DE102006026317A1

DE102006026317A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Produktivität und der Anlagenauslastung von Vakuumbeschichtungsanlagen

Info

Publication number: DE102006026317A1
Application number: DE200610026317
Authority: DE
Inventors: Jan Leupold; Lutz Gottsmann; Götz Großer
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-06-03
Also published as: DE102006026317B4

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen eine Erhöhung der Produktivität und der Anlagenauslastung bekannter Vakuumbeschichtungsanlagen erreicht wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem eine Behandlungseinrichtung (12) aus der Behandlungssektion (1) entnommen wird und anschließend eine Behandlungseinrichtung (12) in die Behandlungssektion (1) eingebracht wird, wobei das in der Behandlungssektion (1) vorhandene Prozessvakuum aufrechterhalten wird. Die erfindungsgemäße Schleusenkammer (3) umfasst ein einseitig mit einer Öffnung und einer die Öffnung umschließenden, zur Verbindung mit einer korrespondierenden Dichtfläche (21, 22) der Behandlungssektion (1) ausgebildeten Dichtfläche (31) versehenes Gehäuse mit mindestens einem Anschluss zur Evakuierung und Belüftung der Schleusenkammer (3) sowie einer in der Schleusenkammer (3) angeordneten Transporteinrichtung (32) zum Transport einer auszutauschenden Behandlungseinrichtung (12) zwischen der Behandlungssektion (1) und der Schleusenkammer (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Austausch von Behandlungseinrichtungen in Vakuumbeschichtungsanlagen, deren Funktion mit fortschreitender Betriebszeit nur noch eingeschränkt oder gar nicht mehr gewährleistet ist. Dies betrifft insbesondere Behandlungseinrichtungen wie Magnetron-Sputterätzer, Glimmeinrichtungen, Ionenquellen, und Beschichtungs-Magnetrons. Durch das Verfahren und die Vorrichtung werden eine Erhöhung der Produktivität derartiger Vakuumbeschichtungsanlagen sowie eine höhere Anlagenauslastung erreicht.
In Vakuumbeschichtungsanlagen werden Substrate mit Hilfe von Behandlungseinrichtungen behandelt. Eine solche Behandlungseinrichtung ist beispielsweise die aus DD 136047 A vorgeschlagene Behandlungseinrichtung zur Vorbehandlung von Metallband zur Vakuumbeschichtung. Diese Behandlungseinrichtung hat die Aufgabe, die Substratoberfläche zu reinigen und zu aktivieren, um die Haftfestigkeit einer aufgetragenen Beschichtung zu erhöhen. Die abgetragenen Verschmutzungen und abgetragenes Bandmaterial lagern sich innerhalb der Vakuumbeschichtungsanlage auf Oberflächen der Anode oder der Abschirmung ab. Mit zunehmender Betriebszeit lagert sich immer mehr abgetragenes Material auf den Oberflächen der Ätzhaube bzw. im Anodenkasten ab. Dies kann zu Kurzschlüssen, Verringerung der Behandlungsintensität, Rückstäubung von abgetragenen Partikeln auf das Substrat oder anderen Funktionseinschränkungen dieser Behandlungseinrichtung führen.
Man ist daher bestrebt, die Ätzhaube so zu gestalten, dass deren einwandfreie Funktion ohne Betriebsunterbrechung möglichst lange erhalten bleibt. Aufgrund des fortwährenden Abtrags von Material sind der Betriebszeit der Ätzeinrichtung Grenzen gesetzt. Die Ätzhaube muss von Zeit zu Zeit gereinigt werden, um eine zuverlässige Funktion zu gewährleisten. Nach dem Stand der Technik existiert keine Möglichkeit die Behandlungseinrichtung während des Betriebes von störenden abgetragenen Partikeln zu befreien. Ähnlich verhält es sich bei bekannten Glimmeinrichtungen.
Bei bekannten Vakuumbeschichtungseinrichtungen mit Magnetron-Sputterquellen ist es nicht der sich mit der Zeit ablagernde Abtrag, welcher die Funktion der Behandlungseinrichtung einschränkt, sondern das Aufbrauchen des Beschichtungsmaterials, welches in Form so genannter Targets Bestandteil dieser Behandlungseinrichtung ist. Durch die Umgestaltung planarer Targets zu rotierenden, zylindrischen Targets wurde die Grundlage geschaffen, die Targets gleichmäßig über den Umfang abzutragen und somit eine bessere Materialausnutzung, eine längere Standzeit sowie eine bessere und über die Produktionszeit gleichmäßige Beschichtungsqualität zu erreichen. Aber auch der Standzeit dieser Targets sind Grenzen gesetzt, so dass diese von Zeit zu zeit erneuert werden müssen.
