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  • 法律状态
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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von Gasen bei Vakuumbeschichtungsprozessen, umfassend einen Gaseinlass (7) in einen Rezipienten (1), ein an den Gaseinlass (7) angeschlossenes Ventil (8), eine Einrichtung (9) zum Steuern des Gasstromes durch das Ventil (8) in den Rezipienten (1), wobei die Einrichtung (9) zum Steuern des Gasstromes durch das Ventil (8) ein Mittel (10) umfasst, mit welchem Steuerbefehle zum Öffnen bzw. Schließen des Ventils (8) periodisch abwechselnd mit einer bestimmten Wechselfrequenz erteilbar sind, wobei der Gasstrom durch das Ventil (8) in Abhängigkeit von der Zeitspanne der einzelnen Steuerbefehle zum Öffnen oder/und Schließen des Ventils einstellbar ist.
    公开号:DE102004006530A1
    申请号:DE200410006530
    申请日:2004-02-10
    公开日:2005-09-01
    发明作者:Ullrich Dr. Hartung；Torsten Dr. Kopte；Ilka Krause；Uwe Dr. Krause
    申请人:Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV；
    IPC主号:C23C14-00
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringenvon Gasen bei Vakuumbeschichtungsprozessen.
    [0002] BeiVakuumbeschichtungsprozessen werden Gase in Form von Inertgasenoder Reaktivgasen einem Rezipienten zugeführt, um einen gewünschten Beschichtungsvorgangzu ermöglichen.Je nach Beschichtungsverfahren wird dem Rezipienten ein Gas mitkontinuierlichem Gasstrom oder einem diskontinuierlichen Gasstromin Abhängigkeitvon einer Regelgröße zugeführt. MitHilfe von Ventilen ist es möglich,die in den Rezipienten strömendeGasmenge bzw. die Gasströmezu steuern.
    [0003] Essind Gaseinlassventile bekannt, deren Durchflussöffnung mechanisch z.B. mittelsPiezoelement, nachfolgend Piezoventil genannt, oder mittels Hubmagnet,nachfolgend Magnetventil genannt, eingestellt wird. Hauptsächlich werdenzwei Arten von Ventilen unterschieden: Schaltventile und Regelventile.
    [0004] Mitbekannten Schaltventilen, bei denen nur zwei Betriebszustände („Auf" oder „Zu") einstellbar sind,lässt sichzwar eine Gasmenge regulieren, jedoch nicht der Gasstrom, der durchein Ventil fließt. Regelventile,bei denen der Querschnitt der Durchflussöffnung stetig bis zum Maximumvergrößert bzw. biszum vollständigenSchließenverkleinert werden kann, ermöglichendas Regulieren sowohl einer Gasmenge als auch des Gasstromes durchein Ventil.
    [0005] EinNachteil bekannter Gaseinlassregelventile besteht darin, dass dieseein nichtlineares Stellverhalten aufweisen. Darunter ist zu verstehen,dass der Durchfluss durch ein derartiges Ventil nicht proportionalzur angelegten elektrischen Ventilbetriebsspannung ist. Im Allgemeinenweisen Gaseinlassregelventile ein Hystereseverhalten auf, d.h. dersich auf eine angelegte Ventilbetriebsspannung einstellende Durchflusshängt davonab, ob die vorher angelegte Ventilbetriebsspannung größer oderkleiner war als die aktuelle Ventilbetriebsspannung. Eine mögliche Ursachehierfürsind Haftreibungseffekte an geführtenBauteilen eines Ventils.
    [0006] Einweiterer Nachteil insbesondere bei Piezoventilen besteht in einerzeitlichen Drift des Durchflusses bei einer konstant anliegendenVentilbetriebsspannung. Dieser auch als Ermüdung bezeichnete Effekt äußert sichdahingehend, dass sich im Laufe der Zeit, bei konstant anliegenderVentilbetriebsspannung, der Gasstrom durch ein Ventil verringert.Besonders nachteilhaft wirkt sich dieser Effekt bei stationären Vakuumbeschichtungsprozessen aus,bei denen zumindest ein annäherndkonstanter Gasstrom eines Reaktivgases zum Abscheiden homogenerSchichtdicken wünschenswertist. Auf Grund des Ermüdungseffektsist bei diesen Vakuumbeschichtungsprozessen das Vorhandensein einer Regelstreckeerforderlich, welche diesen Effekt ausgleicht.
