DE102009052873A1

DE102009052873A1 - Einschleusung eines Bandsubstrats zur kontinuierlichen Bearbeitung im Hochvakuum

Info

Publication number: DE102009052873A1
Application number: DE200910052873
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Sigl; Werner Dr. Prusseit
Original assignee: Theva Dunnschichttechnik GmbH
Current assignee: Theva Dunnschichttechnik GmbH
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-11-14
Also published as: DE102009052873B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt die kontinuierlich bewegte Einschleusung eines flexiblen Bandsubstrats ins Hochvakuum ohne dabei die Vorderseite des Bandsubstrates zu berühren. Dazu wird das Band lediglich auf der Rückseite und an den Kanten geführt. und durchläuft eine Folge differenziell gepumpter Vorkammern, in denen der Druck stufenweise vom Normaldruckbereich in den gewünschten Hochvakuumbereich herabgesetzt wird. Die einzelnen Kammern sind nicht durch Dichtungselemente voneinander getrennt, sondern durch offene Aperturen (Blenden, Kanäle) miteinander verbunden, wobei die Querschnittflächen der Aperturen größer sind als die des Bandsubstrats, so dass dieses frei beweglich ist und kontinuierlich ins Hochvakuum transportiert werden kann. Die Erfindung sieht zudem konstruktive Merkmale vor, um mechanische Schwingungen, die zum Anschlagen der Oberfläche und damit zur Beschädigung des Bandes führen können, beim Durchlaufen der Einschleusung zu unterdrücken.

Description

1. Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf die Einschleusung von langen, flexiblen bandförmigen Substraten zur kontinuierlichen Beschichtung oder Bearbeitung im Hochvakuum.
Diese besondere Substratgeometrie tritt zum Beispiel auf bei der Herstellung von Hochtemperatur-Supraleiter-Bandleitern, sogenannter „coated conductors”, oder von Dünnschichtsolarzellen auf flexiblen Kunststoff- oder Metallfolien. Im ersten Fall wird eine dünne Stahl- oder Nickellegierungsfolie, mit einem Schichtsystem bestehend aus oxidischen Zwischenschichten, Hochtemperatur-Supraleitern (HTS) und Metallschichten versehen. Im zweiten Beispiel werden Metallkontaktschichten und halbleitende Lichtabsorberschichten durch Vakuumverfahren z. B. auf Kupfer- oder Polyimidfolie abgeschieden. Die Breite der Bänder liegt dabei typischerweise zwischen 1 mm und 100 mm und deren Dicke unterhalb von 0,2 mm.
Die Beschichtung kann durch gängige Vakuum-Beschichtungstechniken, wie z. B. dem thermischen – oder Elektronenstrahlverdampfen, der Kathodenzerstäubung (Sputtern), der Laserablation oder der chemische Gasphasenabscheidung (CVD) erfolgen.
Den genannten Anwendungen ist ebenfalls gemeinsam, dass das Bandsubstrat eine empfindliche, polierte oder besonders präparierte Oberfläche aufweist, die vor und oft auch nach der Beschichtung nicht berührt werden darf, um Verschmutzung oder Beschädigung zu vermeiden. Zudem begrenzt die mechanische Festigkeit der dünnen Bandsubstrate die Zugspannung, die beim Transport auf das Substrat wirken darf.
Eine besonders vorteilhafte und kostengünstige Verarbeitung solcher Bandsubstrate lässt sich erreichen, wenn das Material z. B. zur Beschichtung kontinuierlich ins Vakuum eingeschleust wird. Bei diesem Vorgang tritt eine Reihe von Problemen auf, die die hier vorgestellte Einschleusungsvorrichtung erfindungsgemäß löst. Zum einen muss der Transfer praktisch von Atmosphärendruck (ca. 1000 mbar) ins Hochvakuum (< 10^–4 mbar) derart erfolgen, dass die zu beschichtenden Vorderseite des Bandsubstrats nicht mit Anlagenkomponenten, Stütz- oder Führungsrollen in Berührung kommt. Zweitens darf die Zugspannung zum Halten und zum Transport des Bandsubstrats einen vorgegebenen kritischen Wert nicht überschreiten, um das Substrat nicht zu zerstören. Drittens müssen mechanische Schwingungen des Bandsubstrates verhindert werden. Diese können vor allem im Bereich von Verengungen durch schnell vorbei strömendes Gas (Bernoulli-Effekt) hervorgerufen werden und an Blenden oder in Verbindungskanälen dazu führen, dass die empfindliche Vorderseite des Bandsubstrats an Wandungen anschlägt und beschädigt wird.
