DE102006008977A1 - Anordnung zur Befestigung von Blenden in Prozessräumen von Vakuumprozessanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung und Kühlung von Blenden in Prozessräumen von Vakuumprozessanlagen mit einem Wärmetauscher, welcher integrierte geschlossene Hohlprofile zum Kühlmedientransport und Kontaktflächen zur Wärmeleitung aufweist und in einem Zwischenraum zwischen einer Blende und einem Träger zur Befestigung an einer Vakuumkammerwand angeordnet ist, wobei eine dem Prozessraum abgewandte Seite der Blende mit der Kontaktfläche des Wärmetauschers korrespondiert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass mit geringem Aufwand ein hoher Wärmeleitkontakt zwischen Blende und Wärmetauscher dauerhaft gewährleistet wird. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher (8) zumindest teilweise relativ zum Träger (4) flexibel gelagert ist, wobei ein mit einem Druckmittel befüllbarer elastischer Hohlkörper (7) derart an einer Pufferfläche (15) des Wärmetauschers (8) anlegbar ist, dass eine Kontaktfläche (16) des Wärmetauschers (8) mittels des elastischen Hohlkörpers (7) an die dem Prozessraum (3) abgewandte Seite (17) der Blende (1) anpressbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung und Kühlung von Blenden in Prozessräumen von Vakuumprozessanlagen mit einem Wärmetauscher, welcher integrierte Hohlprofile zum Kühlmedientransport und Kontaktflächen zur Wärmeleitung aufweist und in einem Zwischenraum zwischen einer Blende und einem Träger zur Befestigung an einer Vakuumkammerwand angeordnet ist, und mit einer Halterung zur Fixierung der Blende, wobei eine dem Prozessraum abgewandte Seite der Blende mit der Kontaktfläche des Wärmetauscher korrespondiert.
• Aus der Druckschrift DE 297 17 418 U1 ist eine solche Vorrichtung zur Befestigung und Kühlung von Blenden bekannt. Darin wird eine Vakuumkammer einer Durchlaufanlage zur Beschichtung von platten- oder scheibenförmigen Substraten beschrieben. Die beidseitig des Beschichtungsraumes angeordneten Blenden sind beispielsweise zur Dunkelraumabschirmung vorgesehen und auch als Anoden betreibbar. Sie sind in dieser Dokumentation aus Profilschienen mit L-förmigen Querschnitt ausgebildet, wobei der senkrechte Schenkel jeder Blende auf der Oberfläche der Hohlprofilzuschnitte anliegt und befestigt ist, die wiederum an den Wänden der Vakuumkammer im Bereich zwischen der Ebene des Targets und des Substrats angeordnet sind. Diese Hohlprofilzuschnitte sind jeweils mit übereinander liegenden Kanälen versehen, die von einem Kühlmittel, zur Kühlung der Blenden durchflossen sind und somit als Wärmetauscher fungieren. Zur Vermeidung des elektrischen Kontaktes und des Wärmeeintrages von den Blenden in die Vakuumkammerwände sind zur Befestigung der Hohlprofilzuschnitte an den Vakuumkammerwänden elektrisch und thermisch isolierende Zwischenstücke als Isolationskörper vorgesehen.
• In der betreffenden Ausführung erfolgt die flächige Blendenbefestigung an den als Wärmetauscher fungierenden Hohlprofilzuschnitten durch Einhängen mit je einem Ansatzes an den senkrechten Schenkeln der Blenden, die jeweils von oben in die kongruent geformten Holprofilzuschnitte eingreifen. Somit liegt der senkrechte Schenkel der Blende durch die Gewichtskraft vor allen Dingen des horizontalen Schenkel der Blende flächig an der Oberfläche des Wärmetauschers an, um den Wärmekontakt herzustellen. Mittels dieser Blendenaufhängung wird ein Austausch der Blenden erleichtert, der sich nach gewisser Nutzungszeit der Blenden erforderlich macht, da sich das Blendenblech durch die Strahlungswirkung während des Vakuumprozesses unvermeidbar deformiert und bei Beschichtungsprozessen gegebenenfalls Schichtmaterial auf den Blenden abgeschieden wird, das langfristig zu Störungen im Beschichtungsprozess führt.
• Nachteilig an dieser Befestigungsmethode der Blenden ist, dass sich infolge der prozessbedingten Deformierung der Blenden der flächige Kontakt zwischen der Blende und der Oberfläche des Wärmetauscher, an der die Blende anliegt, vermindert und nur noch ein punktueller Wärmeleitkontakt besteht. Damit verschlechtert sich der Wärmeübergang und folglich die Kühlung der Blenden, was deren Lebensdauer stark mindert.
• In der Praxis sind alternativ Halterungen der Blenden am Wärmetauscher durch Schraubverbindungen bekannt. Diese verbessern zwar den flächigen Kontakt der Blenden zum Wärmetauscher geringfügig, erhöhen jedoch den Aufwand beim Wechsel der Blenden und können bei Beschichtungsprozessen unerwünscht zusputtern. Punktuell entstehende Wärmekontaktstellen können auch hierbei nicht vermieden werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Vorrichtung zur Befestigung und Kühlung von Blenden der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass mit geringem Aufwand ein hoher Wärmeleitkontakt zwischen Blende und Wärmetauscher dauerhaft gewährleistet wird.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher zumindest teilweise relativ zum Träger flexibel gelagert ist, wobei ein mit einem Druckmittel befüllbarer elastischer Hohlkörper derart an einer Pufferfläche des Wärmetauschers anlegbar ist, dass eine Kontaktfläche des Wärmetauschers mittels dem elastischen Hohlkörper an die dem Prozessraum abgewandten Seite der Blende anpressbar ist. Als Druckmittel wird hierbei ein Medium verstanden, welches einen zu dem Druck in der Vakuumkammer relativ höheren Druck aufweist.