Nach dem derzeitigen Stand der Technik macht das Regenerieren oder Auswechseln genannter oder ähnlicher Behandlungseinrichtungen, deren Funktion mit fortschreitender Produktionszeit eingeschränkt oder nicht mehr erfüllt wird, eine Unterbrechung des Produktionsbetriebes der Vakuumbeschichtungsanlage erforderlich. Dies führt zu Ausfallzeiten, Produktionsverlusten und einer geringeren Anlagenausnutzung. Zusätzlich ist wenigstens eine teilweise Belüftung der Anlage notwendig, was zusätzliche Stillstandszeiten und Kosten verursacht. Beim Wiederanfahren der Produktion ist mit Produktionsverlusten und Ausschussproduktion zu rechnen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die beschrie benen Nachteile des Standes der Technik überwunden werden und eine Erhöhung der Produktivität und der Anlagenauslastung erreicht werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Schleusenkammer zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Produktivität und der Anlagenauslastung von Vakuumbeschichtungsanlagen mit einer aus mehreren Behandlungssektionen gebildeten Prozesskammer, wobei die Behandlungssektionen in der Transportrichtung eines Substrats hintereinander angeordnet sind, und mindestens einer in einer Behandlungssektion angeordneten Behandlungseinrichtung zur Behandlung eines Substrats unter Vakuum ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Behandlungseinrichtung aus der Behandlungssektion entnommen wird und anschließend eine Behandlungseinrichtung in die Behandlungssektion eingebracht wird, wobei das in der Behandlungssektion vorhandene Prozessvakuum aufrechterhalten wird.
Die aus der Prozesskammer entnommene und die anschließend in die Prozesskammer eingeführte Behandlungseinrichtung können identisch sein, beispielsweise wenn die Behandlungseinrichtung zu Wartungs- oder Reinigungszwecken entnommen und nach der Reinigung bzw. Wartung direkt weiterverwendet werden soll.
Alternativ ist es möglich, die entnommene Behandlungseinrichtung gegen eine andere Behandlungseinrichtung gleicher Art auszutauschen und diese andere Behandlungseinrichtung anschließend in die Prozesskammer einzuführen.
Weiter alternativ kann die entnommene Behandlungseinrichtung durch eine andere Behandlungseinrichtung anderer Art ausgetauscht werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die in der Prozesskammer ablaufende Reihenfolge verschiedener Behandlungsschritte geändert werden soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen Austausch von Behandlungseinrichtungen einer Vakuumbeschichtungsanlage im laufenden Betrieb, aber auch bei einem Stillstand der Vakuumbeschichtungsanlage. In beiden Fällen wird erreicht, dass das Prozessvakuum innerhalb der Vakuumkammer aufrechterhalten bleibt. Dadurch werden die Produktivität und die Anlagenauslastung signifikant erhöht, weil die bisher übliche vollständige Belüftung der Anlage vor dem Austausch der Behandlungseinrichtung sowie die anschließende Evakuierung, die zeit- und energieaufwendig sind, nicht mehr nötig sind und entfallen können. Sofern ein Prozessgas verwendet wird, ergibt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren auch in dieser Hinsicht eine Ersparnis, die zu einer Senkung der Produktionskosten führt.
In einer einfachen Variante umfasst das Verfahren folgende Schritte:

• Abschalten einer Behandlungseinrichtung einer Schleusenkammer unter Aufrechterhaltung des Prozessvakuums in der Prozesskammer,
• Entnahme der abgeschalteten Behandlungseinrichtung aus der Prozesskammer,
• Einführen einer Behandlungseinrichtung in die Prozesskammer,
• Einschalten der eingeführten Behandlungseinrichtung.

Wiederum kann es sich bei der entnommenen und der eingeführten Behandlungseinrichtung um ein und denselben Gegenstand oder zwei verschiedene Gegenstände gleicher Bauart oder zwei verschiedene Gegenstände unterschiedlicher Bauart handeln. Zur Realisierung des Verfahrens kann beispielsweise eine separate Schleusenkammer genutzt werden, die am Beginn des Verfahrens mit der Behandlungssektion verbunden muss, in der sich die auszutauschende Behandlungseinrichtung befindet.
Daher ist in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass eine Schleusenkammer mit einer Behandlungssektion der Vakuumbeschichtungsanlage verbunden wird.
