Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Substraten mittels Kathodenzerstäubung sowie ein Verfahren zum Austausch eines Targets in einer solchen Beschichtungsanlage.

Bei der Beschichtung mittels Kathodenzerstäubung muss das Target-Material der Kathode in regelmäßigen Abständen aufgrund des am Target stattfindenden Zerstäubungsprozesses gewechselt werden. Das Target allein lässt sich in der Regel nicht ausbauen, da es mit einer sogenannten Targetrückplatte oder Target-Stützplatte verbunden ist. Zudem wird das Target in der Regel von einem auf Masse liegenden Dunkelraum bzw. von einer sogenannten Dunkelraumabschirmung umgeben. Das Target und die dieses umgebenden Komponenten haben in der Regel ein hohes Gewicht und müssen an einem Kammerelement der Anlage montiert werden, beispielsweise hängend an Kammerdeckel oder Kammerwand montiert werden. Arbeiten unterhalb der Kathode müssen aus Sicherheitsgründen jedoch vermieden werden. Auch sollte die Arbeit in der Regel von einer Person ausgeführt werden können. Dabei ist ein einfacher Zugang zum Target und den dieses umgebenden Komponenten sowie eine einfache Montage erwünscht. Die Industrie verlangt einen einfachen, schnellen und sicheren Wechselvorgang, um Stillstandszeiten der Anlage möglichst kurz zu halten.

Gemäß der heute üblichen Lösung wird die Target-Stützplatte mit Target über Schrauben gegen in der Beschichtungskammer montierte Isolatoren verschraubt. Anschließend wird die Dunkelraumabschirmung über die Target-Stützplatte gesetzt und mit Schrauben an der Beschichtungskammer fixiert. Vor der endgültigen Fixierung muss dabei die Dunkelraumabschirmung noch in Bezug auf das Target ausgerichtet werden.

Beispiele für Beschichtungsanlagen mit austauschbaren Targets sind beispielsweise in der US 6,494,999 Bl, DE 197 32 002 Al, DE 4 133 564 Al, DE 25 13 216 Al, DE 22 53 879 A und DE 195 25 007 Al beschrieben.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtungsanlage mit einer Target- Konstruktion bereitzustellen, die einen einfachen, schnellen und sicheren Wechsel des Target- Materials ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Beschichtungsanlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Ferner richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Austausch eines Targets in einer solchen Beschichtungsanlage.

Dementsprechend richtet sich die vorliegende Erfindung auf eine Beschichtungsanlage zur Beschichtung von Substraten mittels Kathodenzerstäubung. Die Beschichtungsanlage weist mindestens ein Magnetsystem mit einem oder mehreren Magneten, eine Dunkelraumabschirmung, ein Target und eine Target-Stützplatte (oder Targetrückplatte) auf, wobei Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte eine vormontierte Einheit (ohne Magnetsystem) bilden, die als Einheit in die Beschichtungsanlage (inkl. Magnetsystem) eingebracht und als Einheit ausgetauscht werden kann, wobei Target und Dunkelraumabschirmung elektrisch voneinander isoliert sind. Die Beschichtungsanlage weist ferner einen Verbindungsmechanismus auf, mithilfe dessen die vormontierte Einheit (ohne Magnetsystem) an der Beschichtungsanlage (inkl. Magnetsystem) befestigt werden kann. Der Verbindungsmechanismus ist an der Dunkelraumabschirmung angebracht oder interagiert mit der Dunkelraumabschirmung. Die Kombination aus Target und Target-Stützplatte wird nachfolgend auch als „Kathode" bezeichnet.

Die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte erlaubt eine einfache Handhabung und sichere Montage der Einheit, sodass der Austausch des Target- Materials in der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage schnell und ohne große Unterbrechungszeiten vonstattengehen kann.