• Hierbei wird durch einen zwischen dem flexibel gelagerten Wärmetauscher und einem festen Gegenlager, zum Beispiel dem Träger, befindlichen und mit dem Druckmittel befüllten Hohlkörper eine Druckkraft rückseitig auf die Pufferfläche des Wärmetauscher aufgebracht, sodass der Wärmetauscher mit seiner Kontaktfläche gegen die prozessabgewandte Seite der fest fixierten Blende angepresst wird. Für die Druckkrafterzeugung durch den elastischen Hohlkörper ist als Druckmittel beispielsweise Luft verwendbar, welches mit einem höheren absoluten Druck im Hohlkörper gegenüber dem Druck in der Vakuumkammer eine Druckdifferenz aufbaut und den elastischen Hohlkörper ausdehnt. Für eine Fixierung der Blende gegenüber dem flexibel gelagerten Wärmetauscher ist es erforderlich, die Halterung der Blende mit Festpunkten jenseits des Wärmetauschers, zum Beispiel am Träger, zu realisieren. Diese Maßnahmen erhöhen den Wärmeleitkontakt zwischen der Blende und dem Wärmetauscher weitgehend unabhängig von eventuellen Flächentoleranzen in der Anlage der Blende an der Kontaktfläche des Wärmetauschers. Die Wärme kann so mit geringerem Wärmewiderstand von der Blende an die kühlwasserführenden Hohlprofile im Wärmetauscher abgeführt werden.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet das geschlossene Hohlprofil die Pufferfläche und die Kontaktfläche. Somit sind insbesondere die kühlwasserführenden Kanäle des Wärmetauschers direkt an die Blende anpressbar, womit der Wärmeleitkontakt noch effizienter gestaltet werden kann. Dies wird beispielsweise bei einem Wärmetauscher realisiert, welcher mehrere parallel zueinander verlaufende Hohlprofile aufweist, die untereinander mit geringfügig elastischen Verbindungsstegen, wie Flachstahl oder Blechen, verbunden sind. Entlang dieser Hohlprofile ist der druckbeaufschlagte, elastische Hohlkörper zugeordnet, so dass sich die einzelnen Kontaktflächen der Hohlprofile nicht nur eben an die Blende anpressen lassen, sondern mittels der differenzierbaren Ausdehnung des elastischen Hohlkörpers an die Neigung und Formgebung der Blende, insbesondere an eine durch die Strahlungseinwirkung des Vakuumprozesses verformten Blende, weitestgehend anpassen. Somit wird der günstige Wärmeleitkontakt zwischen der Blende und den kühlwasserführenden Kanälen des Wärmetauschers auch nach einer Verformung der Blende weitestgehend aufrechterhalten.
• Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Wärmetauscher eine Führung aufweist und mit einem Führungsbolzen am Träger befestigt ist. Dieser Führungsbolzen in der Führung des Wärmetauschers geführt und beispielsweise im Träger verschraubt, bildet eine Loslagerverbindung des Wärmetauschers zum Träger, die die Lage des Wärmetauschers gegen eine vertikale Verschiebung sichert und zugleich die horizontale flexible Beweglichkeit des Wärmetauschers erlaubt. Die Führung am Wärmetauscher kann zum Beispiel eine Bohrung, sein, die sich an den Verbindungsstegen zwischen den geschlossenen Hohlprofilen befindet.
• Ergänzend dazu ist es von Vorteil, dass der Führungsbolzen federbelastet ist. Dies erzeugt eine Vorspannung des Wärmetauschers gegen den elastischen Hohlkörper, so dass ein optimaler Sitz des elastischen Hohlkörpers an der Pufferfläche des Wärmetauschers in jeder Betriebsphase des Hohlkörpers gewährleistet ist.
• Darüber hinaus ist es dienlich, dass der Wärmetauscher und/oder das geschlossene Hohlprofil Schlauchverbindungen für die Kühlwasserversorgung aufweisen. Sind der Kühlwasser-Vor- und Rücklaufanschluss am flexibel gelagerten Wärmetauscher oder auch die geschlossenen Hohlprofile untereinander nicht wie üblich biegesteif, sondern mit flexiblen Schlauchverbindungen ausgestattet, ist einerseits die Beweglichkeit der genannten Bauteile spannungsfrei gewährleistet und sind andererseits mögliche Undichtheiten, die an biegesteifen Verbindungsstellen infolge einer Biegespannung entstehen können, vermieden.
• Erfindungsgemäß ist des Weiteren vorgesehen, dass der elastische Hohlkörper in einem offenen Hohlprofilrahmen angeordnet ist, welcher am Träger befestigt ist. Dieser Hohlprofilrahmen bewerkstelligt wirkungsvoll das statische Gegenlager und zugleich eine Führung des Hohlkörpers, so dass dieser sich nicht vertikal verschieben kann und seine Druckkraft punktgenau gegen die jeweiligen Pufferflächen des Wärmetauschers ausüben kann.