Sinnvollerweise erfolgt dieser Verfahrensschritt unmittelbar vor oder nach dem Abschalten der Behandlungseinrichtung, je nachdem, ob die Behandlungseinrichtung zum Abschalten zugänglich sein muss oder nicht (beispielsweise um Medienleitungen zu entfernen). Sofern die Schleusenkammer jedoch ein fester Bestandteil der Vakuumbeschichtungsanlage ist, kann auf diesen vorgelagerten Schritt verzichtet werden bzw. kann dieser Schritt zeitlich weit vor dem eigentlichen Austausch der Behandlungseinrichtung liegen (z. B. bereits bei der Montage der Vakuumbeschichtungsanlage erfolgen) und muss dann natürlich nicht bei jedem Austausch einer Behandlungseinrichtung wiederholt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

(1) Abschalten einer Behandlungseinrichtung unter Aufrechterhaltung des Prozessvakuums in der Behandlungssektion,
(2) Verbinden einer einseitig mit einer Öffnung und einer die Öffnung umgebenden Dichtfläche versehenen Schleusenkammer mit einer korrespondierenden, an einer Seitenwand einer Behandlungssektion der Vakuumbeschichtungsanlage vorgesehenen, eine verschließbare Transferöffnung umschließenden Dichtfläche,
(3) Erzeugen eines im Wesentlichen dem Prozessvakuum entsprechenden Vakuums innerhalb der Schleusenkammer,
(4) Öffnen der Transferöffnung,
(5) Transportieren der Behandlungseinrichtung quer zur Transportrichtung der Substrate aus der Behandlungssektion heraus und in die Schleusenkammer hinein,
(6) Schließen der Transferöffnung,
(7) Belüften der Schleusenkammer,
(8) Reinigung oder Wartung der Behandlungseinrichtung bzw. Austausch der Behandlungseinrichtung gegen eine weitere Behandlungseinrichtung,
(9) Evakuieren der Schleusenkammer,
(10) Öffnen der Transferöffnung,
(11) Transportieren der Behandlungseinrichtung quer zur Transportrichtung der Substrate aus der Schleusenkammer heraus und in die Behandlungssektion hinein,
(12) Schließen der Transferöffnung,
(13) Belüften der Schleusenkammer,
(14) Trennen der Schleusenkammer von der Behandlungssektion,
(15) Einschalten der Behandlungseinrichtung.

Wie oben bereits erläutert wurde, kann die Reihenfolge der hier so bezeichneten Verfahrensschritte (1) und (2) auch vertauscht werden, sofern die auszutauschende Behandlungseinrichtung zum Abschalten nicht an der Stelle zugänglich sein muss, an der die Schleusenkammer mit der Behandlungssektion der Vakuumbeschichtungsanlage verbunden wird und daher das Abschalten auch noch möglich ist, wenn die Schleusenkammer bereits mit der Behandlungssektion der Vakuumbeschichtungsanlage verbunden ist.
Erfindungsgemäß erfolgt der Wechsel der auszutauschenden Behandlungseinrichtung oder von Teilen dieser Behandlungseinrichtung unter Aufrechterhaltung des Prozessvakuums, aber bei Stillstand der Behandlungseinrichtung. Dabei kann die Vakuumbeschichtungsanlage entweder weiterlaufen oder stillstehen. Wenn die Vakuumbeschichtungsanlage beim Wechsel der Behandlungseinrichtung weiterläuft, kann die Funktion der auszutauschenden Behandlungseinrichtung während ihres Stillstands von anderen Behandlungseinrichtungen übernommen werden.
So können beispielsweise mehrere gleichartige Behandlungseinrichtungen, z.B. beim Vorbehandeln von Metallband mehrere Magnetron-Sputterätzeinrichtungen, in die Vakuumbeschichtungs anlage integriert sein, um eine bessere Behandlungswirkung und höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten mit mehr Produktionsdurchsatz zu erzielen. Unter Ausnutzung der Redundanz dieser Module oder der Verringerung der Transportgeschwindigkeit des Substrats kann der Ausfall der auszuschleusenden Behandlungseinrichtung kompensiert werden.
Die verschließbare Transferöffnung in der Seitenwand der Behandlungssektion kann einerseits eine durch einen Kammerdeckel verschließbare Öffnung sein. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Öffnung ausschließlich oder zusätzlich zu einem derartigen Kammerdeckel durch ein Vakuumventil verschließbar ist, das mit der Seitenwand der Behandlungssektion unlösbar verbunden oder lösbar verbindbar ist. In diesem Fall wird die Öffnung und Schließung der Transferöffnung (Verfahrensschritte 4, 6, 10, 12) durch Betätigen des Vakuumventils bewirkt.
Die Reihenfolge der hier so bezeichneten Verfahrensschritte (3) und (4) kann auch umgekehrt sein, je nachdem, ob das Vakuumventil dauerhafter Bestandteil der Seitenwand der Behandlungssektion ist oder nicht. Ist das Vakuumventil fest montiert, d.h. unlösbar oder lösbar dauerhaft mit der Seitenwand verbunden, und stellt es auf diese weise einen Bestandteil der Seitenwand dar, so muss es geschlossen bleiben, bis die Schleusenkammer evakuiert wird, da ansonsten das in der Behandlungssektion herrschende Prozessvakuum zerstört würde. In diesem Fall wird die Dichtfläche der Schleusenkammer mit einer am Vakuumventil vorgesehenen korrespondierenden Dichtfläche verbunden, anschließend die Schleusenkammer evakuiert und erst dann das Vakuumventil geöffnet.
Alternativ kann die Transferöffnung der Seitenwand durch einen separaten Kammerdeckel, der auch Bestandteil der Behandlungseinrichtung sein kann, verschlossen sein. Das Vakuumventil kann in diesem Fall entweder fest, d.h. lösbar oder unlösbar dauerhaft mit der Seitenwand verbunden sein oder vor der Verbindung der Schleusenkammer mit der Behandlungssektion mit der Seitenwand verbunden werden oder das Vakuumventil wird zunächst mit der Schleusenkammer und anschließend mit der Seitenwand verbun den. Ist das Vakuumventil mit der Seitenwand lösbar verbunden oder verbindbar, so wird eine erste Dichtfläche des Vakuumventils mit einer korrespondierenden Dichtfläche der Seitenwand verbunden. Die Dichtfläche der Schleusenkammer wird mit einer korrespondierenden zweiten Dichtfläche des Vakuumventils verbunden, das Vakuumventil geöffnet und die Schleusenkammer evakuiert.
