DE102008012931B4

DE102008012931B4 - Method and device for cooling substrates

Info

Publication number: DE102008012931B4
Application number: DE200810012931
Authority: DE
Inventors: Sören 01558 Uhlig; Norbert 01259 Solger; Klaus-Dieter 01809 Steinborn; Gunter 09130 Buschbeck; Joachim 01239 Weißflog
Original assignee: Hochvakuum Dresden VEB; VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH
Current assignee: Hochvakuum Dresden VEB; VTD Vakuumtechnik Dresden GmbH
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: DE102008012931A1

Abstract

Verfahren zum Kühlen von Substraten (1) in einer Behandlungskammer (2), in der die Substrate (1) einer Behandlung mit Wärmeeintrag unterzogen werden, wobei die Substrate (1) als Substratanordnung (5) auf einem um eine Achse (3) drehbaren Substratträger (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Substratanordnung (5) zur Achse (3) radial außerhalb und in einem definierten Sektor (14) mit einem Kühlgas beaufschlagt wird, – wobei das Kühlgas mittels einer Umwälzpumpe (11) als Kühlgasstrom parallel oder radial-tangential zur Achse (3) flächig von einer Seite des definierten Sektors (14) zur gegenüberliegenden Seite geleitet wird, – dass der Kühlgasstrom vom Austritt aus dem definierten Sektor (14) in eine Gas-Rückströmkammer (10) geleitet wird, – dass das Kühlgas von der Umwälzpumpe (11) aus der Gas-Rückströmkammer (10) abgesaugt wird und – dass dem Kühlgas mindestens außerhalb des definierten Sektors (14) über Kühlflächen Wärme entzogen wird.Method for cooling substrates (1) in a treatment chamber (2), in which the substrates (1) are subjected to a treatment with heat input, the substrates (1) as a substrate arrangement (5) on a substrate carrier rotatable about an axis (3) (4) are arranged, characterized in that - the substrate arrangement (5) to the axis (3) radially outside and in a defined sector (14) is acted upon by a cooling gas, - the cooling gas being used in parallel as a cooling gas flow by means of a circulation pump (11) or directed radially tangentially to the axis (3) flat from one side of the defined sector (14) to the opposite side, - that the cooling gas flow from the outlet from the defined sector (14) is directed into a gas backflow chamber (10), that the cooling gas is sucked out of the gas return flow chamber (10) by the circulation pump (11) and - that heat is extracted from the cooling gas at least outside the defined sector (14) via cooling surfaces.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Substraten in einer Behandlungskammer, in der die Substrate einer Behandlung mit Wärmeeintrag unterzogen werden, wobei die Substrate als Substratanordnung auf einem um eine Achse drehbaren Substratträger angeordnet sind. Dabei kann die Behandlungskammer auch eine Kammer sein, die einer eigentlichen technologischen Behandlungskammer nachgeordnet ist, d. h. ausschließlich zum Abkühlen der Substrate dient. Als Behandlungskammer werden hier alle im Wesentlichen geschlossenen bzw. verschließbaren Räume verstanden, in denen sowohl Unterdruck, atmosphärischen Druck als auch ein leichter Überdruck herrschen kann. Derartige Behandlungskammern sind bei verschiedenen technologischen Verfahren erforderlich, damit die Substrate in nachfolgenden Verfahrensschritten mit vorgegebener Temperatur weiter behandelt werden können. Es ist auch möglich, die Substrate während eines laufenden Behandlungsprozesses mit Wärmeeintrag verfahrensgemäß zu kühlen, damit eine vorgegebene Substrattemperatur eingehalten wird.The invention relates to a method and a device for cooling substrates in a treatment chamber in which the substrates are subjected to a treatment with heat input, wherein the substrates are arranged as a substrate arrangement on a substrate carrier rotatable about an axis. In this case, the treatment chamber may also be a chamber which is arranged downstream of an actual technological treatment chamber, d. H. only used for cooling the substrates. As a treatment chamber here all substantially closed or closable spaces are understood in which both negative pressure, atmospheric pressure and a slight overpressure can prevail. Such treatment chambers are required in various technological processes, so that the substrates can be further treated in subsequent process steps with a predetermined temperature. It is also possible to cool the substrates during a running treatment process with heat input according to the method, so that a predetermined substrate temperature is maintained.

Als Substrate werden Werkstücke verstanden, die in irgendeiner Weise physikalisch oder chemisch behandelt werden und dabei eine technologisch vorgegebene Temperatur aufweisen sollen oder deren Temperatur in folgenden Verfahrensschritten geringer sein muss. Derartige Behandlungen können insbesondere chemische oder physikalische Oberflächenbehandlungen oder Beschichtungen sein.Substrates are understood to be workpieces which are treated physically or chemically in any way and which should have a technologically predetermined temperature or whose temperature must be lower in the following process steps. Such treatments may be, in particular, chemical or physical surface treatments or coatings.