• Eine günstige Ausgestaltung ergibt sich daraus, dass die Halterung die Blende am Träger fixiert. Neben der statischen Trägereigenschaft für die Anbauteile der erfinderischen Vorrichtung ist der Träger mittels Isolatoren gegen über der Vakuumkammerwand elektrisch isoliert ausgeführt. Die Befestigung der Blende an dem Träger realisiert somit die Fixierung der Blende unabhängig vom flexibel gelagerten Wärmetauscher, wobei eine elektrische wie auch eine weitestgehend thermische Energieableitung von der Blende an die Vakuumkammerwand vermieden wird.
• Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Halterung der Blende als formschlüssige Steckverbindung gestaltet ist. Wie bereits oben erläutert, besteht auf Grund des prozessbedingten Verschleißes der Blende die Notwendigkeit des häufigen Austausches der Blenden. Mit dieser Befestigungsmethode kann die Blende bei Bedarf ohne aufwändige Montageleistungen schnell und leicht gewechselt werden.
• In einer vorzugsweisen Fortbildung der formschlüssigen Steckverbindung ist diese als Haltewinkel mit Haltestift ausgebildet. Die Blende weist hierbei solche Öffnungen und Formteile auf, dass diese in den beispielsweise unten angeordneten Haltewinkel von oben eingehangen und mit dem folglich oben angeordneten Haltestift punktuell arretiert werden kann, so dass die Blende mit der prozessabgewandten Seite an der Kontaktfläche des Wärmetauschers bündig anliegt oder in einem geringen Abstand der Kontaktfläche vorgelagert ist, ohne horizontal oder vertikal verschoben werden zu können. Die Druckbelastung auf den Wärmetauscher in Richtung der Blende sorgt dann für einen optimalen Kontakt zwischen der vorgehängten oder vorgesteckten Blende und dem Wärmetauscher. Der Haltewinkel kann alternativ als eine längserstreckte Profilschiene oder aus einem Winkelpaar ausgeführt sein.
• Erfindungsgemäß ist es außerdem vorgesehen, dass der elastische Hohlkörper mit der freien Atmosphäre verbunden ist. Ein Druckluftanschluss am elastischen Hohlkörper zur Erzeugung der des Differenzdruckes zwischen dem Inneren des Hohlkörpers und der Umgebung ist entbehrlich, sobald in der Vakuumkammer ein ausreichender Vakuumdruck herrscht. Somit kann bereits der Differenzdruck, der sich zwischen dem Druck in der den elastischen Hohlkörper umgebenden Vakuumkammer und dem atmosphärischen Druck im elastischen Hohlkörper aufbaut, dazu dienen, die Druckkraft auszuüben.
• In einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung (1) zeigt die erfinderische Vorrichtung zur Befestigung und Kühlung einer Blende 1 in einer Schnittdarstellung, angeordnet an einer Vakuumkammerwand 2. Diese Darstellung zeigt vereinfachend nur eine Seite der in einer Vakuumkammer spiegelseitig und beidseitig des Prozessraumes 3 angeordneten, erfinderischen Vorrichtung. An der Vakuumkammerwand 2 (nur gestrichelt dargestellter Ausschnitt) ist zunächst der Träger 4 befestigt, wobei die Befestigung mittels Isolatoren 5 elektrisch von der Vakuumkammer abgeschirmt ist. Die U-profilförmige Ausführung des Trägers 4 dient gleichzeitig zum Schutz der Isolatoren 5 vor der unerwünschten Beschichtung. Auf diesem Träger 4 ist der offene Hohlprofilrahmen 6 angeordnet, der einen elastischen Hohlkörper, beispielsweise einen Gummischlauch 7 umfasst. Zwischen diesem Hohlprofilrahmen 6 und der Blende 1 befindet sich der Wärmetauscher 8 mit dem als geschlossenem Hohlprofil ausgebildeten Kühlkanal 9, durch welchen das Kühlmedium, z.B. Wasser gefördert wird. Der Wärmetauscher 8 ist mit einem federbelasteten Führungsbolzen 10 flexibel gelagert am Träger 4 befestigt, so dass der Wärmetauscher 8 mit der Federkraft vorgespannt am Hohlprofilrahmen 6 anliegt. Die Halterung 11 der Blende 1 befestigt die Blende 1 mittels eines entsprechend geformten Haltewinkels 12 und eines Haltestiftes 13 so am Träger 4, dass diese dem flexibel gelagerten Wärmetauscher 8 feststehend vorgelagert ist. zur Überbrückung des Abstandes der Blende 1 zum Träger 4 können alternativ Bauteile für weitere, nicht erfindungsrelevante Funktionen an der erfinderischen Vorrichtung einbezogen werden, die diesbezüglich als Distanzstücke 14 dienen. Während des Vakuumprozesses wird im Prozessraum 3 ein Vakuumdruck von beispielsweise 10^–2 bis 10^–5 mbar erzeugt, der erheblich unter dem atmosphärischen Druck von ca. 1 bar liegt. Hierbei baut sich eine Druckdifferenz zwischen dem Prozessraum 3 und dem mit der Atmosphäre verbundenen Innenraum des Gummischlauches 7 auf, so dass dieser sich ausdehnt und eine ausreichende Druckkraft auf die Pufferfläche 15 des Kühlkanals ausübt. Infolge dessen, wird der Wärmetauscher 8, geführt durch den Führungsbolzen 10 und gegen dessen Federkraft wirkend, horizontal verschoben, bis die Kontaktflächen 16 des Kühlkanals 9 an die dem Prozessraum 3 abgewandte Seite 17 der Blende 1 angepresst werden. In dieser Ausführung werden die vorbeschriebenen Vorteile bei der erfindungsgemäßen Befestigung und Kühlung der Blende 1 effizient bewirkt.