Der Verfahrensschritt (8) kann darin bestehen, die Behandlungseinrichtung durch eine weitere Behandlungseinrichtung gleicher oder anderer Art zu ersetzen. Beispielsweise kann in diesem Schritt eine verschmutzte Ätzhaube aus der Schleusenkammer entnommen und stattdessen eine saubere Ätzhaube in die Schleusenkammer eingesetzt werden. Die Behandlungseinrichtung kann auch zu Wartungs- oder Reinigungszwecken aus der Schleusenkammer entnommen und anschließend wieder in diese eingesetzt werden. Alternativ kann Verfahrensschritt (8) darin bestehen, die Behandlungseinrichtung nach der Belüftung der Schleusenkammer innerhalb der Schleusenkammer zu reinigen oder andere Wartungsarbeiten daran vorzunehmen, ohne sie daraus zu entnehmen.
Das Wechseln der auszutauschenden Behandlungseinrichtung oder von Teilen dieser Behandlungseinrichtung erfolgt vorteilhaft mit Hilfe einer oder mehrerer evakuierbarer Schleusenkammern, die permanent oder nur temporär zum Zweck des Ausschleusens an der Vakuumbeschichtungsanlage angebracht werden. Die Ausgestaltung der Schleusenkammer sowie der zur Anbringung der Schleusenkammer vorgesehenen Seitenwand der Vakuumbeschichtungsanlage werden im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäßen Schleusenkammer näher erläutert.
Bei Vakuumbeschichtungsanlagen der beschriebenen Art kann das an der Seitenwand vorgesehene Vakuumventil zum Ein- und Ausschleusen der Behandlungseinrichtung senkrecht zur Transportrichtung der Substrate benutzt werden. Dabei stellt das Vakuumventil eine Transferöffnung zur Verfügung, durch die die Behandlungseinrichtung hindurchtransportiert werden kann. Gleichzeitig kann das Vakuumventil oder ein Kammerdeckel, der auch Bestandteil der Behandlungseinrichtung sein kann, zur Versor gung der Behandlungseinrichtung, beispielsweise mit elektrischer Spannung oder einem Kühlmittel, genutzt werden.
In diesem Fall ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass Versorgungsleitungen von den dafür vorgesehenen Anschlüssen der Behandlungseinrichtung vor der Verbindung der Schleusenkammer mit der Seitenwand der Behandlungssektion (Verfahrensschritt 2) getrennt werden und nach der Trennung der Schleusenkammer von der Seitenwand (Verfahrensschritt 14) wieder mit diesen verbunden werden.
Vorteilhaft werden dabei die Anschlüsse nach der Trennung mit mindestens einer dafür vorgesehenen Abdeckkappe versehen und diese mindestens eine Abdeckkappe vor der erneuten Verbindung der Versorgungsleitungen mit den Anschlüssen wieder entfernt. Dadurch wird die Evakuierung der Schleusenkammer (Verfahrensschritte 3 und 9) erleichtert, da ein Austreten von Kühlmittel oder anderen Medien in die Schleusenkammer verhindert wird.
Bei einer nur einseitig offenen und im übrigen rundum geschlossenen Schleusenkammer erfolgt der Austausch der Behandlungseinrichtung bzw. die kurzzeitige Entnahme der Behandlungseinrichtung zu Reinigungs- oder Wartungszwecken (Verfahrensschritt 8) durch die einseitige Öffnung der Schleusenkammer, wobei die Schleusenkammer vor diesem Verfahrensschritt von der Seitenwand getrennt wird und die Schleusenkammer nach diesem Verfahrensschritt wieder mit der Seitenwand verbunden wird.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Ersetzung, Reinigung oder Wartung der Behandlungseinrichtung (Verfahrensschritt 8) durch eine dafür vorgesehene Beschickungsklappe der Schleusenkammer erfolgt, wobei die Beschickungsklappe vor diesem Verfahrensschritt geöffnet wird und nach diesem Verfahrensschritt wieder geschlossen wird.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Schleusenkammer mit den folgenden Merkmalen gelöst:
Die erfindungsgemäße Schleusenkammer zum Austausch von Behandlungseinrichtungen in Vakuumbeschichtungsanlagen mit einer aus mehreren Behandlungssektionen gebildeten Prozesskammer, wobei die Behandlungssektionen in der Transportrichtung eines Substrats hintereinander angeordnet sind, und mindestens einer in einer Behandlungssektion angeordneten Behandlungseinrichtung zur Behandlung eines Substrats unter Vakuum, umfasst ein einseitig mit einer Öffnung und einer die Öffnung umschließenden, zur Verbindung mit einer korrespondierenden Dichtfläche der Behandlungssektion ausgebildeten Dichtfläche versehenes Gehäuse mit mindestens einem Anschluss zur Evakuierung und Belüftung des Gehäuses sowie einer im Gehäuse angeordneten Transporteinrichtung zum Transport einer auszutauschenden Behandlungseinrichtung zwischen der Behandlungssektion und dem Gehäuse.