2. Der Stand der Technik
Eine große Zahl von Anwendungen erfordert die Beschichtung von langen, flexiblen Folien oder Bändern. Sehr oft kommen dafür gängige Vakuumbeschichtungstechniken zur physikalischen oder chemischen Dampfphasenabscheidung (PVD oder CVD) zum Einsatz, wobei der Beschichtungsprozess bei stark reduziertem Umgebungsdruck < 1 mbar oder gar unter Hochvakuumbedingungen bei einem Restgasdruck < 10^–4 mbar stattfindet. Häufig werden die Auf- und Abwickelspulen, die den zu prozessierenden Vorrat an Bandsubstrat als flach aufgewickelte Spule bereitstellen oder wieder aufnehmen, ebenfalls unter vergleichbaren Vakuumbedingungen gehalten. Dafür werden sie entweder direkt in die Prozesskammer gesetzt oder es sind Vorratskammern vorgesehen, die mit der Prozesskammer über Öffnungen verbunden sind, wie dies beispielsweise in der US 6,906,008 gezeigt ist. Diese Anordnungen haben eine ganze Reihe von Nachteilen. So fällt der Vakuumbereich bei großen Vorratsspulen unnötig voluminös aus, was zu hohem Gewicht der Anlagen und hohen Kosten für die Vakuumerzeugung führt. Zudem müssen Antriebselement entweder auch im Vakuum angebracht oder über teure Durchführungen herausgeführt werden. Auch ein unmittelbarer Zugriff auf den Bandvorrat während des Prozesses ist dadurch nicht möglich. Die Geometrie langer, dünner Bandsubstrate eignet sich jedoch in besonderer Weise dafür, die Vorratsspulen an Atmosphärendruck zu halten und das Bandsubstrat kontinuierlich in die Vakuumprozesskammer einzuschleusen. In der Literatur findet sich deshalb eine Vielzahl von Anordnungen, die ein Einschleusen flexibler Folien und eine gleichzeitige Abdichtung der Vakuumkammer gegenüber Gasleckage vorsehen. Im Mittelpunkt der meisten Lösungen zur Einschleusung steht die Dichtung zur Vermeidung von Gaszutritt aus der Atmosphäre ins Vakuum. EP 0291952 beschreibt dazu ein Kammersystem, bei dem das Bandsubstrat gestreckt durch Rollenpaare läuft. Ebenfalls ein System von Dichtungsrollen mit differenziell gepumpten Abteilungen ist in der US 2,384,500 offenbart. Rollen und Dichtlippen sind ebenfalls Gegenstand der DE 1450260 . Statt der Rollen können auch, wie in JP 63024067 beschrieben, umlaufende Förderbänder als Dichtung eingesetzt werden. Statt einem gestreckten Bandsubstratdurchlauf durch Rollenpaare kann auch ein mäandrierender Verlauf durch versetzte Rollen wie in der DE 69824295 beschrieben erfolgen, wobei die Umlenkrollen auch in differenziell gepumpten Kammern liegen können wie in der US 2,972,330 offenbart. Neben der reinen Dichtwirkung werden Rollen wie in JP 04147973 auch benutzt, um ein Flattern des Bandes im Einlauf zu verhindern. All diese Vorrichtungen erreichen die Dichtwirkung jedoch durch Berührung beider Bandsubstratoberflächen und scheiden deshalb zur Lösung der hier betrachteten Problematik aus. Dagegen offenbart die DE 1279426 eine Einschleusung, bei der das Bandsubstrat zur mechanischen Unterstützung auf ein umlaufendes Förderband aufgelegt wird und durch mehrere differenziell gepumpte Vorkammern in den Hochvakuumbereich geführt wird. Eine explizite Abdichtung ist nicht gezeigt, so dass die Druckdifferenzen offenbar rein durch entsprechende Pumpleistung an den Vorkammern erreicht werden. In der DE 19927062 ist die Schleuse selbst als Gegenstrompumpe ausgebildet. Da das Bandsubstrat in dieser Anordnung jedoch über eine große Strecke ohne Lagerung läuft und frei schwingen kann, wird das Problem der Vibration nicht gelöst. Die beschrieben Vorrichtungen sind also nicht geeignet, ein freistehendes, dünnes Bandsubstrat mit empfindlicher Oberfläche ins Vakuum einzuschleusen.
