DE102013106735A1

DE102013106735A1 - Vakuumkammer einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102013106735A1
Application number: DE102013106735.2A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dsaak; Michael Hofmann; Steffen Mosshammer; Thomas Meyer; Matthias Smolke
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumkammer einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage, wobei die Vakuumkammer eine Transportrollen 8 umfassende Transporteinrichtung zum Transportieren eines Substrats 6 in einer Substratebene 5 durch die Vakuumkammer und einen Vakuumzugang zur Evakuierung der Vakuumkammer umfasst. Um eine Verkürzung der Evakuierungszeit mit wartungsfreundlichen und variablen sowie nachrüstbaren Mittel zu erzielen, in der Vakuumkammer ein- oder beidseits der Substratebene 5 und benachbart zur Transporteinrichtung zumindest ein vakuumdichter Füllkörper 18 zur Reduzierung des zu evakuierenden Volumens angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage zur Behandlung, beispielsweise Beschichtung, plattenförmiger Substrate, beispielsweise Glasplatten, wobei die Substrate mit oder ohne Substrathalter auf einer Transporteinrichtung liegend, d.h. in horizontaler Ausrichtung, oder in vertikaler oder geneigter Lage durch eine von Kammerwänden begrenzte Anlagenkammer oder eine Anordnung mehrerer hintereinander angeordneter Anlagenkammern einer Substratbehandlungsanlage hindurch transportiert werden, wobei die Substrate der Einwirkung mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung, wie beispielsweise Beschichtungseinrichtungen, Ätzeinrichtungen usw. ausgesetzt werden. Die Substratbehandlung findet einerseits oft unter einem gegenüber dem Atmosphärendruck geringeren Druck (Prozessvakuum) und andererseits auch oft in einem gewählten, oftmals gesteuert eingelassenen Gas oder Gasgemisch statt (Prozessatmosphäre).
Bei Durchlauf-Substratbehandlungsanlagen sind, im Gegensatz zu sogenannten Batch-Substratbehandlungsanlagen der Anlagenkammer oder einer Anordnung mehrerer hintereinander angeordneter Anlagenkammern, die beispielsweise als Prozesskammern, Pumpkammern, Transferkammern usw. ausgebildet sein können. Im Allgemeinen ist mindestens je eine als Schleusenkammer ausgebildete Anlagenkammer vor- und nachgelagert, die mitunter durch je eine Pufferkammern zur Ankopplung an die Prozessumgebung ergänzt sein kann. Zudem ist eine Transporteinrichtung im Innern der Substratbehandlungsanlage so angeordnet, dass sie sich durch die beiden Schleusenkammern sowie alle anderen, dazwischen angeordneten Anlagenkammern erstreckt.
Dadurch können Substrate in einer Transportrichtung durch die Substratbehandlungsanlage bewegt werden, indem sie mittels einer ersten Schleusenkammer in die Substratbehandlungsanlage eingeschleust, mittels der Transporteinrichtung durch die gesamte Anordnung hintereinander angeordneter Anlagenkammern hindurch transportiert und mittels einer zweiten Schleusenkammer aus der Substratbehandlungsanlage ausgeschleust werden. Dabei werden die Substrate in mindestens einer Prozesskammer auch an einer darin angeordneten Substratbehandlungseinrichtung vorbei bewegt und dabei der gewünschten Substratbehandlung ausgesetzt.
Für die Behandlung plattenförmiger Substrate haben sich Transporteinrichtungen bewährt, die eine Mehrzahl von quer zur Transportrichtung der Substrate angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen umfassen, deren oberste Mantellinien eine horizontale Transportebene für die Substrate definieren und von denen wenigstens ein Teil antreibbar ist. Findet die gewünschte Substratbehandlung unter erhöhten Prozesstemperaturen, beispielsweise 400, 600 oder 800 °C, statt, hat es sich bewährt, die Transportwalzen aus hitzebeständigen Werkstoffen, beispielsweise Keramik, herzustellen oder mit einem hitzebeständigen Werkstoff zu überziehen.
