Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Beschichtungsmodul für eine Beschichtungsanlage, auf eine Beschichtungsanlage mit einem solchen Beschichtungsmodul sowie auf ein Verfahren zum Austausch eines Beschichtungs-Targets in einem solchen Beschichtungsmodul.

In Beschichtungsanlagen kommen unterschiedlichste Beschichtungsmodule zum Einsatz, wie sie bspw. in der US 2016/0 172 168 Al und in der DE 44 14 470 Al beschrieben sind. Bei Beschichtungsmodulen, die sich bspw. den Prozess der physikalischen Gasphasenabscheidung zunutze machen, wird in der Regel eine Beschichtungseinheit aus einem Beschichtungs- Target, einer Target-Rückplatte zur Montierung des Beschichtungs-Targets, einer sogenannten Dunkelraumabschirmung und einem Magnetsystem verwendet. Diese Beschichtungseinheit ist innerhalb einer evakuierbaren Prozesskammer montiert, die sich zu Wartungszwecken öffnen lassen muss. Hierfür ist in der Regel ein Kammerdeckel vorgesehen, an bzw. in dem die komplette Beschichtungseinheit montiert ist. Muss bei einem solchen Beschichtungsmodul ein verbrauchtes Beschichtungs-Target ausgetauscht werden, so kann bei diesen Modulen der Kammerdeckel zusammen mit der Beschichtungseinheit aufgeklappt werden (beispielsweise knapp über die Vertikale oder um 180°), um sich Zugang zur Beschichtungseinheit zu verschaffen. Nach dem Austausch des Beschichtungs-Targets müssen dann die Target-Rückplatte mit Target und Dunkelraum nacheinander montiert und an dem Beschichtungsmodul ausgerichtet werden. Dies ist wegen des teilweise großen Gewichts der einzelnen Komponenten beschwerlich und zeitaufwendig.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein diesbezüglich verbessertes Beschichtungsmodul, eine Beschichtungsanlage mit einem solchen Beschichtungsmodul und ein Verfahren zum Austausch eines Beschichtungs-Targets in einem solchen Beschichtungsmodul bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen dervorliegenden Erfindung sind unter anderem in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Demnach richtet sich die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt unter anderem auf ein Beschichtungsmodul für eine Beschichtungsanlage, wobei das Beschichtungsmodul eine evakuierbare Prozesskammer, einen Kammerdeckel, mit welchem die Prozesskammer vakuumdicht verschlossen werden kann, und eine Beschichtungseinheit bestehend aus einem Beschichtungs-Target, einer Target-Rückplatte, einer Dunkelraumabschirmung und einem Magnetsystem aufweist. Das Beschichtungs-Target, die Target-Rückplatte und die Dunkelraumabschirmung sind in der Prozesskammer montiert. Das Magnetsystem ist am Kammerdeckel montiert und es ist eine Medienzufuhr vorgesehen, mithilfe derer die Beschichtungseinheit targetseitig mit einem Fluid und/oder Energie versorgt werden kann.

Die Dunkelraumabschirmung wird häufig auch als „Shield" bezeichnet und dient als Anode zum Gegenstück der Kathode, bestehend aus Target-Rückplatte und Beschichtungs-Target.

Das Beschichtungs-Target, die Target-Rückplatte und die Dunkelraumabschirmung sind dabei bevorzugt nicht mit dem Kammerdeckel verbunden, sodass durch ein Abheben des Kammerdeckels von der Prozesskammer das Magnetsystem von der übrigen Beschichtungseinheit getrennt wird. Demnach verbleibt ein Verbund bestehend aus Target- Rückplatte, Beschichtungs-Target und Dunkelraum nach dem Öffnen des Kammerdeckels in der Arbeitslage. Dadurch kann die schwere Kathode (gebildet aus Beschichtungs-Target und Target-Rückplatte) in guter ergonomischer Haltung gewechselt werden. Ferner muss die Kontur der Kathode nicht mehr in eine Geometrie in der Prozesskammer eintauchen, sodass die Trennebene als planare Ebene ausgeführt werden kann. Durch das insgesamt verringerte Gewicht des Kammerdeckels kann der Deckel beispielsweise mittels Gasdruckfedern zur Unterstützung manuell geöffnet werden und ein elektrischer Antrieb ist nicht mehr erforderlich. Ferner erlaubt die erfindungsgemäße Trennung von Magnetsystem und übriger Beschichtungseinheit eine statische Verlegung der Medienzufuhr bzw. der entsprechenden Medienanschlüsse. Demnach ist es unter anderem bevorzugt, dass die Medienzufuhr nicht mit dem Kammerdeckel verbunden ist, sodass die Medienzufuhr während eines Abhebens des Kammerdeckels von der Prozesskammer statisch bleibt.

