittels eines Flansches (23) mit der Ventilkammer (1) verbindbar und von dieser abnehmbar ist.

3. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampferkammer (20) an einem an der Unterseite der Ventilkammer (1) angeordneten Gelenkzapfen (19) mit senkrechter Achse heb- und schwenkbar gelagert ist.

130016/0340

29A0064

18. September 1979 79509

4. Vakuumaufdampfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß in der Venti1 kammer (1) zwei dem Abstand und der Projektionsfläche der Ventilsitze entsprechende Schutzringe (35, 36) angeordnet sind, die alternierend mit dem Doppelventil vor die Ventilsitze (28, 29) einfahrbar sind.

130016/0340