    [0007] DerErfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahrenund eine Vorrichtung zum Einbringen von Gasen bei Vakuumbeschichtungsprozessenzu schaffen, mittels derer Gasströme in einen Rezipienten ohnedie nachteiligen Effekte wie Hysterese und Ermüdung gesteuert werden können.
    [0008] DieLösungdes technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mitden Merkmalen der Ansprüche1 und 4. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergebensich aus den Unteransprüchen.
    [0009] Erfindungsgemäß wird beiVakuumbeschichtungsprozessen ein an einen Gaseinlass eines Rezipientenangeschlossenes Ventil mittels einer Einrichtung derart angesteuert,dass Steuerbefehle zum Öffnenbzw. Schließendes Ventils periodisch abwechselnd mit einer bestimmten Frequenz,nachfolgend auch Wechselfrequenz genannt, erteilt werden, wobeider Gasstrom durch das Ventil in Abhängigkeit von der Zeitspanneder einzelnen Steuerbefehle zum Öffnenoder/und Schließendes Ventils eingestellt wird.
    [0010] EinVorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweisebesteht darin, dass zum Regeln eines Gasstromes beispielsweise auchpreiswertere Piezoschaltventile verwendet werden können. Untersuchungenmit Schaltventilen haben überraschenderweisegezeigt, dass beim Anlegen einer Wechselfrequenz mit sich periodischabwechselnden Befehlen zum Öffnenbzw.
    [0011] Schließen einesVentils im Wesentlichen zwei Funktionsweisen des Ventils unterschieden werdenkönnen.
    [0012] Beieiner Wechselfrequenz von bis zu einigen Herz führt das Anlegen der jeweiligenSchaltbefehle zum vollständigen Öffnen bzw.Schließendes Ventils. Ein Gasstrom durch das Ventil wird somit bildlich gesehenin einzelne Portionen zerhackt. Der Gasstrom in einen Rezipientenlässt sichsomit über dieLänge dereinzelnen Portionen bzw. überdie Lückenzwischen den Portionen kontinuierlich steuern.
    [0013] Wirddie Wechselfrequenz der Schaltbefehle stetig erhöht, führt dies ab einer bestimmtenGrenzfrequenz nicht mehr zum vollständigen Öffnen und Schließen desVentils. Stattdessen stellt sich ein Schwingungsverhalten des Ventilmechanismusbezüglichdes Durchflussquerschnitts dahingehend ein, dass der Querschnittder Durchflussöffnungdes Ventils beim Schließennicht mehr Null erreicht und auch nicht mehr den Maximalquerschnittwie beim vollständiggeöffnetenVentil. Daraus resultiert ein ständiger,jedoch zunächstpulsierender Gasfluss durch dass Ventil. Die Grenzfrequenz einesVentils ist dabei im Wesentlichen abhängig vom Trägheitsverhalten des jeweiligenVentilmechanismus.
    [0014] Einweiteres Erhöhender Wechselfrequenz der Schaltbefehle bewirkt ein Reduzieren der Schwingungsamplitudedes Ventilmechanismus und somit ein Glätten des pulsierenden Gasflussesbis ein quasikontinuierlicher Gasstrom durch das Ventil entsteht.Die Stärkedieses quasikontinuierlichen Gasstromes in den Rezipienten wirdvorzugsweise bei konstanter Wechselfrequenz wieder über dieZeitdauer der Schaltbefehle zum Öffnenbzw. Schließen desVentils eingestellt. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit,die Stärkedes Gasstromes durch das Ventil überdie Wechselfrequenz der Schaltbefehle oder/und über die Amplitude der Schaltbefehlemit zu beeinflussen.
    [0015] Dieerfindungsgemäße Vorgehensweiseermöglichtsowohl den Einsatz von Regelventilen als auch von Schaltventilen,deren Durchflussöffnungen beispielsweisemittels Piezoelement oder Hubmagnet eingestellt werden, um den Gasflussin einen Rezipienten zu steuern. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrensbesteht darin, dass Hystereseeffekte und Ermüdungsverhalten von Ventilen keinenEinfluss beim Regeln des Gasstromes durch ein Ventil ausüben. Stattdessenist sogar bei Schaltventilen ein linearer Zusammenhang zwischenStellgröße und Gasdurchflussherstellbar.