3. Bezeichnungen und kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Begriffe Bandsubstrat und Band werden synonym verwendet und bezeichnen das einzuschleusende Bandmaterial. Die Bandbreite beträgt dabei maximal 100 mm und die Banddicke maximal 0,2 mm. Die besonders empfindliche Hauptfläche des Bandes, auf der z. B. eine Beschichtung erfolgen soll, wird im Folgenden als Vorderseite deklariert. Entsprechend bezeichnet Rückseite die Hauptfläche auf der das Bandsubstrat aufliegt und berührt werden kann.
Die Beschichtung oder Bearbeitung findet in der Prozesskammer statt, in der der zulässige Restgasdruck im Hochvakuumbereich unterhalb 10^–4 mbar liegt, auch wenn der Gasdruck während der Beschichtung gegebenenfalls durch Einlassen eines Prozessgases, z. B. bei Sputter- oder CVD-Verfahren, deutlich höher liegen kann.
Die Begriffe Stufe oder Vorkammer beziehen sich auf Unterabteilungen der Einschleusung und werden synonym verwendet. Als Vorkammer werden vorgelagerte Kammern bezeichnet, durch die das Band transferiert wird und die dazu dienen, den Druck von Atmosphärendruck schrittweise auf den Prozessgasdruck herabzusetzen.
Die Verbindungsstücke oder Öffnungen mit denen die Vorkammern untereinander oder mit der Prozesskammer verbunden sind werden wahlweise als Öffnung, Apertur, Blende, Verbindungskanal oder einfach Kanal bezeichnet. Winkelangaben beziehen sich auf Richtungsänderungen des Bandsubstrats während des Transports um Umlenkrollen oder entlang der gesamten Einschleusung.
Im Folgenden werden Funktionsprinzipien und bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen näher erläutert:
1 Prinzipskizze der Vakuumeinschleusung mit vier Vorkammern
2 Leitwertkurven von flachen Rechteckkanälen
3 Bandführung um eine Umlenkrolle
4 Bandkanal mit Druckausgleich auf der Bandrückseite
5 Vakuumeinschleusung mit vier Vorkammern und Sperrgaszutritt
4. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der kontinuierlich bewegten Einschleusung eines flexiblen Bandsubstrats ins Hochvakuum ohne dabei die Vorderseite des Bandsubstrates zu berühren. Dazu wird das Band lediglich auf der Rückseite und an den Kanten geführt. Die Dicke d des Bandsubstrats ist sehr viel geringer ist als die Breite w (d << w), und liegt vorzugsweise im Bereich von 20–200 μm, was ausreichende Flexibilität gewährleistet. Das Bandsubstrat durchläuft dazu eine Folge von Vorkammern, in denen der Druck schrittweise herabgesetzt wird und die durch Öffnungen oder Verbindungskanäle verbunden sind, deren lichte Breiten und Höhen größer sind als die jeweiligen Bandsubstratdimensionen. Zur Vermeidung von mechanischen Schwingungen wird das Bandsubstrat beim Durchlauf durch die Vorkammern über Umlenkrollen geführt, so dass die Einschleusung nicht geradlinig erfolgt, sondern Ein- und Auslaufrichtung des Bandes einen Winkel einschließen.
