DE102009011495A1

DE102009011495A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Substraten unter Verwendung einer Gasseparation

Info

Publication number: DE102009011495A1
Application number: DE102009011495A
Authority: DE
Inventors: Andrej Wolf; Matthias Klooss; Matthias Dr. Smolke; Johannes Dr. Strümpfel; Hubertus Von Der Waydbrink; Lutz Gottsmann
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-03-07
Also published as: DE102009011495B4

Abstract

Es werden Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung flacher Substrate (6) beschrieben, wobei ein Substrat (6) durch eine Vakuumanlage transportiert und dabei behandelt wird und eine Gasseparation mittels eines Strömungswiderstands (11) erfolgt. Zur platz- und energiesparenden Realisierung der Gasseparation auch für hohe Gasseparationsfaktoren und einer Erwärmung von Substraten (6) in der Anlage wird ein Substrat (6) innerhalb des Strömungswiderstands (11) mittels dessen Wandung (10) einer Erwärmung unterzogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung flacher Substrate im Vakuum, indem ein Substrat in einer Substratebene in Transportrichtung durch zumindest ein Kompartment, in welchem die Substratbehandlung ausgeführt wird und das nachfolgend als Behandlungskompartment bezeichnet ist, einer Vakuumanlage transportiert und dabei behandelt wird. Dabei wird in einem weiteren, vor oder nach dem Behandlungskompartment angeordneten Kompartment eine Gasseparation mittels eines kanalartigen Strömungswiderstands realisiert. Der Strömungswiderstand ist gebildet durch eine der Substratebene gegenüber liegende Wandung oder durch zwei sich gegenüber liegende Wandungen oder oder durch zwei sich beidseitig der Substratebene gegenüber liegende Wandungen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vakuumanlage zur Durchführung des Verfahrens. Die Vakuumanlage umfasst eine Transportvorrichtung zum Transport von Substraten in einer Substratebene in Transportrichtung durch die Anlage und weist zumindest ein Behandlungskompartment mit einer Einrichtung zur Behandlung der Substrate auf. Vor oder nach dem Behand lungskompartment ist ein weiteres Kompartments zur Gasseparation mittels Strömungswiderstand angeordnet.
Unterschiedlichste flache Substrate, beispielsweise für Architektur- oder Photovoltaikanwendungen werden verschiedenen Behandlungen unterzogen. Als Behandlung sollen hier die bekannten modifizierenden, additiven und substraktiven Behandlungen verstanden sein, d. h. Prozesse, bei denen das Substrat oder auf dem Substrat vorhandene Schichten strukturell oder energetisch verändert, Material auf dem Substrat abgeschieden oder vom Substrat entfernt wird. Neben der Substratbeschichtung mit verschiedenen Schichten und Schichtsystemen sind darunter beispielsweise Plasmabehandlungen oder Sputterätzen zu verstehen. Die Behandlung erfolgt dabei in einem Durchlauf und damit in Vakuumfolge, wobei verschiedene Behandlungen nacheinander in einem Durchlauf erforderlich sein können.
Als Kompartment einer Vakuumanlage wird allgemein eine der möglichen funktionellen Einheiten verstanden, die in einer Durchlaufanlage in Transportrichtung aufeinander folgend miteinander verbunden sind. Mittels solcher funktioneller Einheiten werden beispielsweise verschiedene Substratbehandlungen, die Evakuierung oder die Gasseparation realisiert. Sie sind durch Trennwände voneinander getrennt, die in Substratebene Schlitze aufweisen, durch welche die Substrate transportiert werden. Die Trennwände weisen häufig auch verschließbare Saugöffnungen auf, durch welche eine Evakuierung eines benachbarten Kompartments möglich ist. Je nach Konditionierung der Vakuumanlage können Kompartments oberhalb oder unterhalb oder, zur beidseitigen Substratbehandlung, beiderseits der Substratebene angeordnet sein.
Zur Behandlung werden Substrate durch eine längserstreckte Vakuumanlage mit einer Folge solcher Kompartments bewegt und in einem oder mehreren Behandlungskompartments, welche entsprechende Einrichtungen, wie z. B. Beschichtungsquellen aufweisen, behandelt. Diese Behandlungskompartments werden mittels Vakuumpumpen direkt oder über benachbarte Kompartments indirekt evakuiert.
In den Behandlungskompartments wie gezielt eine Prozessgasatmosphäre eingestellt, die durch einen auf den Behandlungsprozess abgestimmten Druck und gegebenenfalls auch durch eine definierte Zusammensetzung, beispielsweise bei einem reaktiven Beschichtungsvorgang, charakterisiert ist. Diese Prozessgasatmosphäre kann von der Atmosphäre eines benachbarten Kompartments abweichen, beispielsweise der Atmosphäre in einem Kompartment, welches an eine Schleusenkammer angrenzt, oder der Prozessgasatmosphäre des nächsten Behandlungskompartments. Die erforderliche Prozessgasversorgung eines Behandlungskompartments wird durch Gaseinlass- und Pumpeinrichtungen realisiert. Dadurch wird es möglich, für jede einzelne Behandlung, entsprechend den zu realisierenden Eigenschaften Prozessgaszusammensetzungen einzustellen und zu regeln.
