DE102008026000A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung flächiger Substrate - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Beschichtung flächiger Substrate in einer Vakuumkammer, bei dem eine Schicht eines Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche des Substrats abgeschieden wird, wird vorgeschlagen, dass über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats ein erstes Prozessgas in die Vakuumkammer eingelassen wird, im Bereich der Schmalseiten des Substrats ein zweites Prozessgas in die Vakuumkammer eingelassen wird und während der Beschichtung Prozessgas von den Schmalseiten des Substrats her abgesaugt wird. Die Vorrichtung zur Beschichtung flächiger Substrate umfasst eine Vakuumkammer und in der Vakuumkammer eine Beschichtungseinrichtung, eine Transporteinrichtung sowie eine erste Gaszufuhreinrichtung zum Einlass eines ersten Prozessgases über der gesamten Breite deine zweite Gaszufuhreinrichtung zum Einlass eines zweiten Prozessgases im Bereich der Schmalseiten des Substrats, wobei im Arbeitsbereich der Beschichtungseinrichtung an mindestens einer Kammerwand der Vakuumkammer eine Saugöffnung und an der Saugöffnung mindestens eine Vakuumpumpe so angeordnet ist, dass der Vakuumpumpe eine Schmalseite des flächigen Substrats zugewandt ist.
Description
- Nachfolgend werden ein Verfahren zur Erzeugung und Aufrechterhaltung gleichmäßiger Druckverhältnisse in einer Vakuumbeschichtungsanlage bei der Beschichtung flächiger Substrate und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Unter flächigen Substraten sollen dabei scheiben- oder plattenförmige Substrate wie Glasscheiben, Solarzellen und dergleichen verstanden werden, die in ebener Anordnung nacheinander durch die Vakuumbeschichtungsanlage und dabei an einer Beschichtungseinrichtung, beispielsweise einer Sputterquelle, vorbei bewegt werden. Weiterhin sind mit flächigen Substraten bandförmige Substrate wie Stahlbänder usw., aber auch bahnförmige Substrate wie Folienbahnen usw, gemeint. Der nachfolgend verwendete Begriff der Vakuumbeschichtungsanlage schließt selbstverständlich Vorrichtungen ein, die weitere Behandlungseinrichtungen, beispielsweise Abtragungseinrichtungen wie Sputterätzer oder dergleichen, umfassen.
- Aus
DD 201 461 - Zur verbesserten Erzeugung und Aufrechterhaltung gleichmäßiger Druckverhältnisse in einer Vakuumbeschichtungsanlage wird bei einem Verfahren zur Beschichtung flächiger Substrate in einer Vakuumkammer, bei dem eine Schicht eines Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche des Substrats abgeschieden wird, vorgeschlagen, dass über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats ein erstes Prozessgas in die Vakuumkammer eingelassen wird, im Bereich der Schmalseiten des Substrats ein zweites Prozessgas in die Vakuumkammer eingelassen wird und während der Beschichtung Prozessgas von den Schmalseiten des Substrats her abgesaugt wird. Gegenüber bekannten Verfahren, bei denen zwischen den Beschichtungssektionen einer Vakuumbeschichtungsanlage Pumpsektionen vorgesehen sind, können letztere bei diesem Verfahren eingespart werden, wodurch die Vakuumbeschichtungsanlage deutlich kürzer gestaltet werden kann. Gleichzeitig wird eine gute Pumpleistung dadurch erreicht, dass die Hauptwirkungsrichtung der Vakuumpumpen parallel zur Substratebene und nicht wie sonst üblich senkrecht dazu verläuft.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassene Prozessgas ein Reaktivgas ist. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn ein reaktives Beschichtungsverfahren durchgeführt werden soll, beispielsweise wenn auf der Oberfläche des Substrats eine Metalloxidschicht Metallnitridschicht usw. dadurch hergestellt wird, dass von einem metallischen Target gesputtert wird und die abgestäubten Metallteilchen sich in der innerhalb der Vakuumkammer herrschenden Prozessatmosphäre mit dem Reaktivgas zu der gewünschten Metallverbindung verbinden bevor sich deren Teilchen zu einer Oberflächenschicht auf dem Substrat niederschlagen. Selbstverständlich kann jedoch das über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassene Prozessgas auch ein Inertgas sein, wenn dies für das durchzu führende Beschichtungsverfahren erforderlich ist.
- Das im Bereich der Schmalseiten des Substrats eingelassene Prozessgas kann ein Inertgas sein, und zwar unabhängig davon, welche Art von Prozessgas zwischen dem Substrat und der Beschichtungseinrichtung eingelassen wird. Eigene Versuche der Anmelderin haben ergeben, dass die Einleitung eines Prozessgases zusätzlich zu dem zwischen das Substrat und die Beschichtungseinrichtung eingeleiteten Prozessgas dazu führt, dass der im Innern der Vakuumkammer aufgrund der Wirkung der Vakuumpumpen entstehende Druckgradient (d. h. die Zunahme des Drucks mit wachsender Entfernung von der Saugöffnung) stark abgeschwächt wird. Bei geeigneter Gestaltung der verwendeten Vakuumbeschichtungskammer kann sogar erreicht werden, dass über der Breite des Substrats keinerlei Druckunterschied mehr messbar ist. Selbstverständlich kann das im Bereich der Schmalseiten des Substrats eingelassene Prozessgas auch ein Reaktivgas sein.