Als Kühlgas kann in Abhängigkeit des jeweiligen technologischen Prozesses ein gesondertes Kühlgas, z. B. ein Inertgas, gekühltes Prozessgas oder auch gekühlte Luft eingesetzt werden.As a cooling gas can be a separate cooling gas, depending on the particular technological process, eg. As an inert gas, cooled process gas or cooled air can be used.

Zur Vereinfachung wird die nachfolgende Beschreibung auf ein Verfahren beschränkt, bei dem die Substrate einschließlich der gegebenen Substratträger, nach einer physikalischen Oberflächenbeschichtung (PVD – physical vapour deposition) und vor der Entnahme aus dem Verfahrensprozess oder vor einer weiteren technologischen Behandlung auf eine vorgegebene Temperatur abgesenkt werden müssen.For convenience, the following description is limited to a method in which the substrates, including the given substrate carriers, are lowered to a predetermined temperature after physical physical deposition (PVD) and before removal from the process process or prior to further technological treatment have to.

Stand der TechnikState of the art

Nach dem Stand der Technik sind vielfältige Verfahren zur Kühlung von Substraten bekannt. Am einfachsten ist es die Substrate an der Luft langsam abzukühlen. Bei den meisten technologischen Prozessen ist jedoch eine möglichst schnelle Abkühlung wünschenswert, so dass eine gesonderte Kühlung erforderlich ist. Dabei ist zu unterscheiden, ob die Kühlung zum Schutz der Substrate oder wegen des Verfahrenszyklusses an der Atmosphäre oder in einer Behandlungskammer erfolgen soll. Insbesondere in einer Behandlungskammer für Vakuumverfahren ist eine Wärmeableitung über das Prozessgas meist sehr schwierig.According to the prior art, a variety of methods for cooling substrates are known. The easiest way is to slowly cool the substrates in the air. For most technological processes, however, the fastest possible cooling is desirable, so that a separate cooling is required. It should be distinguished whether the cooling should be done to protect the substrates or because of the process cycle in the atmosphere or in a treatment chamber. In particular, in a treatment chamber for vacuum process, heat removal via the process gas is usually very difficult.

Die DD 72 659 A gibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kühlung bedampfter Substrate in Hochvakuum-Bedampfungsanlagen an. Verfahrensgemäß wird eine kräftige Zirkulation einer geringen Menge eines Kühlgases erzwungen. Dabei wird der Gasstrom über in der Bedampfungskammer befindliche Kühlflächen direkt auf die bedampften Substrate gerichtet. Die Einrichtung umfasst innerhalb der Bedampfungskammer eine Pumpe, mit der das Gas frei aus dem Raum in einen Ansaugstutzen gesaugt werden kann. Über eine Kühleinrichtung sowie eine Rohrleitung wird das gekühlte Gas zu Düsen über den Substraten geleitet.The DD 72 659 A discloses a method and apparatus for cooling damped substrates in high vacuum deposition equipment. According to the method, a vigorous circulation of a small amount of a cooling gas is forced. The gas stream is directed directly to the vapor-deposited substrates via cooling surfaces located in the vapor deposition chamber. The device comprises within the vapor deposition chamber, a pump with which the gas can be sucked freely from the room into a suction. Via a cooling device and a pipe, the cooled gas is passed to nozzles above the substrates.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Substraten in einer Behandlungskammer anzugeben, bei denen die Substrate einschließlich der gegebenen Substratträger nach oder während einer Behandlung mit Wärmeeintrag innerhalb der Behandlungskammer wirksam gekühlt werden können, wobei die Substrate als Substratanordnung auf einem um eine Achse drehbaren Substratträger angeordnet sind.The invention has for its object to provide a method and apparatus for cooling substrates in a treatment chamber, in which the substrates, including the given substrate support can be effectively cooled after or during a treatment with heat input within the treatment chamber, wherein the substrates as a substrate arrangement a substrate carrier rotatable about an axis are arranged.

Die Erfindung löst die Aufgabe für das Verfahren durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Für die Vorrichtung wird die Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet und werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, einschließlich der Zeichnung, näher dargestellt.The invention solves the problem for the method by the features specified in claim 1. For the device, the invention is solved by the features of claim 5. Advantageous developments of the invention are characterized in the respective subclaims and are described in more detail below together with the description of the preferred embodiment of the invention, including the drawing.