    [0016] Befürchtungendahingehend, dass die von einem Ventilhersteller angegebene maximaleAnzahl der Schaltspiele bei erfindungsgemäßer Anwendung bereits nachwenigen Stunden erreicht und somit die Lebensdauer eines Ventilsbeendet sein könnte,haben sich nicht bewahrheitet. Vielmehr haben Untersuchungen überraschenderweisegezeigt, dass die Lebensdauer eines Ventils bei erfindungsgemäßer Vorgehensweiseein Vielfaches der von einem Ventilhersteller angegebenen maximalenAnzahl von Schaltspielen beträgt.Als Ursache wird hiefürvermutet, dass bei erfindungsgemäßer Verwendungeines Ventils die Zyklen des Öffnensund Schließensdes Ventils nicht vollständigdurchlaufen werden.
    [0017] Beieiner bevorzugten Ausführungsformumfasst die Einrichtung zum Steuern des Gasstromes eine Pulsweitenmodulations-Einrichtung.Mit einer Pulsweitenmodulations-Einrichtungist es möglich, dieSteuerbefehle zum Öffnenbzw. Schließeneines Ventils in Form einer gepulsten Spannung an ein Ventil abzugeben.Dabei wird die Stärkedes Gasstromes durch das Ventil überdie Längeder Spannungspulse bzw. überdie Längeder Pulspausen eingestellt. Eine Pulsweitenmodulations-Einrichtungkann einfach in eine bekannte Vakuumbeschichtungseinrichtung integriertwerden, weil diese als Eingangssignal die bisher verwendeten Signalezum Ansteuern bekannter Regelventile auswerten kann. Gegebenenfallskann es erforderlich sein, eine separate Stromversorgungseinrichtungfür eineoder mehrere Pulsweitenmodulations-Einrichtung/en zu installieren.
    [0018] DieErfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispielsnäher erläutert. Dieeinzige Figur zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtungzum Einbringen eines Reaktivgases in den Rezipienten einer Vakuumbeschichtungseinrichtung.
    [0019] In 1 istein Rezipient 1 dargestellt, in welchem ein Glassubstrat 2 mittelsreaktiver Abscheidung nach Zerstäubungeines Aluminiumtargets 3 mit Aluminiumoxid beschichtetwerden soll. Das Aluminiumtarget 3 wird durch eine Stromversorgungseinrichtung 4 mitelektrischer Energie versorgt. Durch einen Gaseinlass 5 strömt Argonals Inertgas in den Rezipienten 1 und wird durch ein Pumpsystem 6 wiederaus diesem geführt.Als Reaktivgas wird Sauerstoff durch einen Gaseinlass 7 inden Rezipienten gelassen.
    [0020] Zieldes Beschichtungsvorgangs ist es, eine Aluminiumoxidschicht mithomogener Dicke auf dem Glassubstrat 2 abzuscheiden. Dazuist es erforderlich, die Abscheidungsparameter während des Beschichtungsvorgangsweitestgehend konstant zu halten. Als Regelgröße dient hierbei die Katodenspannungam Aluminiumtarget 3, d.h. der Beschichtungsvorgang istderart durchzuführen,dass die Katodenspannung am Aluminiumtarget 3 während derBeschichtung möglichstnicht von einem vorgegebenen Sollwert abweicht. Bei fortschreitendemBeschichtungsvorgang bewirkt jedoch beispielsweise Targeterosiondas Verändernder Katodenspannung. Zumindest ein Prozessparameter muss demzufolgenachgeregelt werden. Als Stellgröße für diesenRegelvorgang wird der Strom des Reaktiv gases Sauerstoff durch einVentil 8 in den Rezipienten 1 gesteuert. Ein Mehran Sauerstoff im Rezipienten bewirkt hierbei das Sinken der Katodenspannungbzw. weniger Sauerstoff führtzum Steigen der Katodenspannung.
    [0021] Dazuerfasst die Stromversorgungseinrichtung 4 den jeweils aktuellenWert der Spannung am Aluminiumtarget 3 und leitet diesenan eine Steuereinrichtung 9 weiter. Dort erfolgt ein Abgleichdes aktuellen Spannungswertes mit dem Spannungssollwert. Die Differenzwird an eine Pulsweitenmodulations-Einrichtung 10 innerhalbder Steuereinrichtung 9 weitergeleitet und dort in einStellsignal fürdas Ventil 8 umgesetzt.