Bei der Behandlung der Substrate, beispielsweise beim Beschichten von Flachglasscheiben in Beschichtungsanlagen, vorzugsweise in unter Hochvakuum arbeitenden Magnetronsputteranlagen, müssen von der Umgebungsluft abweichende Umgebungsbedingungen geschaffen werden, beispielsweise eine Inertgasatmosphäre oder Vakuum. Die Evakuierung und Belüftung der verschiedenen Kammern einer solchen Behandlungsanlagen soll möglichst schnell erfolgen und ein vorgegebener Mindestevakuierungsgrad erreicht werden, um die notwendige Bearbeitungsgeschwindigkeit in der Beschichtungsanlage und einen wirtschaftlichen Beschichtungsprozess zu erreichen, da die Geschwindigkeit des Evakuierens einer Schleusenkammer das taktbestimmende Element für den Betrieb der Gesamtanlage ist und die Prozesssicherheit wesentlich vom erzielten Evakuierungsgrad abhängt.
Um die zum Evakuieren erforderliche Zeit zu verkürzen, können Vakuumpumpen mit erhöhter Saugleistung verwendet werden oder das Volumen der zu evakuierenden Kammer, insbesondere der Schleusenkammern, verringert werden. Der Verringerung des Volumens ist jedoch durch die erwähnten notwendigen Abmessungen des Transportsystems eine Grenze gesetzt. Die Erhöhung der Saugleistung der Vakuumpumpe führt andererseits zu höherem Energieverbrauch und ist daher unwirtschaftlich und damit unerwünscht.
In der DE 10 2005 024 181 A1 werden im Raum zwischen Ober- und Untertrum eines Endlosbandes des Transportsystems Füllelemente eingefügt und so das von der Transporteinrichtung eingenommene und zu evakuierende Volumen verringert. Jedoch stehen derartige Räume in anderen Transportsystemen nicht zur Verfügung oder führen nicht zur signifikanten Reduzierung der Evakuierungszeit.
Es besteht ein Bedarf an einer Verkürzung der Evakuierungszeit mithilfe von Mitteln, die wartungsfreundlich aufgebaut, in verschiedenen Kammern einer Behandlungsanlage, insbesondere jedoch in den Schleusenkammern, verwendbar sind und in bestehenden Vakuumkammern nachrüstbar sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 4. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils davon abhängigen Ansprüche.
Vorgeschlagen wird, in einem freien, von der Transporteinrichtung der Behandlungsanlage nicht genutzten Raum innerhalb einer Vakuumkammer einen oder mehrere Füllkörper anzuordnen. Wenn nachfolgend von einem Füllkörper die Rede ist, soll das auch eine Mehrzahl einschließen, sofern nichts anderes ausdrücklich beschrieben ist.
Als Vakuumkammer im Sinne dieser Anmeldung sind jene Kammern einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage zu verstehen, die zur Erzeugung eines Vakuums oder einer von der Anlagenumgebung abweichenden Prozessumgebung evakuiert werden. Dabei ist es unerheblich, ob die Vakuumkammer direkt über einen Vakuumpumpenanschluss an der Kammer oder indirekt über einen Vakuumpumpenanschluss in einer benachbarten Kammer evakuiert wird. Dementsprechend kann ein Vakuumzugang einer Vakuumkammer ein Vakuumpumpenanschluss oder eine, auch verschließbare, Öffnung zu einer benachbarten Kammer sein, die selbst wiederum direkt oder indirekt evakuierbar ist.
Der erfindungsgemäße Füllkörper ist vakuumdicht, um zur Reduzierung des Volumens verwendbar zu sein. Er kann in seiner Form und Zahl an die Geometrie der Vakuumkammer und ihrer Einbauten, insbesondere an Gestalt und Lage der zu behandelnden Substrate und der Transporteinrichtung angepasst werden.