Die Schleusenkammer kann unabhängig von der Behandlungssektion belüftet oder evakuiert werden, indem sich eine luftdicht verschließbare Transferöffnung (z.B. realisiert durch ein Vakuumventil) zwischen beiden befindet. Die Transferöffnung muss so groß sein, dass die auszuschleusende Behandlungseinrichtung hindurchtransportiert werden kann.
Die Schleusenkammer muss über mindestens eine luft- und druckdicht verschließbare Öffnung zur atmosphärischen Umwelt verfügen, durch welche die Behandlungseinrichtung aus der Schleusenkammer genommen werden kann oder durch welche zumindest eine Regenerierung z.B. die Reinigung einer Ätzhaube, erfolgen kann. Diese Öffnung kann in einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung mit der einseitigen Öffnung des Gehäuses der Schleusenkammer identisch sein, d.h. zum Austausch der Behandlungseinrichtung muss die Schleusenkammer von der Vakuumbeschichtungsanlage getrennt und durch die einseitige Öffnung auf die Behandlungseinrichtung zugegriffen werden. Die zum Austausch der Behandlungseinrichtung dienende Öffnung entsteht in diesem Fall durch das Abkoppeln der Schleusenkammer von der Seitenwand der betreffenden Behandlungssektion der Vakuumbeschichtungsanlage.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass an der Schleusenkammer weiterhin eine Beschickungsklappe zur Entnahme und Einlage von Behandlungseinrichtungen aus der bzw. in die Schleusenkammer vorgesehen ist.
Hierdurch wird der Austausch der Behandlungseinrichtung erleichtert, weil die Behandlungseinrichtung ohne Trennung der Schleusenkammer von der Seitenwand der Vakuumbeschichtungsanlage zugänglich ist. Es ist selbstverständlich, dass eine solche Beschickungsklappe vakuumdicht ausgeführt sein muss. Sie kann beispielsweise an der Decke der Schleusenkammer angeordnet sein, so dass die Behandlungseinrichtung einfach herausgehoben werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Transporteinrichtung ein Greifelement zum Greifen der Behandlungseinrichtung sowie einen Linearantrieb zum Transport der Behandlungseinrichtung umfasst. Als Linearantrieb im Sinne dieser Anmeldung werden Antriebssysteme verstanden, die zu einer translatorischen Bewegung führen und die die Bewegung von Behandlungseinrichtungen in gerader Linie oder einem anderen vorgegebenen Verlauf ermöglichen. Derartige Linearantriebe können beispielsweise Kugelgewindetriebe, Gewindestangenantriebe, Linearmotoren, Hydraulikzylinder, Pneumatik-Zylinder usw. sein. Weiterhin kann die Transporteinrichtung eine Stützschiene umfassen, die der Aufnahme und Führung der Behandlungseinrichtung während des Transports dient.
Die erfindungsgemäße Schleusenkammer ermöglicht den Transport einer Behandlungseinrichtung aus der bzw. in die Vakuumbeschichtungsanlage bei laufendem Betrieb derselben, d.h. unter Aufrechterhaltung des Prozessvakuums. Das Verfahren und die Vorrichtung wurden gezielt für das Instandsetzen oder Wechseln von Ätzeinrichtungen nach dem Magnetron-Sputterprinzip entwickelt, sie sind jedoch nicht nur für diese Behandlungseinrichtungen geeignet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar und dient der Veranschaulichung des Erfindungsgedankens, ohne diesen in irgendeiner Weise einzuschränken. In den Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage im Querschnitt mit einer daran angebrachten Schleusenkammer,
2 eine Explosionszeichnung einer derartigen Vakuumbeschichtungsanlage und einer Schleusenkammer in perspektivischer Ansicht,
3 drei verschiedene Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Vakuumbeschichtungsanlage gemäß 2.
In 1 und 2 ist eine Vakuumbeschichtungsanlage mit einer daran angebrachten erfindungsgemäßen Schleusenkammer schematisch dargestellt.
Die Vakuumbeschichtungsanlage umfasst mehrere, in der Transportrichtung der Substrate 14 hintereinander angeordnete Behandlungssektionen 1, von denen hier nur eine dargestellt ist. Der Pfeil symbolisiert die Transportrichtung der Substrate 14 durch die Vakuumbeschichtungsanlage. Die Behandlungssektionen 1 bilden zusammen eine Prozesskammer zur Durchführung von Behandlungsschritten im Vakuum. Die im Bild dargestellte Behandlungssektion 1 weist in ihrem Innern eine Behandlungseinrichtung 12 zur Behandlung des Substrats 14, nämlich eine Ätzhaube zum Magnetron-Sputterätzen auf, die auf einer Schienen- und Hubeinrichtung 13 gelagert ist. Im Betrieb wird oberhalb der Ätzhaube 12 ein Substrat 14 durch die Vakuumbeschichtungsanlage geführt, das von Stützrollen 15 geführt wird.