Verfahrensgemäß wird die um eine Achse rotierende Substratanordnung mit den einzelnen Substraten radial außerhalb in einem definierten Sektor parallel oder radialtangential zur Achse mit einem Kühlgas in Form eines flächigen Kühlgasstromes beaufschlagt. Die Größe des Sektors kann in Abhängigkeit der technologischen Gegebenheiten in einem großen Bereich variieren. Ein Merkmal zur konfigurativen Gestaltung des Sektors ist, dass die Temperatur des Kühlgases beim Verlassen des Sektors stets noch geringer sein sollte, als die Temperatur der Substrate.According to the method, the substrate arrangement rotating about an axis is acted upon by the individual substrates radially outside in a defined sector parallel or radially tangential to the axis with a cooling gas in the form of a planar cooling gas flow. The size of the sector may vary over a wide range depending on the technological conditions. A feature of the configurative design of the sector is that the temperature of the cooling gas when leaving the sector should always be lower than the temperature of the substrates.

In Abhängigkeit der technologischen Gegebenheit kann es vorteilhaft sein, den Kühlgasstrom entsprechend Anspruch 4 in zwei oder mehrere parallele Kühlgasströme mit gleicher oder unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit aufzuteilen. Z. B. kann es im Bereich einer Masseanhäufung an der Substratanordnung vorteilhaft sein, diese besonders intensiv zu kühlen, damit letztlich eine gleichmäßige Temperaturabsenkung aller relevanten Teile und der Substrate erreicht wird.Depending on the technological conditions, it may be advantageous to the cooling gas flow according to claim 4 in two or more parallel cooling gas streams with the same or split different flow rate. For example, in the region of an accumulation of mass on the substrate arrangement, it may be advantageous to cool it particularly intensively so that ultimately a uniform temperature reduction of all relevant parts and of the substrates is achieved.

Nach Verlassen des definierten Sektors wird der Kühlgasstrom mittels Leitelementen in eine Gas-Rückströmkammer geleitet. Verfahrensgemäß wird der Kühlgasstrom permanent zwischen der Gas-Rückströmkammer und dem definierten Sektor über der Substratanordnung umgewälzt. Die Umwälzung des Kühlgases erfolgt in bekannter Weise mittels geeigneter Pumpen. Erfindungswesentlich ist, dass der Druck in der Gas-Rückströmkammer geringer eingestellt wird, als innerhalb der Substratanordnung und dass mindestens in der Gas-Rückströmkammer dem Kühlgas Wärme entzogen wird. Damit wird die Temperatur des Kühlgasstromes vor dem Wiedereintritt in den definierten Sektor auf eine erforderliche geringe Temperatur abgesenkt. Der Wärmeentzug aus dem Kühlgas erfolgt über Kühlflächen, die zusätzlich zur Gas-Rückströmkammer auch an Leitelementen und/oder im Bereich der Umwälzpumpe vorgesehen werden können. Bei Erfordernis können weitere Kühlflächen auch direkt im Kühlgasstrom vorgesehen werden.After leaving the defined sector, the cooling gas flow is conducted by means of guide elements into a gas return flow chamber. According to the method, the cooling gas flow is continuously circulated between the gas return flow chamber and the defined sector above the substrate arrangement. The circulation of the cooling gas takes place in a known manner by means of suitable pumps. It is essential to the invention that the pressure in the gas return flow chamber is set lower than in the substrate arrangement and that heat is extracted from the cooling gas at least in the gas return flow chamber. Thus, the temperature of the cooling gas stream is lowered before re-entering the defined sector to a required low temperature. The removal of heat from the cooling gas via cooling surfaces, which can be provided in addition to the gas return flow also on vanes and / or in the circulation pump. If required, additional cooling surfaces can also be provided directly in the cooling gas flow.

Zur gerichteten Führung des Kühlgasstromes sind als solche bekannte Leitschirme geeignet. Die Lage der Gas-Rückströmkammer ist für das Verfahren unwesentlich, diese kann sich innerhalb wie auch außerhalb der Behandlungskammer befinden.For directional guidance of the cooling gas flow as such known umbrellas are suitable. The location of the gas return chamber is immaterial to the process, which may be inside as well as outside the treatment chamber.

Wie Versuche gezeigt haben, können insbesondere bei größeren Anlagen, bei fachmännischer Ausbildung der Größe des definierten Sektors, der Menge und Geschwindigkeit des Kühlgasstromes sowie der Größe und Temperatur der Kühlflächen, die Substrate wirksam und effektiv gekühlt werden.As tests have shown, the substrates can be effectively and effectively cooled, especially in the case of larger systems, with expert training in the size of the defined sector, the amount and speed of the cooling gas flow and the size and temperature of the cooling surfaces.

Das Verfahren ist technologisch relativ einfach und praktisch alle Substrate können in einer akzeptablen Zeit auf eine vorgegebene Temperatur abgekühlt werden.The process is technologically relatively simple and virtually all substrates can be cooled to a predetermined temperature in an acceptable time.