Gemäß einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung ferner auf ein Beschichtungsmodul für eine Beschichtungsanlage, wobei das Beschichtungsmodul eine evakuierbare Prozesskammer, einen Kammerdeckel, mit welchem die Prozesskammer vakuumdicht verschlossen werden kann, und eine Beschichtungseinheit bestehend aus einem Beschichtungs-Target, einer Target-Rückplatte, einer Dunkelraumabschirmung und einem Magnetsystem aufweist. Das Beschichtungs-Target, die Target-Rückplatte und die Dunkelraumabschirmung sind in der Prozesskammer montiert, wobei das Magnetsystem am Kammerdeckel montiert ist. Dabei sind das Beschichtungs-Target, die Target-Rückplatte und die Dunkelraumabschirmung nicht mit dem Kammerdeckel verbunden, so dass durch ein Abheben des Kammerdeckels von der Prozesskammer das Magnetsystem von der übrigen Beschichtungseinheit getrennt wird.

Die nachfolgend beschriebenen bevorzugten Merkmale können erfindungsgemäß auf beide Aspekte Anwendung finden.

Bevorzugt bilden das Beschichtungs-Target, die Target-Rückplatte und die Dunkelraumabschirmung einen vormontierten Verbund, der als Einheit in der Prozesskammer montiert und von dieser demontiert werden kann. Um die Montage zu vereinfachen, ist ferner bevorzugt ein Federelement vorgesehen, mittels dessen der Verbund aus Beschichtungs- Target, Target-Rückplatte und Dunkelraumabschirmung in der Prozesskammer definiert positioniert wird. Bevorzugt erfolgt mittels des Federelements eine Zentrierung des Verbunds entlang mindestens einer Achse, bevorzugt entlang mehrerer Achsen. Ferner kann der Verbund mittels des Federelements elektrisch kontaktiert werden. Bevorzugt ist die Dunkelraumabschirmung mit dem Beschichtungs-Target und/oder der Target-Rückplatte isoliert verbunden, besonders bevorzugt verschraubt.

Bevorzugt bildet der Kammerdeckel mit dem Magnetsystem eine planare Trennungsebene aus, die mit einer korrespondierenden planaren Trennungsebene der Prozesskammer vakuumdicht in Eingriff treten kann. Insbesondere muss die Kontur der Kathode nicht mehr in eine entsprechende Geometrie in der Prozesskammer eintauchen.

Bevorzugt weist die Innenseite des Kammerdeckels eine konkave Krümmung auf, wobei die konkave Krümmung in Bezug auf die Dicke des Kammerdeckels bzw. dessen Unterseite und das im Betrieb vorgesehene Vakuum bevorzugt derart ausgelegt ist, dass die Innenseite des Kammerdeckels unter Vakuum plan ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist die Geometrie der konkaven Krümmung derart definiert, dass unter Prozessbedingungen ein gleichmäßiger Dunkelraumabstand gewährleistet wird. Die konkave Krümmung kann dabei kreiszylindrisch oder sphärisch geformte Abschnitte aufweisen oder vollständig kreiszylindrisch bzw. sphärisch gekrümmt sein.

Die Target-Rückplatte weist bevorzugt einen oder mehrere Vorsprünge auf, wobei an den Vorsprüngen Anschlüsse für das Fluid und/oder die Energie vorgesehen sind. Die Medienzufuhr erfolgt demnach statisch von der Targetseite aus, wobei die Medienanschlüsse über Schrauben oder ähnliche Verbindungselemente mit dem isolierenden Gegenstück in der Prozesskammer verschraubt werden, um einen definierten, vakuumdichten Anschluss sicherzustellen. Weitere Anschlüsse müssen bevorzugt nicht gelöst bzw. wieder verbunden werden, um die Kathode zu montieren bzw. zu demontieren.

Wie bereits erwähnt, kann der Kammerdeckel, bevorzugt mittels Gasfederunterstützung, bevorzugt manuell aufgeschwenkt werden.

Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf eine Beschichtungsanlage mit einem Beschichtungsmodul wie oben beschrieben und mehreren weiteren Modulen, wobei die Module im Wesentlichen ringförmig angeordnet sind und wobei der Kammerdeckel des Beschichtungsmoduls in Richtung des Ringinneren aufgeschwenkt werden kann. Dadurch stört der geöffnete Kammerdeckel beispielsweise die Servicearbeiten nicht und kollidiert während der Schwenkbewegung auch nicht mit anderen Prozessmodulen. Bei dem Ring kann es sich um einen Ring in Form eines Kreises oder einer Ellipse handeln. Der Ring kann aber auch eine vieleckige, bspw. eine rechteckige oder quadratische Form aufweisen.

Wie bereits erläutert ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung ein ergonomisches Arbeiten unter Bedingungen, die die Arbeitssicherheit verbessern. Die planare Trennebene ermöglicht eine statische Zufuhr der Medien von der Targetseite, was zu einer erheblichen Vereinfachung bzw. Verbesserung der Medienzufuhr führt.

Die vorliegende Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zum Austausch eines Beschichtungs-Targets in einem Beschichtungsmodul, das eine evakuierbare Prozesskammer, einen Kammerdeckel, mit welchem die Prozesskammer vakuumdicht verschlossen werden kann, und eine Beschichtungseinheit bestehend aus einem Beschichtungs-Target, einer Target-Rückplatte, einer Dunkelraumabschirmung und einem Magnetsystem aufweist. Bevorzugt handelt es sich bei dem Beschichtungsmodul um ein Beschichtungsmodul wie oben beschrieben, sodass sämtliche bevorzugten Merkmale des erfindungsgemäßen Beschichtungsmoduls auch im Kontext des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommen können.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst das Beschichtungsmodul bzw. dessen evakuierbare Prozesskammer belüftet und anschließend der Kammerdeckel geöffnet. Im Zustand mit geöffnetem Kammerdeckel werden dann das Beschichtungs-Target, die Target-Rückplatte und die Dunkelraumabschirmung demontiert und anschließend ein neues Beschichtungs-Target, eine neue Target-Rückplatte und eine neue Dunkelraumabschirmung montiert. Nach der erfolgreichen Montage und gegebenenfalls einer erforderlichen Ausrichtung wird der Kammerdeckel wieder geschlossen und das Beschichtungsmodul bzw. dessen evakuierbare Prozesskammer abgepumpt.

Wie bereits im Kontext des erfindungsgemäßen Beschichtungsmoduls erläutert, bilden das Beschichtungs-Target, die Target-Rückplatte und die Dunkelraumabschirmung bevorzugt einen vormontierten Verbund, der als Einheit in der Prozesskammer montiert und von dieser demontiert werden kann. Dementsprechend verweist der Schritt der Demontage von Beschichtungs-Target, Target-Rückplatte und Dunkelraumabschirmung bevorzugt die Demontage dieser vormontierten Einheit auf. Auf analoge Weise weist der Schritt der Montage eines neuen Beschichtungs-Targets, einer neuen Target-Rückplatte und einen neue Dunkelraumabschirmung bevorzugt die Montage eines vormontierten Verbunds aus Beschichtungs-Target, Target-Rückplatte und Dunkelraumabschirmung auf. Auf diese Weise kann der Austausch der entsprechenden Komponenten besonders effizient und schnell erfolgen, was die Wartungszeit des entsprechenden Beschichtungsmoduls deutlich reduzieren kann.

Die Dicke des Kammerdeckels bzw. dessen Unterseite ist bevorzugt in Abhängigkeit der Festigkeit des verwendeten Materials derart ausgebildet, dass die Innenseite des Kammerdeckels nach dem Abpumpen des Beschichtungsmoduls eine plane Fläche ausbildet. Unter einer planen Fläche wird dabei im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Oberfläche verstanden, deren Höhenprofil um maximal 0,2 mm, stärker bevorzugt um maximal 0,1 mm, variiert.

Nach dem Abpumpen des Beschichtungsmoduls ist das Beschichtungs-Target bevorzugt frei von Vakuumkräften in der Prozesskammer gelagert. Mit anderen Worten ist das Beschichtungs-Target bevorzugt derart in dem Beschichtungsmodul montiert, dass keine durch das Vakuum erzeugte Kräfte auf das Beschichtungs-Target einwirken.

Bevorzugt finden sich das Beschichtungs-Target und die Target-Rückplatte nach dem Abpumpen des Beschichtungsmoduls mit Ausnahme der lokalen Anschlussstellen für die Medienzufuhr ringsum im Vakuum.