Zwischen solchen benachbarten Kompartments, deren Atmosphäre derart voneinander abweichen, dass eine gegenseitige Beeinflussung vermieden werden muss, insbesondere zwischen zwei Behandlungskompartments, die aus technologischen Gründen mit stark unterschiedlichen Gaszusammensetzungen betrieben werden, ist eine Entkopplung der Gaszusammensetzungen (Gasseparation) erforderlich. Das Partialdruckverhältnis zweier, in Transportrichtung aufeinander folgender Kompartments wird als Gasseparationsfaktor bezeichnet. Der Gasseparationsfak tor definiert den Entkopplungsgrad der zu trennenden Kompartments und ist umso größer, je stärker sich die Zusammensetzung der Atmosphären beider Behandlungskompartments voneinander unterscheidet.
Die Gasseparation wird regelmäßig durch ein oder mehrere gesonderte Kompartments realisiert. Diese sind häufig mit Pumpeinrichtungen bestückt (Pumpkompartments) oder weisen einen Strömungswiderstand auf, wie in der DE 10 2004 021 734 A1 beschrieben. Strömungswiderstände sind durch niedrige Kanäle in Transportrichtung der Substrate gebildet, durch die Substrate bewegt werden und die sich über größere Abschnitte erstrecken, meist in der Länge eines oder mehr Pumpkompartments. Die Kanäle werden je nach Art des Substrats entweder durch das Substrat selbst und eine dem Substrat gegenüber liegende Wandung gebildet, wobei es unerheblich ist, ob die Wandung einstückig ist oder aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist. Oder es werden beidseitig der Substratebene Wandungen angeordnet. Letztere Ausführung wird insbesondere bei kleinstückigen Substraten oder bei unterseitiger Behandlung der Substrate eingesetzt.
Aufgrund der Druckverhältnisse in den benachbarten Kompartments der Vakuumanlage und der geringen Höhe sowie der Länge der Kanäle wird ein Gasaustausch zwischen den beiderseits angrenzenden Kompartments verhindert. Die Gasseparation durch Strömungswiderstände kann passiv, d. h. allein durch die Verhinderung eines Gasaustausches durch den Kanal, oder aktiv erfolgen. In letzterem Fall werden auch die Kanäle von Strömungswiderständen abgepumpt. Nachfolgend werden die Kanäle eines Gasseparationskompartments, welche zur Erzeugung eines Strömungswiderstandes dienen, als Strömungswiderstände bezeichnet.
Effizient wirkende Gasseparationen werden einerseits durch die Geometrie der Strömungswiderstände und andererseits durch die Saugleistung der direkten oder indirekten Vakuumanschlüsse der zu entkoppelnden Behandlungskompartments bestimmt. Die Strömungswiderstände weisen derzeit Längen von mehreren 100 mm und Höhen im Bereich von 10 bis 50 mm, meist 20 bis 30 mm und gemessen von der Substratebene bis zur darüber liegenden Wandung des Strömungswiderstands, auf. Derart bauliche Maßnahmen, die typischer Weise bei Gasseparationsfaktoren von 10 und mehr notwendig werden, erhöhen insbesondere bei der Entkopplung zwischen verschiedenen reaktiven Beschichtungsprozessen sowie bei komplexen Schichtsystemen die Baulänge von Vakuumanlagen sowie den Herstellungsaufwand, beispielsweise durch einen erhöhten Pumpeneinsatz.
Auf die Baulänge und damit die Anschaffungs- und Betriebskosten einer Vakuumanlage haben des Weiteren zusätzliche Behandlungsschritte des Substrats oder bereits abgeschiedener Teilschichten einen nicht unerheblichen Einfluss. So ist häufig die Erwärmung eines beschichteten oder unbeschichteten Substrats erforderlich, um die gewünschten Schichteigenschaften zu erzielen. Neben den damit erforderlichen weiteren Behandlungsstationen im Verlauf der Beschichtungsanlage ergeben sich aus dem thermischen Verhalten der erwärmten Substrate, wie deren Verbiegen und Ausdehnung sowie aus möglicher Verbiegung und Verwerfung von Bauteilen der Beschichtungsanlage erhöhte Anforderungen, so dass sowohl der Geometrie der Strömungswiderstände als auch der Pumpleistung bei aktiver Gasseparation Grenzen gesetzt sind.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine im Durchlaufprinzip arbeitende Vakuumanlage anzugeben, mit denen eine Gasseparation und die Erwärmung von Substraten platz- und energiesparend auch für hohe Gasseparationsfaktoren realisiert werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe werden Gasseparation und Erwärmung eines Substrats miteinander verbunden, indem das Substrat behandelt wird, während es sich in einem Strömungswiderstand befindet. Die Erwärmung des im Strömungswiderstand befindlichen Substrats erfolgt dabei mittels der Wandung des Strömungswiderstands. Als Erwärmung eines Substrats soll dessen Erhöhung der Temperatur verstanden sein und sofern technologisch erforderlich auch die Aufrechterhaltung der Temperatur über einen definierten Zeitraum oder ein innerhalb eines Strömungswiderstands realisierbares variables Temperatur-Zeit-Regime.