Die Vorrichtung zur Einschleusung setzt den Druck stufenweise über mehrere differenziell gepumpte Vorkammern vom Normaldruckbereich in den gewünschten Hochvakuumbereich herab. Die einzelnen Kammern sind nicht durch Dichtungselemente voneinander getrennt, sondern durch offene Aperturen (Blenden, Kanäle) miteinander verbunden, wobei die Querschnittflächen der Aperturen größer sind als die des Bandsubstrats, so dass dieses frei beweglich ist und kontinuierlich ins Hochvakuum transportiert werden kann. Um die Größe der erforderlichen Vorkammerpumpen in Grenzen zu halten, werden erfindungsgemäß die Leitwerte der Verbindungskanäle möglichst niedrig gehalten. Eine solche Anordnung ist beispielhaft als vierstufige Einschleusung in 1 gezeigt, in der die Vorkammern mit den römischen Ziffern I–IV und die jeweiligen Drücke innerhalb der Kammern mit p₁–p₄ gekennzeichnet sind. Diese liegen zwischen dem Umgebungsdruck p₀ und dem Druck in der Prozesskammer p_HV.
Da die Prozesskammer und die Vorkammern über offene Aperturen in Verbindung stehen, existieren in dieser Anordnung immer endliche, von Null verschiedene Gasflüsse zwischen den Kammern. Die technische Aufgabe u. a. besteht darin, die Leitwerte der Aperturen und die Pumpleistungen an den Vorkammern so zu dimensionieren, dass in der Prozesskammer bei vorgegebener Pumpleistung S ein bestimmtes Druckniveau p_HV nicht überschritten wird. Der maximal zulässige Zufluss V . ergibt sich damit zu: V . = S × p_HV
Der Druck in der Prozesskammer kann prinzipiell beliebig niedrig gewählt werden. Für die meisten prozesstechnischen Anwendungen genügt es jedoch, wenn der Restgasdruck in der Prozesskammer unterhalb von 10^–6 mbar gehalten werden kann. Beispielsweise ergibt sich bei einer typischen Saugleistung von S = 1000 l/s und p_HV = 10^–6 mbar eine maximal zulässige Leckrate von 10^–3 mbar l/s = 0,06 sccm (Standard-Kubikzentimeter) zwischen Prozesskammer und letzter Vorkammer. Im Rahmen dieser Vorgaben kann die Einschleusung als hochvakuumdicht bezeichnet werden.
Soll selbst der Zustrom geringster Mengen an Atmosphärenbestandteilen (z. B. Sauerstoff) unterbunden werden, so kann im Verlauf der Einschleusung auch ein Sperrgas, wie z. B. inerter Stickstoff oder Argon eingesetzt werden. Bei der Auslegung der Einschleusung muss zum einen der Gaszustrom zwischen den Stufen möglichst minimal gehalten werden, zum andern muss des Band leicht beweglich und trotzdem gegen mechanische Instabilitäten wie Schwingungen geschützt sein.
Der Leitwert der Aperturen, d. h. der reziproke Widerstand, den diese für die Gasströmung darstellen, verringert sich mit ihrer Querschnittfläche. Diese weist aufgrund der Bandgeometrie ein hohes Aspektverhältnis zwischen Breite und Höhe auf, d. h. es handelt sich um einen engen Schlitz. Die Dimensionen orientieren sich an denen des Bandsubstrates. So sollte die lichte Höhe auch das Einschleusen einer überlappenden Fügung (z. B. einer Schweißstelle) zwischen zwei Bandstücken erlauben und zur Sicherheit noch etwas Spiel gewähren, um das Risiko der Berührung der Bandvorderseite zu reduzieren. Die Mindesthöhe der Öffnungen und Verbindungskanäle entspricht damit der doppelten Banddicke. Der zusätzliche Sicherheitsabstand liegt bevorzugt zwischen 0,2 mm bis 0,5 mm, so dass die Höhe von Öffnungen und Verbindungskanälen maximal 0,5 mm größer ist als die doppelte Banddicke.