Die konkrete technologische Ausführung des Verfahrens richtet sich stark nach der Form, Masse und Größe der Substrate sowie nach der Wärmemenge, die von den Substraten abgeführt werden muss. So ist es möglich, den Kühlgasstrom radial-tangential oder auch parallel zur zentralen Achse über die Substratanordnung zu leiten.The concrete technological execution of the method depends strongly on the shape, mass and size of the substrates and on the amount of heat that has to be dissipated from the substrates. Thus, it is possible to direct the cooling gas flow radially-tangentially or parallel to the central axis over the substrate assembly.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst im Wesentlichen einen Leitschirm, der koaxial zur Achse der Substratanordnung sowie radial außerhalb und parallel die Substratanordnung in einem definierten Sektor überdeckt, derart dass zwischen der Substratanordnung und dem Leitschirm ein Spalt als Kühlkanal mit einer Einströmöffnung und einer Austrittsöffnung ausgebildet wird. An der Einströmöffnung ist eine Zuführungseinrichtung vorhanden, die geeignet ist, das Kühlgas im Wesentlichen über den Querschnitt der Einströmöffnung homogen verteilt in den Kühlkanal einzuleiten. An der Austrittsöffnung des Kühlkanals ist zwischen der Substratanordnung und der Behandlungskammer ein Leitelement vorgesehen, welche das Kühlgas in eine Gas-Rückströmkammer zwischen dem Leitschirm und der Behandlungskammer leitet. Zwischen der Gas-Rückströmkammer und der Zuführungseinrichtung ist eine Umwälzpumpe vorgesehen, derart dass das Kühlgas von der Umwälzpumpe über den Kühlkanal und die Gas-Rückströmkammer umgewälzt werden kann. Ein weiteres wesentliches Merkmal sind Kühlflächen, die mindestens in der Gas-Rückströmkammer und/oder am Leitschirm vorgesehen sind. Weitere Kühlflächen können an der Wand der Behandlungskammer im Bereich der Gas-Rückströmkammer und/oder im Bereich der Umwälzpumpe sowie an weiteren im speziellen Anwendungsfall vorteilhaften Stellen vorhanden sein.The device according to the invention essentially comprises a guide screen, which covers the substrate arrangement coaxially with the axis of the substrate arrangement as well as radially outside and parallel in a defined sector such that a gap is formed between the substrate arrangement and the guide screen as cooling channel with an inflow opening and an exit opening. At the inlet opening there is a feed device which is suitable for introducing the cooling gas substantially homogeneously distributed over the cross section of the inflow opening into the cooling channel. At the outlet opening of the cooling channel, a guide element is provided between the substrate arrangement and the treatment chamber, which guides the cooling gas into a gas return flow chamber between the guide screen and the treatment chamber. Between the gas return flow chamber and the feed device, a circulation pump is provided, such that the cooling gas can be circulated by the circulation pump via the cooling channel and the gas return flow chamber. Another essential feature is cooling surfaces, which are provided at least in the gas return chamber and / or the Leitschirm. Further cooling surfaces may be present on the wall of the treatment chamber in the region of the gas return flow chamber and / or in the region of the circulation pump as well as on further points which are advantageous in the specific application.

Nach Anspruch 7 kann es vorteilhaft sein, dass die Substratanordnung außerhalb des Bereiches des Leitschirmes mindestens teilweise von einer Abschirmung umschlossen ist. Dadurch wird der mögliche Raum, in den das Kühlgas einströmen kann verringert, bzw. das Einströmen von Kühlgas in den Bereich hinter der Abschirmung wird verringert. Die Wirkung des Kühlgases wird auf den definierten Sektor konzentriert, wodurch auch größere Temperaturunterschiede zwischen Substrat und Kühlgas aufrechterhalten werden können, was letztlich zu einer effektiven Kühlung der Substrate führt. Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass Flitter eines Beschichtungsmaterials, die sich in der Behandlungskammer angesammelt haben, durch einen vagabundierenden Kühlgasstrom nicht aufgewirbelt werden und sich auf der Oberfläche der Substrate ablagern.According to claim 7, it may be advantageous that the substrate arrangement is at least partially enclosed by a shield outside the area of the guide screen. As a result, the possible space in which the cooling gas can flow is reduced or the inflow of cooling gas into the area behind the shield is reduced. The effect of the cooling gas is concentrated on the defined sector, whereby even larger temperature differences between the substrate and the cooling gas can be maintained, which ultimately leads to an effective cooling of the substrates. Another advantage may be that flakes of coating material that have accumulated in the treatment chamber are not fluidized by a stray flow of cooling gas and deposit on the surface of the substrates.