Mit dem angegebenen Verfahren ist es möglich, bereits durch die Einsparung eines der Erwärmung dienenden separaten Kompartments die Länge einer Vakuumanlage zu verkürzen. Gleichzeitig oder alternativ ist es möglich, Erwärmungen auch bei schnellem Aufheizen auf hohe Temperaturen zu realisieren, wie es beispielsweise für die Beschichtung mit photoaktiven Schichtsystemen erforderlich ist. Denn aufgrund der höheren Effizienz der Erwärmung wegen des geringen Abstandes zwischen der Wandung als Wärmequelle und dem Substrat innerhalb eines Strömungswiderstands ist es beispielsweise möglich, den zur Erwärmung des Substrats erforderlichen Weg zu verkürzen.
Eine Verkürzung der Anlagenlänge und ebenso eine Beschleunigung der Aufheizens der Substrate ermöglichen insbesondere auch eine Verkürzung der Anlagen-Zyklus-Zeit, d. h. der Zeit, in welcher ein Substrat oder ein Folge von Substraten einen Beschichtungsabschnitt durchläuft und damit ein nächstes Substrat oder eine nächste Folge von Substraten in die Vakuumanlage eingeschleust werden kann.
Eine Erwärmung der Substrate innerhalb eines Strömungswiderstandes verbessert darüber hinaus wegen des separaten Volumens innerhalb des Kompartments die Entkopplung der Substrattemperatur und der Umgebungstemperatur. Auch dieser Effekt wirkt sich positiv auf die Effizienz der Erwärmung aus.
Eine Erwärmung über eine Wandung eines Strömungskanals ist sowohl in der aktiven als auch in der passiven Gaseparation möglich. Bei der aktiven Gasseparation wird der Strömungskanal selbst über Verbindungen, wie Saugöffnungen zu einem Saugraum, alternativ auch mittels eigener Vakuumanschlüsse evakuiert. Die aktive Gasseparation wird insbesondere bei höheren Absolutdrücken, höheren Druckdifferenzen zwischen den jeweils angrenzenden Kompartments sowie bei höheren Anforderungen an die Gasseparation eingesetzt.
Die passive Gasseparation erfolgt nur durch die beidseitig des Strömungswiderstands anliegenden geringen Drücke, bei denen aufgrund der geringen Partikeldichte keine Gasströmung mehr möglich ist und die Partikelbewegung durch deren thermische Bewegung bestimmt wird. Der Strömungswiderstand weist keinen eigenen Vakuumanschluss oder keine eigene Saugöffnung auf.
Die Substraterwärmung kann entsprechend verschiedener Ausgestaltungen des Verfahrens entweder indirekt oder direkt erfolgen. In ersterem Fall wird die Wandung des Strömungswiderstands je nach einzustellender Substrattemperatur und gegebenenfalls der Dauer der Erwärmung mittels eines über der Wandung und damit außerhalb des Strömungswiderstands angeordneten Heizelements als Wärmestrahlungsquelle beheizt. Die Wandung dient dabei als Wärmestrahlungsquelle zur Erwärmung des Substrats.
Zur Heizung der Wandung sind die bekannten Wärmestrahlungsquellen, wie beispielsweise Flächenheizer, Quarzglasstrahler oder Mantelrohrheizer verwendbar. Auch gestattet diese Ausführung die Umrüstung vorhandener, mit derartigen Heizelementen ausgerüsteter Vakuumanlagen.
Zur direkten Substraterwärmung wird entweder die Wandung des Strömungswiderstands vergleichbar der beschriebenen indirekten Methode geheizt, indem ein Heizelement in der Wandung integriert ist, oder ein in der Wandung integriertes Heizelement ist derart ausgeführt und dem Substrat zugewandt, dass dessen Wärmestrahlung das Substrat unmittelbar erwärmt. Die Verwendung dieser beiden Ausgestaltungen des Verfahrens hängen von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise von der Temperatur und dem Temperaturregime, von der Temperaturverteilung über der Substratfläche und vielem mehr. Während im ersteren Fall dem Substrat eine homogenere Wärmequelle gegenüber liegt, erhöht die zweite Variante die Dynamik der Erwärmung und gestattet auch eine inhomogene Temperaturverteilung auf dem Substrat oder innerhalb des Kanals. Auch ist damit eine differenzierte abschnittsweise Substraterwärmung innerhalb des Kanals möglich. Beide Ausgestaltungen des Strömungswiderstands gestatten gleichermaßen einen Einbau in bestehende Vakuumanlagen.