Er kann insbesondere auch in eine bestehende Anlage innerhalb der Anlage integriert und/oder für bestimmte Behandlungsabläufe wahlweise angeordnet oder wieder entnommen werden. Durch geeignete Formgebung kann bereits ein einfaches Einlegen in die Kammer genügen.
Als Material des Füllkörpers kommen insbesondere solche in Betracht, die hinsichtlich ihrer Temperaturfestigkeit, ihres Sorptions- sowie Desorptionsverhaltens und ebenso in Kosten- und Wartungsaufwand in Bezug auf die jeweiligen Anforderungen in der Behandlungsanlage verwendbar sind. Sie können entsprechend besonderer Ausführungsformen keramisch, aus Kunststoff oder metallisch sein und zwar vollständig oder zumindest mit ihrer zum Substrat hin weisenden Oberfläche, da in dieser Richtung die Temperatur- und Sorptions- bzw. Desorptionsverhalten des Füllkörpers zur Beeinflussung des Behandlungsprozesses nutzbar sein kann. Während bei einem, zumindest abschnittsweise, metallische Füllkörper die bessere Wärmeleitfähigkeit für eine Temperierung der Umgebung und die geringere Desorption für eine schnellere Evakuierung von Vorteil sein können, können keramische Füllkörper oder Flächen beispielsweise bei besonderen Temperaturschwankungen von Vorteil oder Kunststoff-Füllkörper bei geringer Temperaturbelastung preisgünstig und variabel in der Form herstellbar sein.
Aufgrund seiner Anordnung benachbart zur Transporteinrichtung sind neben der Variation hinsichtlich Form und Zahl des einen oder mehr Füllkörpers auch dessen bzw. deren Lage variierbar. In Abhängigkeiten von den Einbauten in der Vakuumkammer und den Positionierungs- sowie Montageoptionen ist ein Füllkörper in verschiedenen Positionen einsetzbar, woraus sich die Möglichkeit ergänzender Funktionen des Füllkörpers ergeben. So kann entsprechend einer Ausgestaltung der Füllkörper mittels geeigneter Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen temperiert werden und so die Temperatureinstellung des Substrats oder allgemein in der Kammer unterstützen. Als Heiz- oder Kühlvorrichtungen können dabei die für den jeweiligen Temperaturbereich bekannten Mittel zum Einsatz kommen, wie z.B. Widerstandsheizer, kühlende oder erwärmende Fluide im Fluidkörper oder andere. Eine Erwärmung des Substrats ist z.B. zur Vorbehandlung für einen Beschichtungsprozess oder eine Abkühlung nach der Substraterwärmung infolge einer Behandlung erforderlich. Beides kann ein- und/oder ausgangs der Behandlungsanlage erfolgen oder als Zwischenschritt im Verlauf des Durchlaufs durch die Anlage.
Die Möglichkeit der Temperierung des Füllkörpers bietet neben der beschriebenen passiven auch eine aktive Unterstützung des Evakuierungsprozesses. Dazu kann der Füllkörper auf eine solche Temperatur gekühlt werden, dass er als Kryopumpe mittels Bindung von Gasen an einer Kaltfläche des Füllkörpers dient. Dazu wird der Füllkörper auf eine Temperatur unterhalb von –120°C gekühlt, so dass die gekühlte Fläche Gase, im benannten Temperaturbereich insbesondere auch Wasserdampf, physikalisch reversibel durch Kryokondensation bindet. Alternativ kann das Material der Kaltfläche des Füllkörpers auch so gewählt werden, dass eine Kryosorption erfolgt. In letzten Fall geht die Kryosorption nach der Bedeckung der Kaltfläche mit einer ersten Schicht der adsorbierten Gasmoleküle in die Kryokondensation über. Die Wirkung des Füllkörpers als Kryopumpe ist durch die Bindungsfähigkeit der Kaltfläche für das jeweilige Kryokondensat begrenzt.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die zugehörige Figur zeigt eine Schleusenkammer eingangs einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Kühlkörper.