Bei der Anwendung der Einrichtung hat sich gezeigt, dass die zwangsweise vorhandenen Spalte zwischen der rotierenden Substratanordnung und den Leiteinrichtungen nicht störend sind. Durch die Umwälzpumpe wird im Bereich der Gas-Rückströmkammer ein Unterdruck erzeugt, bei gleichzeitigem Druckaufbau an der Einströmöffnung, so dass das Kühlgas effektiv wirksam mit einer erforderlich hohen Geschwindigkeit den Kühlkanal durchströmt.In the application of the device, it has been found that the forcedly existing gaps between the rotating substrate arrangement and the guide devices are not disturbing. By the circulation pump, a negative pressure is generated in the region of the gas return flow chamber, with simultaneous pressure buildup at the inflow opening, so that the cooling gas effectively flows through the cooling channel effectively with a required high speed.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Zugehörig zeigt die Figur eine Seitenansicht im Schnitt durch eine Behandlungskammer mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. Belonging to the figure shows a side view in section through a treatment chamber with a device according to the invention.

Die Behandlungskammer 2 ist beispielsweise für den Einsatz eines Substratträgers 4 zur Aufnahme von Substraten 1 in einer Substratanordnung 5 mit einem Durchmesser von 900 mm und einer Länge von 1.400 mm ausgelegt. Die Größe und Masse der auf der Substratanordnung 5 gehalterten Substrate 1 ist außerordentlich variabel und richtet sich ganz nach dem spezifischen Aufkommen. The treatment chamber 2 is for example for the use of a substrate carrier 4 for receiving substrates 1 in a substrate arrangement 5 designed with a diameter of 900 mm and a length of 1,400 mm. The size and mass of the on the substrate arrangement 5 supported substrates 1 is extremely variable and depends entirely on the specific volume.

Die Anordnung der Substrate 1 innerhalb des Substratträgers 4 erfolgt entsprechend dem Stand der Technik, wobei die Substrate 1 als Substratanordnung 5 im Allgemeinen planetenartig um die zentrale Achse 3 des Substratträgers 4 rotieren. Die Behandlungskammer 2 umfasst alle erforderlichen technologischen Anschlüsse und Einrichtungen für den jeweiligen technologischen Zweck, auf die nachfolgend jedoch nicht näher eingegangen wird.The arrangement of the substrates 1 within the substrate carrier 4 takes place according to the prior art, wherein the substrates 1 as a substrate arrangement 5 generally planet-like about the central axis 3 of the substrate carrier 4 rotate. The treatment chamber 2 includes all the necessary technological connections and facilities for the respective technological purpose, which will not be discussed further below.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst im Wesentlichen einen Leitschirm 6, der einen Sektor 14 definiert, in dem die Substrate 1 vom Leitschirm 6 überdeckt werden. Im Ausführungsbeispiel überdeckt der Leitschirm 6 etwa einen Sektor 14 von 180 Grad oberhalb der Substratanordnung 5 und in der gesamten Länge der Substratanordnung 5. Zwischen den Substraten 1 auf der Substratanordnung 5 und dem Leitschirm 6 wird ein Spalt, der Kühlkanal 7, ausgebildet. In der Figur links ist eine Zuführungseinrichtung 8 vorgesehen, die an die äußere Geometrie der Substratanordnung 5 angeformt ist und eine spaltförmige Einströmöffnung 15 aufweist, die in den Kühlkanal 7 mündet.The device according to the invention essentially comprises a guide screen 6 , the one sector 14 defines in which the substrates 1 from the guidance screen 6 be covered. In the embodiment covers the Leitschirm 6 about a sector 14 of 180 degrees above the substrate array 5 and in the entire length of the substrate assembly 5 , Between the substrates 1 on the substrate assembly 5 and the guiding screen 6 becomes a gap, the cooling channel 7 , educated. In the figure on the left is a feeder 8th provided to the outer geometry of the substrate assembly 5 is formed and a slit-shaped inflow opening 15 that is in the cooling channel 7 empties.

Über ein Druckrohr 18 ist die Zuführungseinrichtung 8 mit einer oder mehreren Umwälzpumpe/-n 11 verbunden. Auf der anderen Seite des Kühlkanals 7 und gegenüber der Einströmöffnung 15 befindet sich eine Austrittsöffnung 16.About a pressure tube 18 is the feeder 8th with one or more circulating pump (s) 11 connected. On the other side of the cooling channel 7 and opposite the inflow opening 15 there is an outlet opening 16 ,