Diese verschiedenen Ausgestaltungen der Substraterwärmung sind sowohl mit einem Strömungswiderstand realisierbar, der aus nur einer, der Substratebene gegenüber liegenden Wandung gebildet ist, als auch durch beidseitig der Substratebene angeordnete Wandungen. Ebenso stellen die Darlegungen zum Verfahren und zur Ausführung eines Strömungswiderstandes keine Beschränkung auf ein Kompartment oberhalb der Substratebene dar. Die beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung sind in gleicher Weise auf Kompartments unterhalb der Substratebene anwendbar. Nachfolgend soll die Erfindung anhand einer, der Substratebene und damit dem Substrat gegenüber liegenden Wandung erläutert werden. Unter Berücksichtigung der möglichen gegenseitigen Beeinflussung der erwärmten Wandung und der damit zu erzielenden Temperaturverteilung im Substrat sind die beschriebenen Verfahren und Ausgestaltungen einer Wandung des Strömungswiderstandes auch auf zwei Wandungen anwendbar.
In vergleichbarer Weise ist es auch möglich nur einen Abschnitt des Strömungswiderstandes zur Substraterwärmung zu verwenden, je nach Anforderungen der im Strömungswiderstand zu realisierenden Gasseparation und damit verbunden der Länge des Strömungswiderstands sowie entsprechend der auszuführenden Erwärmung.
Die beschriebenen Verfahren sowie die Ausgestaltungen der Heizelemente zur Erwärmung der Wandung und/oder des Substrats sind entsprechend einer Ausgestaltung der Wandung durch die Verwendung von keramischen Materialien realisierbar, da bekanntermaßen sowohl die thermischen als auch die elektrischen Eigenschaften von Keramik mittels deren Zusammensetzung sehr differenziert einstellbar sind.
So gestatten beispielsweise Keramikwandungen mit sehr guter Wärmeleitung einen sehr guten Wärmedurchgang von einem über der Wandung angeordneten Heizelement auf das Substrat unter Ausnutzung der über die Fläche homogenisierenden Wirkung infolge lateraler Wärmeausbreitung innerhalb der Wandung.
Einen vergleichbaren Effekt bietet auch die Integration eines Heizelements in der Wandung, welches infolge seiner Konditionierung, Lage und seines thermischen Kontakt zum Material der Wandung der primären Heizung der Wandung dient. Mit dieser Ausgestaltung der Wandung eines Strömungswiderstandes können Verluste an und Beeinflussungen auf umgebende Komponenten der Vakuumanlage vermindert und die Erwärmung optimiert werden. Als Integration in der Wandung soll dabei verstanden sein, dass das Heizelement mit der Wandung eine Einheit bildet, so dass davon z. B. die Ausführung der Wandung selbst als Heizer, deren Aufnahme von geeigneten Heizelementen in ihrer Struktur oder das Aufbringen eines Heizelements auf der Oberfläche der Wandung beispielsweise als Folienheizer umfasst sind.
Wird das in der Wandung integrierte Heizelement auf der dem Substrat zugewandten Seite angeordnet, beispielsweise durch einen Folienheizer, ist eine direkte Wärmestrahlung auf das Substrat möglich. Obwohl die gleichzeitige Heizung der Wandung unbedenklich für Erwärmung des Substrats ist, kann z. B. durch eine thermische Entkopplung durch schlecht wärmeleitendes Wandungsmaterial oder eine an das Heizelement angrenzende, thermisch isolierende Schicht dieser Effekt vermindert werden.
Für die Integration eines Heizelements in einer keramischen Wandung bietet deren Herstellung durch Sinterung gute Voraussetzungen. So gestattet die Sinterung sowohl den Einbau konventioneller Heizelemente, wie beispielsweise von Mantelrohrstrahlern als auch die Herstellung integraler Heizelemente z. B. als komplexe Leiterbahnstruktur innerhalb einer dünnen Schicht, indem die entsprechenden Heizelemente während des Herstellungsprozesses der Keramik eingelegt und mitgesintert werden. So sind Wandungen als vollkeramische Heizelemente aus kombinierter Isolations- und Leiterkeramik herstellbar.
Die Verwendung von keramischem Material für die Wandung des Strömungswiderstands bietet neben den möglichen Arten der Heizung von Wandung und/oder Substrat auch hinsichtlich der geometrischen Gestaltung Vorteile. So treten bei einer keramischen Wandung nur geringe, thermisch bedingte Verwerfungen auf, so dass der Abstand der Wandung zur Substratebene verringert werden kann, ohne dass selbst bei hohen Temperaturen im Strömungswiderstand der Transportweg der Substrate nicht gestört wird. Damit ist es möglich, die Effizienz der Gasseparation zu verbessern, so dass unter anderem die Möglichkeit der Verkürzung des Strömungswiderstandes besteht, soweit es das Konzept der Vakuumanlage zulässt. Die Verbesserung der Effizienz der Gasseparation verbessert ebenso die Möglichkeiten der Aufeinanderfolge von Kompartments unterschiedlicher Atmosphäre.