Auch die Länge L der Verbindungskanäle ist von großer Bedeutung. Wie stark sie sich auswirkt, hängt allerdings vom betrachteten Druckbereich ab, da in den Leitwert das Verhältnis zwischen den Dimensionen des Kanals und der mittleren freien Weglänge der Gasmoleküle eingeht.
2 zeigt beispielhafte die gemessenen Leitwertkurven verschieden langer Kanäle (0,3–300 mm) mit gleicher Querschnittfläche (12 × 0,5 mm²) über einen weiten Druckbereich. Entlang der Druckachse sind auch die unterschiedlichen physikalischen Strömungsregimes markiert. Im Hochdruckbereich > 20 mbar verhält sich das Gas wie ein Fluid mit viskoser Strömung. Im Bereich von 0,3–20 mbar, nähern sich die freien Weglängen langsam den lateralen Dimensionen des Kanals und die Streuung an den Wänden kann nicht mehr vernachlässigt werden. In diesem Übergangsbereich spricht man von Knudsen-Strömung. Unterhalb von 0,3 mbar müssen die Gasmoleküle als individuelle Teilchen betrachtet werden, deren Streuung untereinander gegenüber der Streuung an den Wänden des Kanals immer weniger ins Gewicht fällt. Man spricht von molekularer Strömung. Während sich der Leitwert im diesem Bereich umgekehrt proportional zur Kanallänge verringert, spielt diese im Bereich der viskosen Strömung eine weit geringere Rolle. Dies liegt daran, dass die maximale Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Bereich der viskosen Strömung durch die Schallgeschwindigkeit gegeben ist – es kommt im Kanal unabhängig von seiner Länge L zur sogenannten Überschallverblockung, die den Zufluss begrenzt. In diesem Bereich genügt deshalb bereits eine dünne Eintrittsblende (3) mit bevorzugt L < 1 mm, den Zustrom effektiv zu reduzieren. Mit fallendem Druck p_n am Eingang zur (n + 1)-ten Stufe der Einschleusung, sollte man jedoch die Länge der Kanäle vergrößern, um damit den Strömungswiderstand stark zu erhöhen. Vorzugsweise beträgt die Länge der Verbindungskanäle (4) unterhalb eines Eingangsdrucks in den Kanal von 1 mbar mindestens 20 mm.
Bei der Schleusung durch die Aperturen der Vorkammern kann das Bandsubstrat nicht gelagert werden und kann vor allem in diesen Bereichen frei schwingen. Dies ist von Bedeutung, da im Bereich der Aperturen schnelle Gasströmungen auftreten, die aufgrund des Bernoulli-Effektes einen dynamischen Druckunterschied Δp zwischen Vorder- und Rückseite des Bandes bewirken können. Durch die schnell über die Bandoberfläche streichende Gasströmung entsteht eine Kraftwirkung F₁ senkrecht zur Bandoberfläche, die diese nach oben oder unten auslenken kann. Mit Auslenkung des Bandes ändern sich aber die Strömungsverhältnisse im Kanal und der Hauptgasstrom kann zwischen Vorder- und Rückseite des Bandes wechseln. Dadurch kann es zu einer dynamischen Instabilität kommen, in der das Band in starke Schwingungen versetzt wird und an den Kanalwandungen anschlägt. Um eine Beschädigung des Bandsubstrats zu vermeiden, gilt es, diese Schwingungen zu verhindern. Die Kraftwirkung auf das Band skaliert gemäß
= Δp × A mit der effektiven Angriffsfläche A und dem absoluten Druckunterschied Δp, ist also vor allem im Druckbereich der viskosen Strömung oberhalb 20 mbar problematisch. Auch dies spricht dafür, in diesem Druckregime keine langen Verbindungskanäle einzusetzen, die eine große freie Angriffsfläche A bereitstellen würden.
Im Allgemeinen wird angestrebt, dass die senkrecht zum Bandsubstrat wirksamen dynamischen Kräfte
deutlich kleiner bleiben, als die Zugkraft F_∥ mit der das Bandsubstrat über den Bandantrieb axial beaufschlagt werden kann. Diese ist abhängig von den mechanischen Materialeigenschaften. Vorzugsweise sollten 20% der 0,2%-Dehngrenze nicht überschritten werden.