Die Behandlungssektion 1 weist in einer ihrer Seitenwände 11 eine Öffnung auf, die dem Ein- und Ausbau sowie der Versorgung der Behandlungseinrichtung 12, im Beispiel der Ätzhaube, mit Energie und Kühlmittel dient. Diese Öffnung ist durch ein Vakuumventil 2 verschließbar, das an der Seitenwand 11 angebracht ist und das eine erste Dichtfläche 21 aufweist, die mit einer die Öffnung umschließenden, korrespondierenden Dichtfläche der Seitenwand 11 verbindbar ist.
Das Vakuumventil 2 weist auf seiner von der Seitenwand 11 abgewandten Fläche eine zweite Dichtfläche 22 auf. Diese zweite Dichtfläche 22 ist mit einer korrespondierenden Dichtfläche 31 verbindbar, die eine einseitige Öffnung der Schleusenkammer 3 umschließt. Die Schleusenkammer 3 verfügt über (nicht dargestellte) Anschlüsse zur Evakuierung und Belüftung. Im Innern der Schleusenkammer 3 ist eine Transporteinrichtung 32 vorgesehen, die einen Linearantrieb 34 mit einem Greifelement 33 sowie eine Stützschiene 35 umfasst. An der Decke der Schleusenkammer 3 ist eine vakuumdicht verschließbare Beschickungsklappe 36 vorgesehen, durch die die Behandlungseinrichtung 12 manipuliert, d.h. gewartet, gereinigt, aus der Schleusenkammer 3 gehoben usw. werden kann.
Die Ätzhaube 12 weist einen Kammerdeckel 16 auf, der die Transferöffnung der Behandlungssektion 1 verschließt, wenn die Behandlungseinrichtung 12 im Innern der Behandlungssektion 1 montiert ist. Die vakuumdichte Verbindung zwischen dem Kammerdeckel 16 und der Seitenwand 11 der Behandlungssektion 1 wird durch eine Verschlusseinrichtung 17 realisiert. Am Kammerdeckel 16 sind (nicht dargestellte) Anschlüsse zur Versorgung der Behandlungseinrichtung 12 mit Spannung und Kühlmittel vorgesehen. Diese Anschlüsse können an Versorgungsleitungen 18 mit Schnellkupplungen angeschlossen werden.
Der Austausch der Behandlungseinrichtung 12 erfolgt folgendermaßen:
Wenn die Anlage in Betrieb ist, herrscht in der Prozesskammer, d.h. in der Behandlungssektion 1, ein Prozessvakuum, welches aufrechtzuerhalten ist, damit die Vakuumprozesse funktionieren. Die Behandlungseinrichtung 12, die ausgewechselt werden soll, wird abgeschaltet. Die Funktion dieser Behandlungseinrichtung 12 wird durch andere gleichartige Behandlungseinrichtungen 12 oder eine geringere Verarbeitungsgeschwindigkeit kompensiert.
In der an der Behandlungssektion 1 angebrachten Schleusenkammer 3 wird ein Vakuum erzeugt, welches im Wesentlichen dem Prozessvakuum entspricht. Zwischen Behandlungssektion 1 und Schleusenkammer 3 wird durch Öffnen des Vakuumventils 2 eine Transferöffnung geschaffen. Da in der Schleusenkammer 3 und der Behand lungssektion 1 gleiche Druckverhältnisse herrschen, kommt es nicht zur Minderung des Prozessvakuums.
Die auszuschleusende Behandlungseinrichtung 12 wird durch das Greifelement 33 ergriffen und auf der Schienen- und Hubeinrichtung 13 sowie der Stützschiene 35 vom Linearantrieb 34 durch die Transferöffnung hindurch aus der Behandlungssektion 1 in die Schleusenkammer 3 befördert. Befindet sich die Behandlungseinrichtung 12 vollständig in der Schleusenkammer 3, so wird die Transferöffnung durch Schließen des Vakuumventils 2 geschlossen.
Die Schleusenkammer 3 wird belüftet. Anschließend kann die Beschickungsklappe 36 zur Atmosphäre hin geöffnet werden. Die Behandlungseinrichtung 12 kann ausgetauscht oder instand gesetzt, d.h. ersetzt, gereinigt oder gewartet werden. Das Einsetzen der Behandlungseinrichtung 12 in die Behandlungssektion 1 der Vakuumbeschichtungsanlage geschieht in umgekehrter Reihenfolge.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an einer Vakuumbeschichtungsanlage gemäß 2 wird in 3 in verschiedenen Phasen dargestellt.
Im Betriebszustand befindet sich die Ätzhaube 12 in oberer Stellung, nahe am Substrat 14. Das Substrat 14 ist in diesem Beispiel ein Metallband. An der Anode liegt ein positives Hochspannungspotential an, der Behandlungssektion 1 wird ein Prozessgas zugeführt, Kühlwasser durchströmt die Ätzhaube 12.