Thermische Verwerfungen der Wandung des Strömungswiderstands können darüber hinaus auch durch deren Aufbau aus mehreren Schichten vermindert werden, wobei die Möglichkeit der Kombination mit einem Schichtenaufbau zur Herstellung gezielter elektrischer und/oder thermischer Eigenschaften, wie oben beschrieben, besteht. Ein solcher schichtartiger Aufbau ist jedoch keinesfalls auf keramische Materialien beschränkt. Vielmehr gestattet eine solche Ausführung auch die Verwendung anderer Materialien bei gleichzeitiger Nutzung einiger oben für keramische Wandungen beschriebener Nutzen.
Eine Modifizierung der Struktur zumindest der im Strömungswiderstand liegenden Oberfläche der Wandung kann eine weitere Effektivierung der Gasseparation bewirken, sofern entsprechend einer weiteren Ausgestaltung eine solche Struktur erzeugt wird, die geeignet ist, im Strömungswiderstand vorhandene Partikel an die Wandungsoberfläche zu binden. Dies ist beispielsweise durch eine Beeinflussung der Grenzflächenenergie mittels Aktivierungsprozesse oder durch eine gezielt eingestellte Oberflächenrauheit möglich. Derartige Modifizierungen, insbesondere eine raue Oberflächenstruktur sich auf die im Strömungswiderstand auftretenden und zu bindenden Partikel abzustimmen, gegebenenfalls durch Versuche zu optimieren. Solche Oberflächenmodifikationen sind auf die verschiedensten Wandungsmaterialien anwendbar, insbesondere auf keramische Materialien gut anwendbar.
Die Erwärmung von Substraten in einem Strömungswiderstand mittels dessen Wandung bietet des weiteren den Vorteil, sowohl die Gasseparation als auch die auf das Substrat einwirkende Wärmemenge durch das Einstellen des Abstandes zwischen der Wandung und der Substratebene und damit dem in dieser Ebene transportierten Substrat zu variieren. Ist dies bei geschlossener Anlage und damit im laufenden Betrieb möglich, ist ein Einstellen anhand aktueller Sensorwerte unter Betriebsbedingungen, ein Tuning, und ebenso eine Regelung möglich.
Wie eingangs beschrieben ist ein Strömungswiderstand zur Gasentkopplung an den verschiedensten Positionen einer Vakuumanlage und in den verschiedensten Verfahrensabschnitten im Durchlauf durch eine Vakuumanlage möglich. Gleiches trifft auch für die Erwärmung von Substraten zu, so dass die beschriebene geheizte Gasseparation sehr variabel einsetzbar ist. Beides kann beispielsweise auch in einer der Substratschleusung dienenden Kammer verwendet werden. Der variable Einsatz wird unterstützt durch die Möglichkeit, beide Funktionen eines Strömungswiderstandes separat und variabel zu nutzen und gegebenenfalls auch den Abstand der Wandung zum Substrat einzustellen.
Aufgrund der effektiven Gasseparation und gleichzeitig effektiven Erwärmung eines Substrats sind die oben beschriebenen Vorteile eines solchen Strömungswiderstands bei seiner Verwendung insbesondere vor oder nach einem Beschichtungskompartment oder zwischen zweien nutzbar.
Ob eine Erwärmung eines Substrats im Strömungswiderstand während dessen Bewegung oder Stillstand erfolgt, ist zum einen abhängig vom Transportmodus im betreffenden Abschnitt der Vakuumanlage, wobei zwischen zwei Beschichtungskompartments aufgrund des dort üblicherweise kontinuierlichen Substrattransports eine Erwärmung des bewegten Substrats erfolgt. Gleichermaßen kann jedoch auch in Gasseparationskompartments, in denen ein diskontinuierlicher Substrattransport erfolgt, beispielsweise im Anschluss an eine Schleuse der Vakuumanlage, die Erwärmung an einem unbewegten Substrat erfolgen. Zum anderen kann auch die Art der Erwärmung, beispielsweise deren Dauer, erfordern, dass ein Substrat längere Zeit im Strömungswiderstand verbleibt und zu diesem Zweck die Bewegung unterbrochen wird. Auch eine kurzzeitige Bewegungsumkehr ist grundsätzlich möglich, sofern es das Transportsystem sowie der Transportablauf vor und hinter dem Strömungswiderstand gestatten, beispielsweise durch eine Pufferzone.
Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen der Vakuumbeschichtung näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
1A ein Gasseparationskompartment mit Strömungswiderstand und mit einem separaten Heizelement zur Erwärmung der Wandung;
1B ein Gasseparationskompartment mit Strömungswiderstand und mit einem in dessen Wandung integriertem Heizelement;
2A zwei benachbarte und zwischen zwei Beschichtungskompartments angeordnete Gasseparationskompartments mit jeweils einem Strömungswiderstand und einem separaten Heizelement zur Erwärmung der Wandung;
2B zwei benachbarte und zwischen zwei Beschichtungskompartments angeordnete Gasseparationskompartments mit jeweils einem Strömungswiderstand und einem in dessen Wandung integriertem Heizelement und
3 eine Gasseparationskompartment mit Strömungswiderstand, der aus zwei, beidseitig der Substratebene angeordnetete Wandungen gebildet ist.
In den nachfolgenden Darlegungen sind zur besseren Übersicht gleiche strukturellen Merkmale der Vakuumanlage mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Gasseparationskompartment 1 gemäß 1A wird durch die Außenwände 2 einer Kammer einer Vakuumanlage, von denen aufgrund der Schnittdarstellung nur die obere und untere dargestellt sind, sowie durch die Kammer in nacheinander liegende Kompartments 3 unterteilende Trennwände 4 gebildet. Die Trennwände 4 weisen in der Substratebene 5, in welcher Substrate 6 durch das Gasseparationskompartment 1 und jedes weitere Kompartment 3 der Vakuumanlage transportiert wird, Schlitze 7 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden aufeinanderfolgende Substrate 6 fortlaufend durch die Vakuumanlage transportiert. Der Transport erfolgt mittels eines geeigneten Transportsystems 8 in Transportrichtung 9.
Der horizontalen Substratebene 5 liegt oberhalb eine durchgehende Wandung 10 mit einem solchen Abstand gegenüber, dass das Substrat 6 gerade noch ungehindert darunter hindurch transportiert werden kann. Die nur durch geringe Abstände zwischen den einzelnen Substraten 6 unterbrochene Fläche bildet gemeinsam mit der Wandung 10 bereits einen Strömungswiderstand 11. Dieser wird ergänzt durch Wandungsabschnitte 20, die unterhalb der Substratebene 5 zwischen den Rollen des Transportsystems 8 so angeordnet sind, dass sie die Lücken zwischen den Rollen nahezu schließen und nur einen geringen Abstand zum Substrat 6 aufweisen. Die Evakuierung dieser Zwischenräume erfolgt gemeinsam mit dem Volumen oberhalb des Substrats 6 über zwischen den Substraten 6 und seitlich davon. Auch wenn diese Zwischenräume keinen Kanal wie der Strömungswiderstand 11 oberhalb des Substrats 6 bilden, ergänzen sie dessen Wirkung auch unterhalb des Substrats 6.
Die Wandung 10 wird durch zwei Heizelemente 12, die oberhalb der Wandung 10 und damit außerhalb des Strömungswiderstands 11 angeordnet sind, mittels Wärmestrahlung auf eine solche Temperatur geheizt, die zur Erwärmung der im Strömungswiderstand 11 befindlichen Substrate 6 erforderlich ist. Die Erwärmung des Substrats 6 erfolgt somit indirekt über die erwärmte Wandung 10. Ergänzend, gegebenenfalls auch alternativ kann das Substrat 6 auch durch die Wandungsabschnitte 20 erwärmt werden, welche durch weitere, unterhalb des Transportsystems 8 angeordnete Heizelemente 12 geheizt werden können.
Das dargestellte Gasseparationskompartment 1 weist in den beiden Trennwänden 4 oberhalb der Schlitze 7 zum Substrattransport Saugöffnungen 17 auf. Der durch die beiden Trennwände 4 und die Wandung 10 gebildete Raum innerhalb des Gasseparationskompartments 1 wird durch ein vertikales Element 13 in zwei Saugräume 15 unterteilt. Mittels Vakuumpumpen 16, die in der oberen Außenwand 2 der Kammer an jedem der beiden Saugräume 15 angeordnet sind, werden die Saugöffnungen 17 in den Trennwänden 4 benachbarte Kompartments 3 evakuiert. Folglich fungiert das Gasseparationskompartment 1 gleichzeitig als Pumpkompartment für die benachbarten Kompartments 3.
Der Strömungswiderstand 11 weist keinen Vakuumpumpenanschluss auf. Die Gasseparation erfolgt in 1A folglich passiv, d. h. ohne Vakuumanschluss oder Saugöffnung 17 in einer Wandung 10. Der langgestreckte, durch Substrat 6 und Wandung 10 gebildete Kanal verhindert bei diesen Druckverhältnissen einen Druck- oder Gasaustausch zwischen den beiden, zum Gasseparationskompartment 1 benachbarten Kompartments 3.
In 1B ist ein Gasseparationskompartment 1 dargestellt, das den gleichen grundsätzlichen Aufbau wie jenes von 1A aufweist. Hinsichtlich der übereinstimmenden Komponenten und Funktionen wird deshalb auf die Darlegungen zu 1A verwiesen.