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

- Figur 1: eine perspektivische Teilansicht eines Beschichtungsmoduls gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im geöffneten Zustand;

Figur 2: jeweils eine perspektivische Ansicht von unten (links) und von oben (rechts) der Einheit aus Beschichtungs-Target, Target-Rückplatte und Dunkelraumabschirmung des Beschichtungsmoduls gemäß Figur 1;

- Figur 3 eine Schnittansicht durch den Medienanschluss für das Kühlmedium des Beschichtungsmoduls gemäß Figur 1;

- Figur 4: eine Schnittansicht durch den Medienanschluss für die Leistung des Beschichtungsmoduls gemäß Figur 1; und

- Figur 5: eine Schnittansicht durch den oberen Abschnitt des geschlossenen Beschichtungsmoduls gemäß Figur 1.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beschichtungsmoduls 1 für eine Beschichtungsanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Figur 1 ist der untere Teil des Beschichtungsmoduls 1, der die evakuierbare Prozesskammer ausbildet, nur teilweise zu sehen und das Beschichtungsmodul 1 im geöffneten Zustand, d. h. mit aufgeschwenktem Kammerdeckel 2 dargestellt. Der Kammerdeckel 2 des Beschichtungsmoduls 1 lässt sich mithilfe des Handgriffs 13 und gegebenenfalls durch Unterstützung einer Gasfeder 14 manuell auf- und zuschwenken. Im zugeschwenkten Zustand dichtet der Dichtungsring 9 des Kammerdeckels 2 im Eingriff mit der gegenüberliegenden Dichtfläche 10a eines Kammerflansches 10, der mit dem Beschichtungsmodul 1 verbunden ist, die Prozesskammer vakuumdicht ab. Dieser geschlossene Zustand ist in Figur 5 in einer Schnittansicht dargestellt.

Wie in Figur 5 gut zu sehen ist, weist das Beschichtungsmodul 1 eine Beschichtungseinheit bestehend aus einem Beschichtungs-Target 3, einer Target-Rückplatte 4, einer Dunkelraumabschirmung 5 und einem Magnetsystem 6 auf, wobei das Beschichtungs-Target 3, die Target-Rückplatte 4 und die Dunkelraumabschirmung 5 innerhalb der Prozesskammer montiert sind, und zwar an Komponenten des Beschichtungsmoduls 1, die nicht dem Kammerdeckel 2 zugerechnet werden. Im Gegensatz dazu ist das Magnetsystem 6 am Kammerdeckel 2 montiert, und zwar derart, dass durch ein Abheben des Kammerdeckels 2 von der Prozesskammer das Magnetsystem 6 von der übrigen Beschichtungseinheit getrennt wird (vgl. Figur 1). Dabei bilden das Beschichtungs-Target 3 und die Target-Rückplatte 4 eine Kathode aus, wohingegen die damit isoliert verschraubte Dunkelraumabschirmung 5 einen Teil der Anode bildet. Wie bereits oben erläutert können das Beschichtungs-Target 3, die Target-Rückplatte 4 und die Dunkelraumabschirmung 5 einen vormontierten Verbund bilden, der als Einheit in der Prozesskammer montiert und von dieser demontiert werden kann. Dabei dienen die in Figur 5 zu sehenden Federelemente 15 der Zentrierung dieses Verbunds in Bezug auf die Prozesskammer.

Im geschlossenen Zustand des Beschichtungsmoduls bildet sich zwischen der Target- Rückplatte 4 und der Innenseite 7 des Kammerdeckels 2 der sogenannte Dunkelraum aus, der in Fig. 5 als dicke schwarze Linie 8 gekennzeichnet ist und der für ideale Prozessbedingungen einen möglichst gleichmäßigen Dunkelraumabstand definieren sollte. In der vorliegenden Erfindung wird dies bevorzugt dadurch realisiert, dass die Innenseite 7 des Kammerdeckels 2 eine konkave Krümmung aufweist. Eine entsprechende sphärische Krümmung ist in Figur 1 durch die beiden Kreise auf der Innenseite 7 des Kammerdeckels 2 angedeutet. Diese sphärische Krümmung führt dazu, dass der Dunkelraumabstand entlang des Querschnitts in Figur 5 zunächst nicht konstant ist, sondern zur Mitte hin zunimmt. Wird nun die Prozesskammer evakuiert, so wird die Innenseite 7 des Kammerdeckels 2 durch die Druckdifferenz zwischen Atmosphäre und Prozesskammer deformiert. Bevorzugt ist nun die konkave Krümmung in Bezug auf die Dicke des Kammerdeckels 2 und das im Betrieb vorgesehene Vakuum derart ausgelegt, dass die Innenseite 7 des Kammerdeckels 2 unter Vakuum plan ausgebildet ist, sodass ein gleichmäßiger Dunkelraumabstand im Dunkelraum 8 gewährleistet ist. Die hierfür erforderliche konkave Krümmung lässt sich vorab beispielsweise mittels Simulationen ermitteln.