Bevorzugt weist der Verbindungsmechanismus eine (oder mehrere) Exzenterwelle(n) auf. Die Exzenterwelle kann ein Rohr oder einen Rundstab mit einem oder mehreren exzentrisch ausgebildeten Innenabschnitten aufweisen, wobei an jedem der exzentrisch ausgebildeten Innenabschnitte mindestens eine Öffnung zur Aufnahme eines Verbindungselements vorgesehen ist. Bevorzugt weist die Dunkelraumabschirmung oder ein Abschnitt der Beschichtungsanlage, an der die vormontierte Einheit befestigt werden kann, ein oder mehrere Verbindungselemente auf, die dazu geeignet sind, mit der Exzenterwelle, insbesondere mit deren Öffnung(en) in Eingriff zu treten. Bevorzugt bewirkt eine Drehung der Exzenterwelle, dass die Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte in Richtung des Magnetsystems bewegt und in einer definierten Position gehalten wird. Insbesondere bewirkt eine Drehung der Exzenterwelle, dass die Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte gegen einen Abschnitt der Kammer, bspw. einen Kammerdeckel oder eine Kammerwand, verspannt wird.

Die Lösung basierend auf der Exzenterwelle macht die Handhabung der vormontierten Einheit noch einfacher und sicherer. Insbesondere lässt sich bei dieser Lösung der Verbindungsmechanismus im Prozessbereich (d.h. im Vakuum) anordnen, sodass keine zusätzlichen Durchbrüche erforderlich sind. Die Exzenterwelle kann direkt manuell angetrieben werden, ohne dass hierfür ein Motor oder andere Bauteile erforderlich wären.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage weist die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte ferner Positionierhülsen und/oder Klemmbolzen auf. Die vormontierte Einheit lässt sich beispielsweise über eine Hilfsvorrichtung an die Beschichtungsanlage fahren. Diese Hilfsvorrichtung wird dann über einen Anschlag geführt, an der Beschichtungskammer platziert und die vormontierte Einheit dort angehoben. Zwei beispielweise am Kammerdeckel verschraubte Positionierstifte tauchen während des Hubvorgangs in die Positionierhülsen der vormontierten Einheit ein und richten diese genau in der Beschichtungskammer aus. Kurz vor Beendigung des Hubvorgangs tauchen die beispielsweise an der Dunkelraumabschirmung montierten Klemmbolzen in die Exzenterwelle des Verbindungsmechanismus ein. Beispielsweise können vier Klemmbolzen in zwei Exzenterwellen mit exzenterförmigen Ausfräsungen eintauchen. Durch Drehen der beiden Exzenterwellen werden die Klemmbolzen mit den Exzenterwellen verklemmt. Dadurch wird die Dunkelraumabschirmung gegen ein Kammerelement, bspw. den Kammerdeckel oder eine Kammerwand, verspannt. An der Dunkelraumabschirmung montierte Federelemente werden beim Verspannen gegen den Kammerdeckel verpresst und sorgen für einen definierten Kontakt und einen Potentialausgleich gegenüber der Kammer. Mittels einer oder mehrerer Schrauben werden dabei ein definierter Kontakt zwischen dem Stromanschluss und der Target-Rückplatte sowie ein Verpressen der Dichtungsringe gewährleistet. Die Hilfsvorrichtung kann nun entfernt werden.

Durch das Vorsehen einer vormontierten Einheit kann die Ausrichtung zwischen Target und Dunkelraumabschirmung vor dem Serviceeinsatz an der Beschichtungsanlage am Arbeitsplatz erfolgen. Dies reduziert die Servicezeit an der Anlage und ermöglich eine deutliche Vereinfachung und Verkürzung der Servicearbeiten und erhöht dadurch die Produktionsfähigkeit der Anlage.

Anstelle der oben geschilderten Anordnung wäre auch ein invertierter Aufbau denkbar, in der die Klemmbolzen in der Beschichtungskammer montiert sind und die Exzenterwellen an der Dunkelraumabschirmung befestigt sind.

Bevorzugt weist die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target- Stützplatte eine Längserstreckung auf, wobei sich die Exzenterwelle entlang dieser Längserstreckung erstreckt. Dadurch ist eine einfache Anpassung der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage an unterschiedliche Target-Längen möglich.

Die Exzenterwelle ermöglicht bevorzugt einen Maximalhub von höchstens 10 mm, stärker bevorzugt höchstens 5 mm und besonders bevorzugt höchstens 2 mm. Bevorzugt kann die Exzenterwelle direkt manuell gedreht werden.

Bevorzugt weist die Beschichtungsanlage einen Vakuumbereich auf, der für einen Beschichtungsprozess evakuierbar ist, wobei sich der Verbindungsmechanismus vollständig innerhalb des Vakuumbereichs befindet. Bevorzugt muss der Vakuumbereich geöffnet werden, um eine manuelle Bedienung des Verbindungsmechanismus zu ermöglichen.