Im Wesentlichen koaxial zum Leitschirm 6 ist ein Abdeckung 19 vorgesehen, die innerhalb der Behandlungskammer 2 gelagert ist und an der wiederum der Leitschirm 6 gehaltert ist. Zwischen der Abdeckung 19 und dem Leitschirm 6'' wird dabei ein kanalartiger Raum, eine Gas-Rückströmkammer 10, ausgebildet. Die Abdeckung 19 kann auch ein direkter Abschnitt der Kammerwand der Behandlungskammer 2 sein. Erfindungsgemäß sind an den Wänden der Gas-Rückströmkammer 10 Kühlflächen 12 vorgesehen, die mit einer Kühlmittelleitung 20 verbunden sind, in der eine maschinell gekühlte Sole zirkuliert.Essentially coaxial with the paraglider 6 is a cover 19 provided within the treatment chamber 2 is stored and on the turn of the baffle 6 is held. Between the cover 19 and the guiding screen 6 '' becomes a channel-like space, a gas return chamber 10 , educated. The cover 19 may also be a direct section of the chamber wall of the treatment chamber 2 be. According to the invention are on the walls of the gas return chamber 10 cooling surfaces 12 provided with a coolant line 20 in which a machine-cooled brine circulates.

An der Austrittsöffnung 16 und zwischen der Substratanordnung 5 und der Behandlungskammer 2 ist ein Umlenkblech 9 als Leitelement vorgesehen, welches den Kühlgasstrom aus dem Kühlkanal 7 umlenkt und in die Gas-Rückströmkammer 10 leitet. Im Betrieb wird die Umlenkung des Kühlgases in die Gas-Rückströmkammer 10 auch wesentlich durch den geringeren Druck in der Gas-Rückströmkammer 10 unterstützt. Auf der gegenüberliegende Seite der Gas-Rückströmkammer 10 und oberhalb der Zuführungseinrichtung 8 ist eine Anschlusseinrichtung 17 vorgesehen, die die Gas-Rückströmkammer 10 mit der Umwälzpumpe 11 verbindet. Mit dieser Ausbildung wird von der Umwälzpumpe 11 über das Druckrohr 18, die Zuführungseinrichtung 8, die Einströmöffnung 15, den Kühlkanal 7, der Austrittsöffnung 16 und zurück über die Gas-Rückströmkammer 10 und die Anschlusseinrichtung 17 zur Umwälzpumpe 11 ein im Wesentlichen geschlossener Ringraum für das umwälzende Kühlgas ausgebildet. Spaltförmige Öffnungen zur im Betrieb rotierenden Substratanordnung 5, aus denen durchaus auch Kühlgas austreten kann, sind praktisch ohne Bedeutung. Auch ein vagabundierender Teilstrom des Kühlgases ist letztlich an der Kühlung der gesamten Substratanordnung 5 mit den Substraten 1 beteilig.At the outlet 16 and between the substrate assembly 5 and the treatment chamber 2 is a baffle 9 provided as a guide element, which the cooling gas flow from the cooling channel 7 deflected and into the gas return chamber 10 passes. In operation, the deflection of the cooling gas in the gas return chamber 10 also significantly due to the lower pressure in the gas return chamber 10 supported. On the opposite side of the gas return chamber 10 and above the feeder 8th is a connection device 17 provided the gas return chamber 10 with the circulation pump 11 combines. With this training is from the circulation pump 11 over the pressure tube 18 , the feeder 8th , the inlet opening 15 , the cooling channel 7 , the outlet opening 16 and back over the gas backflow chamber 10 and the connection device 17 to the circulation pump 11 a substantially closed annulus formed for the circulating refrigerant gas. Gap-shaped openings for rotating during operation substrate arrangement 5 from which cooling gas can escape, are of practically no importance. A vagrant partial flow of the cooling gas is ultimately at the cooling of the entire substrate assembly 5 with the substrates 1 beteilig.

Die Breite der Abdeckung 19 parallel zur Achse 3 ist in mehrere, beispielsweise drei, Abschnitte aufgeteilt, damit die Abdeckung 19 während der Montage gut in der Behandlungskammer 2 handhabbar ist.The width of the cover 19 parallel to the axis 3 is divided into several, for example three, sections, thus the cover 19 during assembly well in the treatment chamber 2 is manageable.