- In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Absaugung des über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassenen Prozessgases behindert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die Vakuumpumpen in erster Linie das zusätzlich eingelassene Prozessgas absaugen. Dies ist besonders dann von Nutzen, wenn sich das über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassene Prozessgas und das im Bereich der Schmalseiten des Substrats eingelassene Prozessgas unterscheiden.
- Zur Durchführung des Verfahrens wird die nachfolgend beschriebene Vorrichtung vorgeschlagen.
- Die Vorrichtung zur Beschichtung flächiger Substrate umfasst eine Vakuumkammer und in der Vakuumkammer eine Beschichtungseinrichtung, eine Transporteinrichtung sowie eine erste Gaszufuhreinrichtung zum Einlass eines ersten Prozessgases über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats und eine zweite Gaszufuhreinrichtung zum Einlass eines zweiten Prozessgases im Bereich der Schmalseiten des Substrats, wobei im Arbeitsbereich der Beschichtungseinrichtung an mindestens einer Kammerwand der Vakuumkammer eine Saugöffnung und an der Saugöffnung mindestens eine Vakuumpumpe so angeordnet ist, dass der Vakuumpumpe eine Schmalseite des flächigen Substrats zugewandt ist.
- In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Beschichtungseinrichtung mindestens eine quer zur Transportrichtung erstreckte, über ihre Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate angeordnete Beschichtungsquelle, beispielsweise eine lineare Magnetron-Sputterquelle, umfasst.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Gaszufuhreinrichtung mindestens einen quer zur Transportrichtung erstreckten, über seine Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate angeordneten ersten Gasverteiler umfasst, der über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats Gas abgibt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen flächenhaft ausgebildeten Gasverteiler handeln, der mit hoher Gleichmäßigkeit über einer Teiloberfläche des Substrats Gas abgibt. Alternativ kann der Gasverteiler annähernd linear wirken, d. h. entlang einer sich quer über das Substrat erstreckenden Linie Gas abgeben.
- Insbesondere bei annähernd linearen Beschichtungsquellen, d. h. Beschichtungsquellen, die sich über die Breite des Substrats erstrecken, jedoch in der Transportrichtung der Substrate nur eine geringe Ausdehnung aufweisen, kann es sinnvoll sein vorzusehen, dass in der Transportrichtung der Substrate gesehen vor und hinter jeder Beschichtungsquelle je ein erster Gasverteiler vorgesehen ist, d. h. ein Gasverteiler, der ein Prozessgas über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats abgibt.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass die zweite Gaszufuhreinrichtung mindestens einen im Bereich einer Schmalseite des Substrats und einer Saugöffnung angeordneten zweiten Gasverteiler umfasst, der im Bereich der Schmalseiten des Substrats Gas abgibt.
- Wenn das von den ersten und zweiten Gasverteilern abgegebene Gas unterschiedlich sein soll, beispielsweise weil über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats ein Reaktivgas benötigt wird und im Bereich der Schmalseiten des Substrats ein Inertgas abgegeben werden soll, kann weiter vorgesehen sein, dass die Gaszufuhreinrichtungen mindestens zwei getrennte Versorgungsanschlüsse zur Versorgung der ersten und zweiten Gasverteiler mit unterschiedlichen Gasen umfasst.
- Schließlich kann weiterhin vorgesehen sein, dass auf der dem Substrat zugewandten Seite eines vor einer Saugöffnung angeordneten zweiten Gasverteilers ein Strömungsleitelement angeordnet ist, um die Absaugung des über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats eingelassenen Prozessgases zu behindern und auf diese Weise zu erreichen, dass die Vakuumpumpen in erster Linie das zusätzlich eingelassene Prozessgas absaugen.