Bevorzugt kann das Magnetsystem bzgl. der vormontierten Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte in drei Raumrichtungen bewegt und optional gegenüber der vormontierten Einheit verkippt werden. Hierdurch lässt sich das Magnetsystem gezielt im Hinblick auf das Target ausrichten.

Die Beschichtungsanlage weist ferner bevorzugt einen Verbindungsabschnitt auf, über den Strom und/oder Kühlmittel in die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte zugeführt werden. Bevorzugt ist im Bereich dieses Verbindungsabschnittes mindestens eine zusätzliche Schraubverbindung vorgesehen. Der Durchbruch für die Anschlussmedien liegt bevorzugt außerhalb der Beschichtungszone. Der Medienanschlussblock ist an der Kammer isolierend montiert und befindet sich im Bereich des Durchbruchs der Anschlussmedien. Die Anbindung ist bevorzugt flach ausgestaltet, sodass nur ein geringer Einbauhub bzw. Exzenterhub erforderlich ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Austausch eines Targets in einer Beschichtungsanlage wie oben beschrieben. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target- Stützplatte von der übrigen Beschichtungsanlage mittels Bedienens des Verbindungsmechanismus gelöst. Anschließend wird die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte aus der Beschichtungsanlage entnommen. Nun kann eine neue vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung, Target und Target-Stützplatte in die Beschichtungsanlage eingebracht werden und die vormontierte Einheit an der übrigen Beschichtungsanlage mittels Bedienens des Verbindungsmechanismus befestigt werden.

Bevorzugt weist der Verbindungsmechanismus eine Exzenterwelle auf, wobei das Lösen und Befestigen der vormontierten Einheit durch Drehen der Exzenterwelle, bevorzugt manuell, erfolgt, indem ein Betätigungsabschnitt der Exzenterwelle bevorzugt um maximal 330°, stärker bevorzugt um maximal 180°, gedreht wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1: eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage;

Figur 2: einen Querschnitt durch Figur 1 (invertiert);

Figur 3: eine schematische Querschnittsansicht, die das Arbeitsprinzip der

Exzenterwelle verdeutlicht;

Figur 4: eine schematische Querschnittsansicht, die das Arbeitsprinzip der

Exzenterwelle verdeutlicht;

Figur 5: einen Querschnitt durch Figur 1 (invertiert); und

Figur 6: einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt einer Beschichtungsanlage gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform.

In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Beschichtungsanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu sehen. Die Figuren 2 und 5 zeigen entsprechende Querschnittsansichten. Insbesondere ist in den Figuren 1, 2 und 5 die erfindungsgemäße vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung 4, Target 8a und Target-Stützplatte 8b zu sehen. Target 8a und Target-Stützplatte 8b bilden gemeinsam die Kathode 8 aus. Diese vormontierte Einheit kann erfindungsgemäß als Einheit in die Beschichtungsanlage eingebracht und als Einheit ausgetauscht werden, wobei Kathode 8 (bestehend aus Target 8a und Target-Stützplatte 8b) und Dunkelraumabschirmung 4 elektrisch voneinander isoliert sind. Die (ansonsten nicht dargestellte) Beschichtungsanlage weist ferner einen Verbindungsmechanismus auf, mithilfe dessen die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung 4, Target 8a und Target-Stützplatte 8b an einer Komponente der Beschichtungsanlage befestigt werden kann, wobei dieser Verbindungsmechanismus an der Dunkelraumabschirmung 4 angebracht sein kann, oder aber mit der Dunkelraumabschirmung 4 interagiert. In der Ausführungsform gemäß den Figuren 1, 2 und 5 weist dieser Verbindungsmechanismus zwei Exzenterwellen 2 auf, die sich entlang der Längserstreckung dervormontierten Einheit erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform sind diese beiden Exzenterwellen 2 jeweils in Lagerblöcken 14 drehbar gelagert.

Das Prinzip dieser Exzenterwellen 2 ist in den Figuren 3 und 4 schematisch veranschaulicht.