Das Gasseparationskompartment gemäß 1B unterscheidet sich lediglich durch die Art der Erwärmung des Substrats 6 von dem in 1A. Die Erwärmung erfolgt direkt, indem in die Wandung 10 des Strömungswiderstands 11 ein Heizelement (nicht näher dargestellt) integriert ist, welches die Substrate 6 unmittelbar durch Wärmestrahlung erwärmt. Ein Heizelement, welches die Wandung 10 heizt und darüber die Substrate 6 erwärmt, würde in gleicher Weise dargestellt sein.
Die Wandung 10 besteht aus keramischen Platten, in deren Isolationskeramik die Heizelemente durch Leiterbahnen aus leitfähiger Keramik ausgebildet sind. Die Platten weisen eine Stärke von einigen Millimetern Dicke auf und sind einstückig. Alternativ können die Platten auch aus mehreren Abschnitten mittels geeigneter Rahmen- oder Trägerkonstruktionen zusammengesetzt sein. Die Stromanschlüsse der Leiterbahnen sind durch einen thermisch stabilen Isolator vor unbeabsichtigter Beschichtung und elektrischen Überschlägen geschützt.
Die Erwärmung der Substrate 6 erfolgt optional zum Zweck der gleichmäßigen Erwärmung gleichzeitig durch Wandungsabschnitte 20 zwischen den Rollen des Transportsystems 8 mittels weiterer Heizelemente 12, die unterhalb des Transportsystems 8 angeordnet sind.
In den 2A und 2B sind zwei benachbarte Gasseparationskompartments 1 mit jeweils einem, wie zu 1A beschriebenen Strömungswiderstand 11 zwischen zwei Kompartments 3 angeordnet, die als Einrichtung 18 zur Behandlung der Substrate 6 Beschichtungsquellen 18 aufweisen, so dass diese Behandlungskompartments 19 als Beschichtungskompartments 19 fungieren. Als Beschichtungsquellen 18 sind Rohrmagnetrons dargestellt zur Beschichtung mittels Sputtern. Alternativ sind auch andere Beschichtungsquellen auch für andere Beschichtungsprozesse möglich.
Auch hier erfolgt die Evakuierung der benachbarten Beschichtungskompartments 19 über Vakuumpumpen 16, die an den Saugräumen 15 der Gasseparationskompartments 1 angeschlossen sind, welche unmittelbar an die Beschichtungskompartments 19 grenzen. Die Saugöffnungen 17 in der Trennwand 4 zwischen den beiden Gassseparationskompartments 1 ist verschlossen, so dass die beiden an diese Trennwand 4 angrenzenden Saugräume 15 voneinander und von den benachbarten Beschichtungskompartments 19 getrennt sind. Diese Saugräume 15 dienen der Evakuierung der beiden Strömungswiderstände 11, so dass mittels dieser Gasseparationskompartments 1 eine aktive Gasseparation erfolgt.
Zur Evakuierung der Strömungswiderstände 11 weisen auch deren Wandungen 10 Saugöffnungen 17 auf. Die Erwärmung der Substrate 6 erfolgt in 2A indirekt über Heizelemente 12, wie vergleichbar zu 1A oberhalb der Wandungen 10 und damit in den Saugräumen 17 zur Erwärmung der Wandungen 10 angeordnet sind. Insofern wird wiederum auf die Darlegungen zu 1A verwiesen. Die Option der Erwärmung durch Wandungsabschnitte 20 ist auch hier dargestellt.
2B stellt eine vergleichbare Anordnung von zwei in Transportrichtung 9 aufeinander folgenden Gasseparationskompartments 1 mit aktiver Gasseparation dar, wie zuvor zu 2A beschrieben. Insoweit wird auf die dortigen Darlegungen verwiesen. Im Unterschied zu 2A erfolgt die Erwärmung der Substrate 6 direkt über Heizelemente (nicht näher dargestellt) in den Wandungen 10 der Strömungwiderstände 11, wie zu 1B beschrieben. Eine Erwärmung über Wandungsabschnitte 20 ist im Ausführungsbeispiel nach 2B nicht integriert.
Zur Beschichtung eines Substrats 6 wird dieses, in der Darstellung gemäß 2B in einer fortlaufenden Reihe vieler Substrate 6, mittels des Transportsystems 8 in der Substratebene 5 durch die gesamte Vakuumanlage transportiert. Die Tranportrichtung 9 ist in den Zeichnungen durch einen Pfeil dargestellt.
Während eines Durchlaufs wird ein Schichtsystem, bestehend aus zumindest zwei Teilschichten auf dem Substrat 6 abgeschieden. Die Abscheidung der Teilschichten erfolgt nacheinander in jeweils einem Beschichtungskompartment 19. Zwischen den beiden Beschichtungskompartments 19, die mit voneinander abweichenden Prozessgasatmosphären und mit unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, erfolgt während des Durchlaufs des Substrats 6 eine Entkopplung hinsichtlich der Prozessgasatmosphären und eine Anpassung hinsichtlich der Temperaturen des Substrats 6 in den beiden Gasseparationskompartments 1 mittels der geheizten Strömungswiderstände 11. Mittels der Erwärmung sind neben der Temperaturanpassung beispielsweise auch Modifikationen in der Struktur der Teilschichten möglich.