In der Fig. ist schematisch und ohne Anspruch auf Darstellung aller Komponenten eine Schleusenkammer 1 mit deren Außenwänden 2 eingangs einer Durchlauf-Sputterbeschichtungsanlage dargestellt. An die Schleusenkammer 1 schließt sich eine als weitere Schleusenkammer fungierende Pufferkammer 3 an, mit der eine zweite Druckstufe zwischen dem Umgebungsdruck und dem Prozessdruck, beim Sputterverfahren Hochvakuum, realisiert wird. Alternativ kann die Pufferkammer 3 auch entfallen.
Die Außenwände 4 der Schleusenkammer weisen in einer Substratebene 5, in welcher Substrate 6 durch die Beschichtungsanlage transportiert werden, Substratpassagen 7 auf. Diese sind zur Umgebung und zur benachbarten Pufferkammer 3 durch ein Klappenventil 4 vakuumdicht schließbar. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden aufeinanderfolgende Substrate 6 mittels eines geeigneten Transportsystems, vorliegend einer Folge von Transportrollen 8, in Transportrichtung 9 durch die Beschichtungsanlage transportiert.
Die dargestellte Schleusenkammer 1 weist in der oberen Außenwand 2 einen Vakuumsystemanschluss 17 als Vakuumzugang auf auf, durch welchen die Schleusenkammer 1 mittels eines für das herzustellende Vakuum geeigneten Systems von Vakuumpumpen evakuiert wird.
Unterhalb der Transportwalzen 8 ist in der Schleusenkammer 1 ein Füllkörper 18 angeordnet, der vakuumdicht ausgebildet ist und sich nahezu über die gesamte Grundfläche der Schleusenkammer 1 erstreckt. Auch die benachbarte Pufferkammer 3 weist einen solchen Füllkörper 18 unterhalb der Transportebene auf, so dass die Volumina beider Kammern einander angepasst sind. Der Füllkörper 18 der Pufferkammer 3 weist optional eine Heizeinrichtung auf, mit welcher auf seiner dem Substrat 6 zugewandten Oberfläche eine Temperatur von 50°C einstellt wird.
Bezugszeichenliste

1: Schleusenkammer
2: Außenwände
3: Pufferkammer
4: Klappenventil
5: Substratebene
6: Substrat
7: Substratpassage
8: Transportsystem
9: Transportrichtung
17: Vakuumsystemanschluss
18: Füllkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005024181 A1 [0007]

Claims

Vakuumkammer einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage mit einer Tranportrollen (8) umfassenden Transporteinrichtung zum Transportieren eines Substrats (6) in einer Substratebene (5) durch die Vakuumkammer und einem Vakuumzugang zur direkten oder indirekten Evakuierung der Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vakuumkammer ein- oder beidseits der Substratebene (5) und benachbart zur Transporteinrichtung zumindest ein vakuumdichter Füllkörper (18) zur Reduzierung des zu evakuierenden Volumens angeordnet sind.
Vakuumkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die zum Substrat (6) hin weisende Oberfläche des Füllkörpers (18) metallisch ist.
Vakuumkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (18) Mittel zur Temperierung der zumindest einen metallischen Oberfläche umfasst.
Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage, indem ein Substrat (6) in eine erste Vakuumkammer einer Behandlungsanlage eingeschleust, mittels einer Transporteinrichtung durch die Vakuumkammern der Behandlungsanlage hindurch transportiert und dabei behandelt und anschließend aus der letzten Vakuumkammer der Behandlungsanlage ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Vakuumkammer ein vakuumdichter Füllkörper (18) zur Reduzierung des zu evakuierenden Volumens angeordnet wird.
Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat (6) mittels des Füllkörpers (18) temperiert wird.
Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (18) als Kryopumpe mittels Bindung von Gasen an einer Kaltfläche des Füllkörpers (18) verwendet wird.