Entsprechend Anspruch 7 ist der untere Bereich der Substratanordnung 5, in dem keine anderen technologischen Einrichtungen einen direkten Zugang zu den Substraten 1 erfordern, mit einer Abschirmung 13 bedeckt. Mit dieser wird auch bewirkt, dass der freie Raum außerhalb der Substratanordnung 5 verringert wird und Einbauten unterhalb der Abschirmung 13 nicht unnütz durch Kühlgas gekühlt werden. Weiterhin können Kontaminationen des Kühlgases, z. B. mit Schmierstoffen oder Abrieben, verhindert werden.According to claim 7, the lower portion of the substrate assembly 5 in which no other technological facilities have direct access to the substrates 1 require, with a shield 13 covered. This also causes the free space outside the substrate assembly 5 is reduced and internals below the shield 13 not useless to be cooled by cooling gas. Furthermore, contaminations of the cooling gas, for. As with lubricants or abrasions can be prevented.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Einrichtung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Betrieb näher beschrieben. Die Behandlungskammer 2 ist im Ausführungsbeispiel eine selbständige Vakuumkammer, die einer Vakuumbeschichtungskammer über Schleusenventile nachgeordnet ist. Nach einer Oberflächenbehandlung weisen die Substrate 1 eine Temperatur von 200°C auf und sollen in der Substratanordnung 5 möglichst schnell auf eine Temperatur < 100°C abgekühlt werden. Die Gesamtmasse der abzukühlenden Substratanordnung 5 mit den Substraten 1 beträgt etwa 300 kg. Als Kühlgas wird trockene Luft eingesetzt, da für die Substrate 1 keine Korrosionsgefahr oder eine anderweitige Gefahr durch Luft besteht.The device according to the invention is described in detail below using the method according to the invention in operation. The treatment chamber 2 is in the embodiment an independent vacuum chamber, which is arranged downstream of a vacuum coating chamber via lock valves. After a surface treatment, the substrates exhibit 1 a temperature of 200 ° C and in the substrate assembly 5 be cooled as quickly as possible to a temperature <100 ° C. The total mass of the substrate assembly to be cooled 5 with the substrates 1 is about 300 kg. Dry air is used as the cooling gas because of the substrates 1 there is no risk of corrosion or any other danger from air.

Der oben beschriebene Ringraum mit dem Kühlkanal hat ein Volumen von ca. 0,2 m³ und das darin befindliche Kühlgas wird durch die Umwälzpumpe 11 mit einer durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/Sekunde etwa 150 mal/Minute umgewälzt.The above-described annular space with the cooling channel has a volume of about 0.2 m ³ and the cooling gas therein is through the circulation pump 11 circulated at an average flow rate of 10 m / second about 150 times / minute.

Nachdem die Substratanordnung 5 in der Behandlungskammer 2 positioniert und in Rotation um ihre Achse 3 versetzt wurde, wird die Umwälzpumpe 11 in Betrieb genommen und die Kühlmittelleitung 20 geöffnet, damit Kühlwasser mit einer Temperatur von 15°C zu den Kühlflächen 12 strömen kann.After the substrate assembly 5 in the treatment chamber 2 positioned and in rotation about its axis 3 was added, the circulation pump 11 put into operation and the coolant line 20 opened, so that cooling water with a temperature of 15 ° C to the cooling surfaces 12 can flow.

Im Verfahrensablauf wird Kühlgas, wie angegeben, etwa 150 mal/Minute umgewälzt, d. h. abgekühltes Kühlgas wird in die Einströmöffnung 15 eingeleitet, nimmt im Kühlkanal 7 von den Substraten 1 Wärme auf und verlässt den Kühlkanal 7 über die Austrittsöffnung 16 erwärmt, um nachfolgend an den Kühlflächen 12, insbesondere in der Gas-Rückströmkammer 10, die aufgenommene Wärme wieder abzugeben. Die Temperaturdifferenz zwischen den Substraten 1 und dem Kühlgas nimmt im Laufe des Verfahrens in dem Umfang ab, wie die Abkühlung der Substrate 1 fort schreitet.In the process, cooling gas, as indicated, circulated about 150 times / minute, ie cooled cooling gas is in the inlet opening 15 initiated, takes in the cooling channel 7 from the substrates 1 Heat up and leaves the cooling channel 7 over the exit opening 16 heated to below the cooling surfaces 12 , in particular in the gas return chamber 10 to release the absorbed heat again. The temperature difference between the substrates 1 and the cooling gas decreases in the course of the process to the extent that the cooling of the substrates 1 progresses.

Bei den angegebenen Größen, Temperaturen und Massen werden die Substrate 1 in etwa 45 Minuten auf die vorgegebene Temperatur von < 100°C abgekühlt. Der mit dem Verfahren erreichte hohe Wirkungsgrad wird insbesondere auch durch die beispielhaft hohe Umwälzgeschwindigkeit von etwa 150 mal/Minute erreicht, d. h. mit kleinen Zykluszeiten und hohen Geschwindigkeiten. Im übertragenen Sinn wird die von den Substraten abzuführende Wärmemenge von relativ wenig Kühlgas mit einer sehr hohen Zahl von kleinen Wärmemengen an die Kühlflächen abgegeben.At the indicated sizes, temperatures and masses become the substrates 1 cooled to the predetermined temperature of <100 ° C in about 45 minutes. The high efficiency achieved with the method is achieved in particular by the exemplary high circulation rate of about 150 times / minute, ie with small cycle times and high speeds. In a figurative sense, the heat dissipated by the substrates of relatively little cooling gas is delivered with a very large number of small amounts of heat to the cooling surfaces.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Substratesubstrates
22: Behandlungskammertreatment chamber
33: Achseaxis
44: Substratträgersubstrate carrier
55: Substratanordnungsubstrate assembly
66: Leitschirmwort
77: Kühlkanalcooling channel
88th: Zuführungseinrichtungfeeder
99: Umlenkblechbaffle
1010: Gas-RückströmkammerGas surge
1111: Umwälzpumpecirculating pump
1212: Kühlflächencooling surfaces
1313: Abschirmungshielding
1414: Sektorsector
1515: Einströmöffnunginflow
1616: Austrittsöffnungoutlet opening
1717: Anschlusseinrichtungconnecting device
1818: Druckrohrpressure pipe
1919: Abdeckungcover
2020: KühlmittelleitungCoolant line