Ergänzend kann das Substrat entweder vor oder nach der Abscheidung des Schichtsystems wärmebehandelt, z. B. um die Haftung des Schichtsystems zu verbessern oder die Schichtstruktur des gesamten Schichtsystem zu modifizieren.
3 stellt eine Ausgestaltung eines Strömungswiderstandes 11 gemäß 1A dar, der zwischen zwei Beschichtungskompartments angeordnet ist. In 3 wird der Strömungswiderstand durch zwei Wandungen 10 gebildet, die beidseitig der Substratebene 5 angeordnet sind. Während die obere Wandung 10 mit geringem Abstand direkt über dem Substrat 6 liegt, integriert die untere Wandung 10 die Rollen des Transportsystems 8 in den Strömungswiderstand 11, indem sie so nah wie möglich unterhalb der Rollen angeordnet sind. Alternativ kann die Wandung auch aus mehreren einzelnen Abschnitten bestehen, die mit minimalem Abstand zum Substrat 6 zwischen den Rollen liegen.

1: Gasseparationskompartment
2: Außenwände
3: Kompartment
4: Trennwände
5: Substratebene
6: Substrat
7: Schlitz
8: Transportsystem
9: Transportrichtung
10: Wandung
11: Strömungswiderstand
12: Heizelement
13: vertikales Element
15: Saugraum
16: Vakuumpumpe
17: Saugöffnung
18: Beschichtungsquelle, Einrichtung
19: Beschichtungskompartment, Behandlungskompartment
20: Wandungsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004021734 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Behandlung flacher Substrate (6) im Vakuum, indem ein Substrat (6) in einer Substratebene (5) in Transportrichtung (9) durch zumindest ein Kompartment (4), in welchem die Substratbehandlung ausgeführt wird und das nachfolgend als Behandlungskompartment (19) bezeichnet ist, einer Vakuumanlage transportiert und dabei behandelt wird, wobei in einem Gasseparationskompartment (1) der Vakuumanlage eine Gasseparation mittels eines kanalartigen Strömungswiderstands (11) erfolgt, welcher gebildet ist durch eine der Substratebene (5) gegenüber liegende Wandung (10) oder durch zwei sich beidseitig der Substratebene (5) gegenüber liegende Wandungen (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (6) innerhalb des Strömungswiderstands (11) mittels Wärmestrahlung von der Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) einer Erwärmung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) indirekt mittels Wärmestrahlung auf eine zur Erwärmung des Substrats (6) erforderliche Temperatur geheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) direkt mittels eines in der Wandung (10) integrierten Heizelements (12) auf eine definierte Temperatur geheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) ein Heizelement (12) umfasst, welches das Substrat (6) mittels Wärmestrahlung erwärmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zumindest einer Wandung (10) des Strömungswiderstand (11) zur Substratebene (5) während des Betriebs der Vakuumanlage verändert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasseparation mit der Erwärmung des Substrats (6) in einem vor oder nach einem Beschichtungskompartment (19) angeordneten Gasseparationskompartment (1) erfolgt.
Vakuumanlage zur kontinuierlichen Behandlung flacher Substrate (6), mit einer Transportvorrichtung zum Transport von Substraten (6) in einer Substratebene (5) in Transportrichtung durch die Vakuumanlage, mit zumindest einem Behandlungskompartment (19), welches eine Einrichtung (18) zur Behandlung der Substrate (6) aufweist, und mit einem Gasse parationskompartment (1) mit einem kanalartigen Strömungswiderstand (11), welcher gebildet ist durch eine der Substratebene (5) gegenüber liegende Wandung (10) oder durch zwei sich beidseitig der Substratebene (5) gegenüber liegende Wandungen (10), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) zumindest abschnittsweise mittels eines Heizelements (12) heizbar ist zur Erwärmung eines durch den Strömungswiderstand (11) transportierbaren Substrats (6).
Vakuumanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) aus einem Keramikmaterial besteht.
Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Strömungswiderstands (11) ein Heizelement (12) zur Erwärmung einer Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) angeordnet ist.
Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) ein Heizelement (12) zu seiner Heizung umfasst.
Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) ein Heizelement (12) zur Erwärmung des Substrats (6) umfasst.
Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in besagte Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) Heizelemente (12) aus einer dotierten, elektrisch leitfähigen Keramik integriert sind.
Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die der Substratebene (5) zugewandte Oberfläche einer Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) eine aufgerauhte Struktur aufweist.
Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zumindest einer Wandung (10) des Strömungswiderstands (11) zur Substratebene (5) während des Betriebs der Vakuumanlage veränderbar ist.
Vakuumanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasseparationskompartment (1) vor oder nach einem Beschichtungskompartment (19) angeordnet ist.