Wie anhand der Figuren 1 und 5 auch deutlich zu erkennen ist, bildet der Kammerdeckel 2 mit dem Magnetsystem 6 eine planare Trennungsebene 16 aus, die mit einer korrespondierenden planaren Trennungsebene der Prozesskammer vakuumdicht in Eingriff treten kann.

In Figur 2 ist der vormontierte Verbund aus Beschichtungs-Target 3, Target-Rückplatte 4 und Dunkelraumabschirmung 5 in einer Ansicht von unten (links) und von oben (rechts) zu sehen. In der Ansicht von unten blickt man auf die Unterseite des Beschichtungs-Targets 3 und in der Ansicht von oben auf die Oberseite der Target-Rückplatte 4. Das Beschichtungs-Target 3 ist dabei ringförmig von der Dunkelraumabschirmung 5 umgeben. Die in Figur 2 dargestellte Einheit lässt sich mittels vier Schrauben 21auf einfache Weise in der Prozesskammer montieren und wieder von dieser demontieren.

Bevorzugt weist die Target-Rückplatte 4 einen oder mehrere Vorsprünge 11a, 11b auf, wobei an den Vorsprüngen Anschlüsse für das Fluid und/oder die Energie vorgesehen sein können. Im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist ein erster Vorsprung 11a einen Wasseranschluss für Kühlwasser auf und ein zweiter Vorsprung 11b einen Anschluss für eine Spannungsquelle.

In Figur 3 ist eine Schnittansicht durch den Medienanschluss für das Kühlwasser dargestellt. Dort sind zwei Wasseranschlüsse 17a und 17b zu sehen, die als Zulauf bzw. Ablauf für das Kühlwasser fungieren, das durch einen entsprechenden Kühlkanal 18 fließt, um die Target- Rückplatte 4 möglichst großflächig zu kühlen. Wie anhand von Figur 3 auch deutlich wird, sind Target-Rückplatte 4 und Kammerflansch 10 über Schrauben 20 miteinander verschraubt, die sich durch einen Isolator 19 erstrecken. Weitere Schrauben 21 dienen der Montage der Target-Rückplatte 4 an diesem Isolator 19. Dadurch können Kammerflansch 10 und Target- Rückplatte 4 auf unterschiedlichem Potential liegen. Ferner sind in Figur 3 eine Reihe von Dichtungsringen (ohne Bezugszeichen) zu sehen, die eine entsprechend dichte Anbindung sicherstellen sollen.

Der entsprechende Medienanschluss für die Spannung ist in Figur 4 in Schnittansicht dargestellt. Die einzelnen Komponenten und deren Verbindung über Schrauben 20 und 21 gleichen den in Bezug auf Figur 3 diskutierten. Anstelle der Wasseranschlüsse 17a und 17b ist jedoch hier ein Anschluss 22 für eine Spannungsquelle vorgesehen, um das Potential der Target-Rückplatte 4 zu definieren.

Wie aus den Figuren 3 und 4 deutlich wird, können sowohl der Kühlmittelanschluss als auch der Leistungsanschluss über einen Isolator realisiert werden. Der Isolator sowie die Medienabdichtungen verbleiben bei einem Kathodenwechsel in der Prozesskammer. Der Isolator stellt eine definierte Potentialtrennung zwischen Prozesskammer und Target- Rückplatte sicher. Durch entsprechende Tolerierung wird durch diesen auch der Dunkelraumabstand im Bereich der Medienanschlüsse sichergestellt. Um die Vakuumdichtung weiter zu verbessern, kann im Isolator 19 ein Sperrvolumen 23 (vgl. Figur 3) für eine Zwischenabsaugung realisiert werden. Diese reduziert den Druckunterschied zwischen Prozesskammer und Dichtstelle, was zu einer Vakuumverbesserung durch geringere Permeation im Dichtungsbereich führt.