Neben der Verringerung der Angriffsfläche kann das Bandsubstrat durch zwei weitere Maßnahmen mechanisch stabilisiert werden. Zum einen sollte die Länge auf der das Bandsubstrat frei schwingen kann möglichst kurz gehalten werden und so sollte es an seiner Rückseite möglichst häufig über Umlenkrollen (2) geführt werden. Diese Umlenkrollen werden möglichst nah an den Ein- und Austrittsöffnungen der Kanäle platziert. Der minimale Abstand ist durch den Radius R der Umlenkrollen gegeben. Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Umlenkrollen und dem Bandeintritt in die jeweils benachbarten Verbindungskanäle ein bis zwei Radien der jeweiligen Umlenkrolle. Um den erforderlichen Auflagedruck auf den Umlenkrollen zu erreichen, ist ein bestimmter Umschlingungswinkel jeder Rolle erforderlich. In 3 sind die Kräfteverhältnisse auf einer Umlenkrolle skizziert, wie sie vor dem Eintritt in den Verbindungskanal zwischen zwei Vorkammern eingesetzt wird. Dabei wird das Bandsubstrat um den Umschlingungswinkel φ abgelenkt. Parallel zur Bandoberfläche wirkt die Zugkraft F_∥, die durch den Bandantrieb vorgegeben wird. Das Band wird dadurch mit der Auflagekraft
= 2F_∥sinφ/2 senkrecht zur Oberfläche auf die Rolle gedrückt. Die Umlenkrolle kann Schwingungen des Bandsubstrats unterdrücken, wenn diese Auflagekraft größer ist als die Kräfte, die senkrecht zur Bandoberfläche wirken. Aus dieser Kräftebetrachtung und den oben genannten zulässigen Zugkräften lässt sich abschätzen, dass der Umschlingungswinkel φ der Umlenkrollen durch das Band mindestens 10° betragen sollte. Die Hintereinanderschaltung mehrerer Stufen führt insgesamt dazu, dass die Einschleusung des Bandes nicht in gerader Linie, sondern gekrümmt erfolgt. Der Winkel zwischen der Ein- und der Auslaufrichtung der Einschleusung beträgt mindestens 40°. Vorzugsweise liegt er bei 90°Q oder darüber.
Eine weitere konstruktive Maßnahme im Bereich der Durchgangskanäle besteht in einem Druckausgleich auf der Bandrückseite. 4 zeigt den Längsschnitt durch einen kurzen Verbindungskanal von einer Zone mit hohem Druck p_a in eine zweite Zone mit niedrigerem Druck p_c, der Maßnahmen vorsieht, das Bandsubstrat durch einen Druckausgleich auf der Bandrückseite auf die Unterlage zu drücken und damit Schwingungen zu verhindern. Der bei Eingangsdrücken p_a > 10 mbar aufgrund der schnellen Gasströmung im Kanal entstehende Unterdruck p_b kann das Bandsubstrat von der Unterlage abheben. Durch Bohrungen, die die Auflagefläche zur Niederdruckseite hin entlüften, kann der niedrige statische Druck p_c auch auf die Bandrückseite wirken. Bei geeigneter Auslegung gilt 1000 mbar ≥ p_a > p_b > p_c > 1 mbar und das Band wird gegen die Unterlage angedrückt, so dass es nicht vibrieren kann. Um die Reibung auf der Auflagefläche zu minimieren, sollte diese kurz sein und kann zusätzlich aus einem reibungsarmen Material, wie z. B. Teflon bestehen. Diese Maßnahme empfiehlt sich bevorzugt im Übergang von der ersten zur zweiten Vorkammer, wo die Kraft noch ausreicht, das Band auf die Auflagefläche zu drücken, ohne dass dadurch die Transportbewegung zu stark beeinträchtigt wird. Die Eintrittsöffnung in die erste Vorkammer sollte jedoch in jedem Fall als dünne Blende ausgeführt sein, da bei einem Kanal mit Druckausgleich die Anpresskräfte dort so groß wären, dass sehr starke Reibung aufträte. Dadurch müsste eine sehr hohe Zugkraft aufgewendet werden, um das Band zu bewegen, die zudem zu starkem Abrieb führen würde.