    [0022] DasVentil 8 ist als Piezoventil ausgebildet und wird über diePulsweitenmodulations-Einrichtung 10 miteiner vorzugsweise konstanten Frequenz sich periodisch abwechselnderSteuerbefehle zum Öffnen bzw.Schließendes Piezoventils 8 angesteuert. Dazu gibt die Pulsweitenmodulations-Einrichtungam Ausgang eine gepulste Spannung mit konstanter Frequenz an dasPiezoventil 8 ab. Die Frequenz der gepulsten Spannung befindetsich vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 1 kHz. Bei einerderartigen Frequenz vollzieht das Piezoventil 8 keine vollständigen Zyklenzum Öffnenbzw. Schließendes Ventilmechanismus. Vielmehr ermöglicht diese Wechselfrequenzeinen quasikontinuierlichen Gasstrom durch das Ventil. Die Stärke desGasstromes durch das Piezoventil 8 wird von der Pulsweitenmodulations-Einrichtung über dieLänge derSpannungspulse bzw. überdie Längeder Pulspausen eingestellt. So bewirkt das Verlängern der Spannungspulse, wasbei konstanter Wechselfrequenz das Verkürzen der Pulspausen zur Folgehat, einen stärkerenGasstrom durch das Piezoventil 8. Analog resultiert ausdem Verkürzender Spannungspulse ein geringerer Gasstrom durch das Piezoventil 8.
    [0023] DieHöhe derWechselfrequenz ist u.a. abhängigvon den Prozessreaktionszeiten, d.h. von der Trägheit des Regelkreises. Soist die Wechselfrequenz um so höherzu wählen,je geringer die Trägheiteines Regelkreises ist.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Verfahren zum Einbringen von Gasen bei Vakuumbeschichtungsprozessenmittels einer Vorrichtung, umfassend einen Gaseinlass (7)in einen Rezipienten (1), ein an den Gaseinlass angeschlossenes Ventil(8) sowie eine Einrichtung (9) zum Steuern des Gasstromesdurch das Ventil (8) in den Rezipienten (1), dadurchgekennzeichnet, dass die Einrichtung (9) zum Steuerndes Gasstromes durch das Ventil (8) ein Mittel (10)umfasst, mit welchem Steuerbefehle zum Öffnen bzw. Schließen desVentils (8) periodisch abwechselnd mit einer bestimmtenWechselfrequenz erteilt werden, wobei der Gasstrom durch das Ventil (8)in Abhängigkeitvon der Zeitspanne der einzelnen Steuerbefehle zum Öffnen oder/undSchließendes Ventils eingestellt wird.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Wechselfrequenz oder/und die Amplitude der Steuerbefehleverändertwird/werden.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Wechselfrequenz in einem Bereich von 0,5 bis 1 kHz liegt.
    [4] Vorrichtung zum Einbringen von Gasen bei Vakuumbeschichtungsprozessen,umfassend einen Gaseinlass (7) in einen Rezipienten (1),ein an den Gaseinlass angeschlossenes Ventil (8), eineEinrichtung (9) zum Steuern des Gasstromes durch das Ventil(8) in den Rezipienten (1), dadurch gekennzeichnet,dass die Einrichtung (9) zum Steuern des Gasstromes durchdas Ventil (8) ein Mittel (10) umfasst, mit welchemSteuerbefehle zum Öffnenbzw. Schließendes Ventils (8) periodisch abwechselnd mit einer bestimmtenWechselfrequenz erteilbar sind, wobei der Gasstrom durch das Ventil(8) in Abhängigkeitvon der Zeitspanne der einzelnen Steuerbefehle zum Öffnen oder/undSchließendes Ventils einstellbar ist.
    [5] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass das Ventil (8) als Piezoventil ausgebildet ist.
    [6] Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass das Ventil (8) als Magnetventil ausgebildet ist.
    [7] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Ventil (8) das Einlassventil eines Reaktivgasesist.
    [8] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass das Mittel (10) als Pulsweitenmodulations-Einrichtungausgebildet ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-01| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-09-27| 8364| No opposition during term of opposition|
    2017-09-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE200410006530|DE102004006530B4|2004-02-10|2004-02-10|Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Gasen bei Vakuumbeschichtungsprozessen|DE200410006530| DE102004006530B4|2004-02-10|2004-02-10|Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von Gasen bei Vakuumbeschichtungsprozessen|
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