Die verschmutzte Ätzhaube 12 wird stillgesetzt, d.h. die Hochspannungsversorgung und der Prozessgasstrom werden abgeschaltet. Die Kühlung wird für eine gewisse Restkühlzeit weiterbetrieben und danach ausgeschaltet und mit Druckluft gespült. Die Schienen- und Hubeinrichtung 13 senkt die Ätzhaube 12 auf die untere Position ab.
Die Medienanschlüsse werden außerhalb der Behandlungssektion 1 am Kammerdeckel 16 getrennt und die Versorgungsleitungen 18 aus dem Andockbereich der Schleusenkammer 3 entfernt. Die Verwen dung von Schnellkupplungen ist dabei vorteilhaft. Die Medienanschlüsse am Kammerdeckel 16 werden mit einer Abdeckkappe 19 verschlossen, um die Evakuierung nicht durch Anwesenheit von Leckwasser zu erschweren.
Eine Schleusenkammer 3 wird über einen Flansch an die Seitenwand 11 der Behandlungssektion 1 angedockt und über angeschlossene Vakuumpumpen evakuiert. Das Vakuumventil 2 zwischen Behandlungssektion 1 und Schleusenkammer 3 ist dabei geöffnet. Wenn das Vakuum in der Schleusenkammer 3 im Wesentlichen gleich dem in der Behandlungssektion 1 ist, wird die Verriegelung des Kammerdeckels 16 gelöst. Mit Hilfe eines Greifelements 33 und eines Linearantriebs 34, die zu einer in der Schleusenkammer 3 angeordneten Transporteinrichtung 32 gehören, wird die Ätzhaube 12 samt Kammerdeckel 16, Medienanschlüssen und Abdeckkappe 19 linear geführt aus der Behandlungssektion 1 heraus und in die Schleusenkammer 3 hinein gezogen.
Anschließend wird das Vakuumventil 2 geschlossen, um die Behandlungssektion 1 druckdicht von der Schleusenkammer 3 zu trennen. Dann wird die Schleusenkammer 3 langsam und kontrolliert belüftet, um die losen Partikel des Abtrags nicht aufzuwirbeln und die Schleusenkammer 3 nicht zu verunreinigen.
Nachdem sich in der Schleusenkammer 3 Atmosphärendruck eingestellt hat, wird die Beschickungsklappe 36 geöffnet. Alternativ kann der Zugang zur Ätzhaube 12 durch Abkoppeln der Schleusenkammer 3 vom Schieberventil 2 erfolgen.
Durch die Beschickungsklappe 36 oder die einseitige Öffnung der Schleusenkammer 3 kann die verschmutzte Ätzhaube 12 gereinigt und instand gesetzt oder gegen eine saubere, funktionstüchtige Ätzhaube 12 ersetzt werden. Der Transfer der sauberen, funktionstüchtigen Ätzhaube 12 in die Behandlungssektion 1 erfolgt gemäß der erläuterten Vorgehensweise in umgekehrter Reihenfolge.

1: Behandlungssektion
11: Seitenwand
12: Behandlungseinrichtung
13: Schienen- und Hubeinrichtung
14: Substrat
15: Stützrolle
16: Kammerdeckel
17: Verschlusseinrichtung
18: Versorgungsleitung
19: Abdeckkappe
2: Vakuumventil
21: erste Dichtfläche
22: zweite Dichtfläche
3: Schleusenkammer
31: Dichtfläche
32: Transporteinrichtung
33: Greifelement
34: Linearantrieb
35: Stützschiene
36: Beschickungsklappe

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Produktivität und der Anlagenauslastung von Vakuumbeschichtungsanlagen mit einer mindestens eine Behandlungssektion (1) umfassenden Prozesskammer, wobei mehrere Behandlungssektionen (1) in der Transportrichtung eines Substrats (14) hintereinander angeordnet sind, und mindestens einer in einer Behandlungssektion (1) angeordneten Behandlungseinrichtung (12) zur Behandlung eines Substrats (14) unter Vakuum, dadurch gekennzeichnet, dass eine Behandlungseinrichtung (12) aus der Behandlungssektion (1) entnommen wird und anschließend eine Behandlungseinrichtung (12) in die Behandlungssektion (1) eingebracht wird, wobei das in der Behandlungssektion (1) vorhandene Prozessvakuum aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Behandlungssektion (1) entnommene und die anschließend in die Behandlungssektion (1) eingeführte Behandlungseinrichtung (12) identisch sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die entnommene Behandlungseinrichtung (12) gegen eine andere Behandlungseinrichtung (12) gleicher Art ausgetauscht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die entnommene Behandlungseinrichtung (12) durch eine an dere Behandlungseinrichtung (12) anderer Art ausgetauscht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: • Abschalten einer Behandlungseinrichtung (12) unter Aufrechterhaltung des Prozessvakuums in der Behandlungssektion (1), • Entnahme der abgeschalteten Behandlungseinrichtung (12) aus der Behandlungssektion (1), • Einführen einer Behandlungseinrichtung (12) in die Behandlungssektion (1), • Einschalten der eingeführten Behandlungseinrichtung (12).
verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schleusenkammer (3) mit einer Behandlungssektion (1) der Vakuumbeschichtungsanlage verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: (1) Abschalten einer Behandlungseinrichtung (12) unter Aufrechterhaltung des Prozessvakuums in der Behandlungssektion (1), (2) Verbinden einer einseitig mit einer Öffnung und einer die Öffnung umgebenden Dichtfläche (31) versehenen Schleusenkammer (3) mit einer korrespondierenden, an einer Seitenwand (11) einer Behandlungssektion (1) der Vakuumbeschichtungsanlage vorgesehenen, eine verschließbare Transferöffnung (2) umschließenden Dichtfläche (21, 22), (3) Erzeugen eines im wesentlichen dem Prozessvakuum entsprechenden Vakuums innerhalb der Schleusenkammer (3), (4) Öffnen der Transferöffnung (2), (5) Transportieren der Behandlungseinrichtung (12) quer zur Transportrichtung der Substrate (14) aus der Behandlungssektion (1) heraus und in die Schleusenkammer (3) hinein, (6) Schließen der Transferöffnung (2), (7) Belüften der Schleusenkammer (3), (8) Reinigung oder Wartung der Behandlungseinrichtung bzw. Austausch der Behandlungseinrichtung (12) gegen eine weitere Behandlungseinrichtung (12), (9) Evakuieren der Schleusenkammer (3), (10) Öffnen der Transferöffnung (2), (11) Transportieren der Behandlungseinrichtung (12) quer zur Transportrichtung der Substrate (14) aus der Schleusenkammer (3) heraus und in die Behandlungssektion (1) hinein, (12) Schließen der Transferöffnung (2), (13) Belüften der Schleusenkammer (3), (14) Trennen der Schleusenkammer (3) von der Behandlungssektion (1), (15) Einschalten der Behandlungseinrichtung (12).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verbindung der Schleusenkammer (3) mit der Seitenwand (11) der Behandlungssektion (1) Versorgungsleitungen (18) von den dafür vorgesehenen Anschlüssen der Behandlungseinrichtung (12) getrennt werden und nach der Trennung der Schleusenkammer (3) von der Seitenwand (11) der Behandlungssektion (1) wieder mit den Anschlüssen der Behandlungseinrichtung (12) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse der Behandlungseinrichtung (12) nach der Trennung mit mindestens einer dafür vorgesehenen Abdeckkappe (19) versehen werden und diese mindestens eine Abdeckkappe (19) vor der erneuten Verbindung der Versorgungsleitungen (18) mit den Anschlüssen wieder entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch einer Behandlungseinrichtung (12) gegen eine andere Behandlungseinrichtung (12) durch die einseitige Öffnung der Schleusenkammer (3) erfolgt, wobei die Schleusenkammer (3) vor diesem Verfahrensschritt von der Seitenwand (11) getrennt wird und die Schleusenkammer (3) nach diesem Verfahrensschritt mit der Seitenwand (11) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch einer Behandlungseinrichtung (12) gegen eine andere Behandlungseinrichtung (12) durch eine dafür vorgesehene Beschickungsklappe (36) der Schleusenkammer (3) erfolgt, wobei die Beschickungsklappe (36) vor diesem Verfahrensschritt geöffnet wird und die Beschickungsklappe (36) nach diesem Verfahrensschritt geschlossen wird.
Schleusenkammer zum Austausch von Behandlungseinrichtungen (12) in Vakuumbeschichtungsanlagen mit einer aus mehreren Behandlungssektionen (1) gebildeten Prozesskammer, wobei die Behandlungssektionen (1) in der Transportrichtung eines Substrats (14) hintereinander angeordnet sind, und mindestens einer in einer Behandlungssektion (1) angeordneten Behandlungseinrichtung (12) zur Behandlung eines Substrats (14) unter Vakuum, umfassend ein einseitig mit einer Öffnung und einer die Öffnung umschließenden, zur Verbindung mit einer korrespondierenden Dichtfläche (21,22) der Behandlungssektion (1) ausgebildeten Dichtfläche (31) versehenes Gehäuse mit mindestens einem Anschluss zur Evakuierung und Belüftung der Schleusenkammer (3) so wie einer in der Schleusenkammer (3) angeordneten Transporteinrichtung (32) zum Transport einer auszutauschenden Behandlungseinrichtung (12) zwischen der Behandlungssektion (1) und der Schleusenkammer (3).
Schleusenkammer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Beschickungsklappe (36) zur Entnahme und Einlage von Behandlungseinrichtungen (12) aus der bzw. in die Schleusenkammer (3) vorgesehen ist.
Schleusenkammer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (32) ein Greifelement (33) zum Greifen der Behandlungseinrichtung (12) sowie einen Linearantrieb (34) zum Transport der Behandlungseinrichtung (12) umfasst.
Schleusenkammer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (32) weiterhin eine Stützschiene (35) zur Führung der Behandlungseinrichtung (12) umfasst.