5. Bevorzugte Ausführungsformen
Die in den folgenden beispielhaften Ausführungsformen der Einschleusung beschriebenen Dimensionen und Konstruktionsprinzipien, sind allgemeiner Art und besitzen auch für andere Konfigurationen unabhängig von der Anzahl der Stufen Gültigkeit.
Beispiel 1: Kompakte, gekrümmte Einschleusung

Bei der Auslegung der Einschleusung spielen ökonomische Gesichtspunkte, wie die Investitionskosten für die Pumpleistung und die Betriebskosten, sowie der Platzbedarf große Rollen. Um den Leitwert der Kanäle zu minimieren und Saugleistung zu sparen, ist man bestrebt, so schnell wie möglich den Bereich der Molekularströmung zu erreichen. Dazu kann man entweder wenige Stufen mit hoher Saugleistung wählen, oder mehrere Stufen mit geringer Saugleistung hintereinanderschalten. Optimal besteht die Einschleusung ins Hochvakuum aus drei bis fünf Stufen. Besonders geeignet erscheint eine vierstufige Einschleusung, wie sie in 1 abgebildet ist. Die wichtigsten Parameter einer beispielhaften vierstufigen Einschleusung mit einem Durchgangsquerschnitt von 12 × 0,5 mm² sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1: Beispielhafte Parameter einer vierstufigen Einschleusung

Bereich	Atm.	I	II	III	IV	HV
Druckstufe	p₀	p₁	p₂	p₃	p₄	p_HV
Druck (mbar)	1000	100	10	0,5	10^–3	< 10^–6
Verbindungstyp		Blende	Kanal	Kanal	Kanal	Kanal
Kanallänge L (mm)		< 1	20 (DA)	20	150	150
Druckabsenkung		1:10	1:10	1:20	< 1:100	< 1:1000
Saugleistung (l/s)		13	13	13	10	350

Wegen der Überschallverblockung besteht die Eintrittsöffnung in die Einschleusung aus einer dünnen Blende. Bevorzugt ist die Dicke L der Eintrittsblende kleiner als 1 mm. Die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Vorkammer besteht entweder ebenfalls aus einer dünnen Blende oder einem kurzen Kanal (L < 20 mm), der auf der Bandrückseite einen Druckausgleich (DA) zur zweiten Vorkammer hin vorsieht. Ab dem dritten Übergang spielen die auftretenden dynamischen Kräfte keine Rolle mehr und die Länge der Kanäle kann auf 20 mm und danach weiter auf 150 mm vergrößert werden. Das Bandsubstrat wird im Rahmen der Einschleusung um insgesamt 90° umgelenkt. Die ersten drei Stufen werden durch einstufige Drehschieberpumpen, die vierte Stufe und die Prozesskammer durch Turbomolekularpumpen gepumpt. Die Pumpstutzen wurden der besseren Übersicht wegen in 1 nicht eingezeichnet. Die Pumpleistungen sind so ausgelegt, dass die Druckniveaus auch ohne eingefädeltes Bandsubstrat gehalten werden können. Zum einfacheren Einfädeln des Bandsubstrats durch die Einschleusung, sind Vorkammern und Kanäle in eine Montageplatte eingelassen, die durch einen abnehmbaren Deckel abgedeckt wird.