Claims

Method for cooling substrates ( 1 ) in a treatment chamber ( 2 ), in which the substrates ( 1 ) are subjected to a treatment with heat input, whereby the substrates ( 1 ) as a substrate arrangement ( 5 ) on one axis ( 3 ) rotatable substrate carrier ( 4 ), characterized in that - the substrate arrangement ( 5 ) to the axis ( 3 ) radially outside and in a defined sector ( 14 ) is acted upon with a cooling gas, - wherein the cooling gas by means of a circulation pump ( 11 ) as a cooling gas flow parallel or radially-tangential to the axis ( 3 ) from one side of the defined sector ( 14 ) is conducted to the opposite side, - that the cooling gas flow from the outlet from the defined sector ( 14 ) into a gas reflux chamber ( 10 ), - that the cooling gas from the circulation pump ( 11 ) from the gas reflux chamber ( 10 ) is sucked off and - that the cooling gas at least outside the defined sector ( 14 ) Heat is removed via cooling surfaces.

A method according to claim 1, characterized in that the cooling gas via cooling surfaces on guide devices, in the gas return chamber ( 10 ) and / or via cooling surfaces in the region of the circulating pump ( 11 ) Heat is removed.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling gas is fluidized at the cooling surfaces by means of flow obstacles.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cooling gas flow at least in the region of the defined sector ( 14 ) is divided by means of guide devices into two or more cooling gas streams with the same or different flow rate.

Device for cooling substrates ( 1 ) in a treatment chamber ( 2 ), in which the substrates ( 1 ) are subjected to a treatment with heat input, whereby the substrates ( 1 ) as a substrate arrangement ( 5 ) on one axis ( 3 ) rotatable substrate carrier ( 4 ) are arranged, characterized in that - coaxial to the axis ( 3 ) and radially outside and parallel to the substrate arrangement ( 5 ) a parachute ( 6 ) is provided, the substrate arrangement ( 5 ) in a defined sector ( 14 ) is covered over in a planar manner, such that between the substrate arrangement ( 5 ) and the parachute ( 6 ) a gap as a cooling channel ( 7 ) with an inflow opening ( 15 ) and an exit opening ( 16 ) is formed, - that at the inlet opening ( 15 ) a feeding device ( 8th ), which is suitable Cooling gas in the cooling channel ( 7 ) and to the outlet ( 16 ), - that at the outlet ( 16 ) between the substrate assembly ( 5 ) and the treatment chamber ( 2 ) is provided, which directs the cooling gas into a gas reflux chamber ( 10 ) between the baffle ( 6 ) and the treatment chamber ( 2 ), that between the gas return chamber ( 10 ) and the feeding device ( 8th ) a circulation pump ( 11 ) is present, in such a way - that the cooling gas from the circulation pump ( 11 ) from the gas reflux chamber ( 10 ) and into the cooling channel ( 7 ) is blown and - that at least in the gas return chamber ( 10 ) and / or on the parachute ( 6 ) Cooling surfaces ( 12 ) are provided.

Apparatus according to claim 5, characterized in that on the wall of the treatment chamber ( 2 ) in the region of the gas reflux chamber ( 10 ) and / or in the area of the circulating pump ( 11 ) Cooling surfaces ( 12 ) available.

Device according to claim 5 or 6, characterized in that the substrate arrangement ( 5 ) outside the area of the baffle ( 6 ) at least partially of a shield ( 13 ) is enclosed.

Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the guide element a baffle ( 9 ) and that the feeder ( 8th ) and the baffle ( 9 ) in such a way opposite the guide screen ( 6 ) and the treatment chamber ( 2 ) are arranged so that the cooling gas flow parallel or radially-tangential to the axis ( 3 ) flat through the cooling channel ( 7 ) can be directed.

Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that in the cooling channel ( 7 ) and / or the gas return chamber ( 10 ) in the area of the cooling surfaces ( 12 ) Flow obstacles are present.

Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that the cooling channel ( 7 ) is divided in the flow direction into two or more separate individual cooling channels, which have a same or different flow cross-section.