1

Blende

2

Vakuumkammerwand

3

Prozessraum

4

Träger

5

Isolatoren

6

offener Hohlprofilrahmen

7

elastischer Hohlkörper, Gummischlauch

8

Wärmetauscher

9

geschlossenes Hohlprofil, Kühlkanal

10

federbelasteter Führungsbolzen

11

Halterung

12

Haltewinkel

13

Haltestift

14

Distanzstück

15

Pufferfläche

16

Kontaktflächen

17

abgewandte Seite der Blende

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Befestigung und Kühlung von Blenden in Prozessräumen von Vakuumprozessanlagen mit einem Wärmetauscher, welcher integrierte geschlossene Hohlprofile zum Kühlmedientransport und Kontaktflächen zur Wärmeleitung aufweist und in einem Zwischenraum zwischen einer Blende und einem Träger zur Befestigung an einer Vakuumkammerwand angeordnet ist, und mit einer Halterung zur Fixierung der Blende, wobei eine dem Prozessraum abgewandte Seite der Blende mit der Kontaktfläche des Wärmetauschers korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (8) zumindest teilweise relativ zum Träger (4) flexibel gelagert ist, wobei ein mit einem Druckmittel befüllbarer elastischer Hohlkörper (7) derart an einer Pufferfläche (15) des Wärmetauschers (8) anlegbar ist, dass eine Kontaktfläche (16) des Wärmetauschers (8) mittels dem elastischen Hohlkörper (7) an die dem Prozessraum (3) abgewandten Seite (17) der Blende (1) anpressbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Hohlprofil (9) die Pufferfläche (15) und die Kontaktfläche (16) bildet.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (8) eine Führung aufweist und mit einem Führungsbolzen am Träger befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbolzen federbelastet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (8) und/oder das geschlossene Hohlprofil (9) Schlauchverbindungen für die Kühlwasserversorgung aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Hohlkörper (7) in einem offenen Hohlprofilrahmen (6) angeordnet ist, welcher am Träger (4) befestigt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) die Blende (1) am Träger (4) fixiert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (11) der Blende (1) als formschlüssige Steckverbindung gestaltet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Steckverbindung als Haltewinkel (12) mit Haltestift (13) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Hohlkörper (7) mit der freien Atmosphäre verbunden ist.