Die Exzenterwelle 2 kann als Rohr oder Rundstab mit einem oder mehreren exzentrisch ausgebildeten Innenabschnitten 2a ausgebildet sein, wobei an jedem der exzentrisch ausgebildeten Innenabschnitte 2a mindestens eine Öffnung zur Aufnahme eines Verbindungselements, beispielsweise eines Bolzens 3, vorgesehen ist. Diese Bolzen 3 können, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt, in diese Öffnungen eintauchen, sodass ein Verdrehen der Exzenterwelle 2 in Richtung des Pfeils in Figur 3 aufgrund des exzentrisch ausgebildeten Innenprofils 2a dafür sorgt, dass die Bolzen 3 in Figur 3 nach oben gezogen werden. Dementsprechend führt in der Ausführungsform gemäß den Figuren 1, 2 und 5 eine entsprechende Drehung der Exzenterwelle 2 dazu, dass die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung 4, Target 8a und Target-Stützplatte 8b radial zum Zentrum/Mittelachse der Exzenterwelle, d.h. in Richtung auf die beiden Lagerblöcke 14, gezogen wird.

Wie aus Figur 6, die weiteren Komponenten der erfindungsgemäßen Beschichtungsanlage zeigt, deutlich wird, wird durch diese Bewegung die vormontierte Einheit aus Dunkelraumabschirmung 4, Target 8a und Target-Stützplatte 8b in Richtung des Magnetsystems 7 der Beschichtungsanlage gepresst. Um eine korrekte Positionierung der vormontierten Einheit in Bezug auf das Magnetsystem 7 zu erleichtern, sind Positionierbolzen 13 vorgesehen, die in entsprechende Positionierhülsen 16 in der vormontierten Einheit eintauchen können.

Die Befestigung der vormontierten Einheit an der Beschichtungsanlage erfolgt bevorzugt manuell durch Drehen der Exzenterwellen 2, beispielsweise mithilfe des Betätigungselements 2b (vgl. Figuren 3 und 4).

In der Schnittansicht gemäß Figur 5 ist nochmals die Positionierung der vormontierten Einheit in Bezug auf das Magnetsystem 7 zu erkennen. Ferner sind Kühlkanäle 5 zur Kühlung der Stützplatte 8a zu sehen sowie Isolatoren 9, die das Target 8a und die Target-Stützplatte 8b elektrisch von der Dunkelraumabschirmung 4 isolieren.

In Figur 5 ist auch ein Teil der Vakuumkammer 1 der Beschichtungsanlage abgebildet. Wie deutlich zu erkennen ist, erstreckt sich die Kammerwand 6 der Vakuumkammer 1 zwischen dem Magnetsystem 7 einerseits und der vormontierten Einheit aus Dunkelraumabschirmung 4, Target 8a und Target-Stützplatte 8b andererseits. Mit anderen Worten bildet die gestrichelte Linie in Figur 5 eine gedachte Trennlinie zwischen Atmosphärendruck einerseits und Vakuum andererseits. Der erfindungsgemäße Verbindungsmechanismus, d.h. insbesondere die Exzenterwelle 2, befindet sich somit innerhalb des Vakuums im Prozessbereich, sodass keine zusätzlichen Durchbrüche benötigt werden. Mit anderen Worten befindet sich die komplette Targetbefestigung inkl. Exzenterwelle und Betätigungselement im Vakuum. Auf diese Weise lassen sich Vakuumleckagen vermeiden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform könnte sich auch lediglich das Betätigungselement 2b der Exzenterwelle 2 in den Bereich des Atmosphärendrucks erstrecken. Die Klemmung erfolgt außerhalb des Targetbereichs und durchdringt nicht die Prozesskammer. Daher ist eine Dichtung zum Atmosphärenbereich für den Klemm-Mechanismus nicht notwendig und die Einflüsse auf das Magnetfeld sind auf ein Minimum reduziert.

Figur 2 zeigt eine Querschnittsansicht durch den Teil der Beschichtungsanlage, der die Zufuhr

10 für das Kühlmedium sowie den Strom aufweist. Zu erkennen sind insbesondere eine Befestigungsschraube 11 und die Isolatoren 12 für die Stromzuführung. Dementsprechend liegt der Medienanschlussblock 10 für die Medien separat außerhalb des Prozessbereichs und ist vom Target 8a getrennt. Die Verbindung für den Leistungs- und Wasseranschluss sowie die Vakuum- und Atmosphärendichtung zwischen Kathode und Kammer wird mit der Schraube

11 sichergestellt.