- Nachfolgend wird die beschriebene Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
-
1 eine Beschichtungssektion eine Vakuumbeschichtungsanlage im Querschnitt, und -
2 die Vakuumbeschichtungsanlage aus1 im Höhenschnitt. - In einer Vakuumkammer
1 sind eine Beschichtungseinrichtung, umfassend eine lineare Beschichtungsquelle4 , eine Transporteinrichtung, umfassend eine Anordnung von quer zur Transportrichtung angeordneten und in Lagerbänken51 drehbar gelagerten Transportwalzen5 , sowie eine erste Gaszufuhreinrichtung, umfassend zwei erste Gasverteiler2 mit je einem ersten Versorgungsanschluss21 und eine zweite Gaszufuhreinrichtung, umfassend zwei zweite Gasverteiler mit je einem zweiten Versorgungsanschluss31 , angeordnet. Die flächigen Substrate8 werden im Betrieb der Vorrichtung auf der Transporteinrichtung an der Beschichtungseinrichtung und den Gaszufuhreinrichtungen vorbeigeführt, wobei eine Schicht aus einem Beschichtungsmaterial auf der der Beschichtungseinrichtung zugewandten Seite der Substrate8 abgeschieden wird. - Die lineare Beschichtungsquelle
4 erstreckt sich über die gesamte Breite des Substrats8 , so dass die zu beschichtende Oberfläche des Substrats8 während des Transports vollständig beschichtet wird. Zur Schaffung einer homogenen Druckverteilung sind, in der Transportrichtung der Substrate8 gesehen, vor und hinter der Beschichtungsquelle4 , je ein erster Gasverteiler2 angeordnet, die sich ebenfalls linear über die gesamte Breite des Substrats8 erstrecken. - Beiderseits der Beschichtungsquelle
4 sind in den Wänden der Vakuumkammer1 Saugöffnungen61 vorgesehen, an welche Vakuumpumpen6 angeflanscht sind, so dass ihre Wirkungsrichtung parallel zur Transportebene der Substrate8 verläuft. Die zweiten Gasverteiler3 sind jeweils vor einer der Saugöffnungen61 angeordnet. Auf der jeweils der Saugöffnung61 gegenüberliegenden Seite der zweiten Gasverteiler3 ist ein Strömungsleitelement7 angeordnet, das die Wirkung der Vakuumpumpen in der Richtung der Substratebene behindert, so dass in erster Linie das durch die zweiten Gasverteiler3 eingeleitete Prozessgas abgesaugt wird. Dadurch wird die zwischen dem Substrat8 und der Beschichtungsquelle4 herrschende homogene Druckverteilung, die durch die ersten Gasverteiler2 erzeugt wird, nicht gestört. -
- 1
- Vakuumkammer
- 2
- erster Gasverteiler
- 21
- erster Versorgungsanschluss
- 3
- zweiter Gasverteiler
- 31
- zweiter Versorgungsanschluss
- 4
- Beschichtungsquelle
- 5
- Transportwalze
- 51
- Lagerbank
- 6
- Vakuumpumpe
- 61
- Saugöffnung
- 7
- Strömungsleitelement
- 8
- Substrat
- 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
-
- - DD 201461 [0002]
Claims (11)
- Verfahren zur Beschichtung flächiger Substrate (
8 ) in einer Vakuumkammer (1 ), bei dem eine Schicht eines Beschichtungsmaterials auf einer Oberfläche des Substrats (8 ) abgeschieden wird, wobei über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (8 ) ein erstes Prozessgas in die Vakuumkammer (1 ) eingelassen wird, im Bereich der Schmalseiten des Substrats (8 ) ein zweites Prozessgas in die Vakuumkammer (1 ) eingelassen wird und wobei während der Beschichtung Prozessgas von den Schmalseiten des Substrats (8 ) her abgesaugt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (
8 ) eingelassene erste Prozessgas ein Reaktivgas ist. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das im Bereich der Schmalseiten des Substrats (
8 ) eingelassene zweite Prozessgas ein Inertgas ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugung des über der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (
8 ) eingelassenen ersten Prozessgases behindert wird. - Vorrichtung zur Beschichtung flächiger Substrate (
8 ), umfassend eine Vakuumkammer (1 ) und in der Vakuumkammer (1 ) eine Beschichtungseinrichtung, eine Transporteinrichtung sowie eine erste Gaszufuhreinrichtung zum Einlass eines ersten Prozessgases über der gesamten Breite der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats (8 ) und eine zweite Gaszufuhreinrichtung zum Einlass eines zweiten Prozessgases im Bereich der Schmalseiten des Substrats (8 ), wobei im Arbeitsbereich der Beschichtungseinrichtung an mindestens einer Kammerwand der Vakuumkammer (1 ) eine Saugöffnung (61 ) und an der Saugöffnung (61 ) mindestens eine Vakuumpumpe (6 ) so angeordnet ist, dass der Vakuumpumpe (6 ) eine Schmalseite des flächigen Substrats (8 ) zugewandt ist. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungseinrichtung mindestens eine quer zur Transportrichtung erstreckte, über ihre Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate (
8 ) angeordnete Beschichtungsquelle (4 ) umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gaszufuhreinrichtung mindestens einen quer zur Transportrichtung erstreckten, über seine Länge gesehen parallel zur Transportebene der Substrate (
8 ) angeordneten ersten Gasverteiler (2 ) umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Transportrichtung der Substrate (
8 ) gesehen vor und hinter jeder Beschichtungsquelle (4 ) je ein erster Gasverteiler (2 ) vorgesehen ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gaszufuhreinrichtung mindestens einen im Bereich einer Schmalseite des Substrats (
8 ) und einer Saugöffnung (61 ) angeordneten zweiten Gasverteiler (3 ) umfasst. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei getrennte Versorgungsanschlüsse (
21 ,31 ) zur Versorgung der ersten und zweiten Gaszufuhreinrichtung mit unterschiedlichen Gasen vorgesehen sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Substrat (
8 ) zugewandten Seite eines vor einer Saugöffnung (61 ) angeordneten zweiten Gasverteilers (3 ) ein Strömungsleitelement (7 ) angeordnet ist.
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