Beispiel 2: Einschleusung mit Sperrgas
Um den Zutritt von Atmosphärenrestgas in die Prozesskammer zu unterbinden wird die Anordnung aus Beispiel 1 modifiziert und wie in 5 gezeigt mit einem Sperrgaszutritt (Ar) zwischen der zweiten und der dritten Kammer versehen. Im Beispiel wurde ohne Beschränkung der Allgemeinheit inertes Argon als Sperrgas vorgesehen. In der Wahl der Sperrgasessorte ist der Nutzer jedoch völlig frei. Der Sperrgaszutritt kann auch an einem anderen Verbindungskanal vorgesehen werden, sollte aber auf jeden Fall im Druckbereich der viskosen Strömung liegen, um einen effektiven Gegenstrom zu bewirken. Allerdings muss dann der Gasfluß so angepasst werden, dass ein Rückstrom in die davor liegende Kammer gegeben ist. Wird also nach der n-ten Stufe ein Sperrgas eingelassen und bezeichnen p_n und p_n+1 die Drücke in den beiden angrenzenden Kammern (p_n > p_n+1), so muss im Bereich des Sperrgaszuflusses der Sperrgasdruck p_Ar über dem Gasdruck in der n-ten Vorkammer liegt (p_Ar > p_n), so dass es zu einem Gegenstrom kommt, der den Einstrom von Atmosphärengas verhindert.
Die Länge des betroffenen Verbindungskanals und der Sperrgasüberdruck werden zweckmäßig so gewählt, dass die zusätzliche Gaslast im Vergleich zur Version ohne Sperrgas zu keiner wesentlich höheren Belastung der nachfolgenden Stufe führt. Sollte dies aus irgendwelchen Gründen (z. B. hoher Sperrgasfluß gewünscht) nicht möglich sein, muss gegebenenfalls eine zusätzliche weitere Stufe nachgeschaltet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6906008 [0006]
EP 0291952 [0006]
US 2384500 [0006]
DE 1450260 [0006]
JP 63024067 [0006]
DE 69824295 [0006]
US 2972330 [0006]
JP 04147973 [0006]
DE 1279426 [0006]
DE 19927062 [0006]

Claims

Vorrichtung zum kontinuierlich bewegten Einschleusen eines flexiblen Bandsubstrats ins Hochvakuum ohne dabei die Vorderseite des Bandsubstrats zu berühren dadurch gekennzeichnet, dass a) das Bandsubstrat eine Folge von Vorkammern durchläuft, in denen der Druck schrittweise herabgesetzt wird, b) die Vorkammern durch Öffnungen oder Verbindungskanäle verbunden sind, deren lichte Breiten und Höhen größer sind als die jeweiligen Bandsubstratdimensionen, c) das Bandsubstrat beim Durchlauf durch die Vorkammern über Umlenkrollen geführt wird, so dass die Einschleusung nicht geradlinig erfolgt, sondern Ein- und Auslaufrichtung des Bandes einen Winkel einschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung in die Einschleusung aus einer dünnen Blende besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Dicke L der Eintrittsblende kleiner als 1 mm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Vorkammer entweder aus einer dünnen Blende oder einem kurzen Kanal (L < 20 mm) besteht, der auf der Bandrückseite einen Druckausgleich zur zweiten Vorkammer hin vorsieht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Umlenkrollen und dem Bandeintritt in die jeweils benachbarten Verbindungskanäle ein bis zwei Radien der jeweiligen Umlenkrolle beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Umschlingungswinkel φ der Umlenkrollen durch das Band mindestens 10° betragen sollte.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Ein- und der Auslaufrichtung der Einschleusung mindestens 40° beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Ein- und der Auslaufrichtung der Einschleusung bei 90° oder darüber liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Einschleusung ins Hochvakuum aus drei bis fünf Stufen besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Bandbreite maximal 100 mm und die Banddicke maximal 0,2 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Mindesthöhe der Öffnungen und Verbindungskanäle der doppelten Banddicke entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe von Öffnungen und Verbindungskanälen maximal 0,5 mm größer ist als die doppelte Banddicke.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Verbindungskanäle unterhalb eines Eingangsdrucks in den Kanal von 1 mbar mindestens 20 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass nach der n-ten Stufe ein Sperrgas eingelassen wird und im Bereich des Sperrgaszuflusses der Sperrgasdruck p_Ar über dem Gasdruck in der n-ten Vorkammer liegt (p_Ar > p_n), so dass es zu einem Gegenstrom kommt, der den Einstrom von Atmosphärengas verhindert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammern und Kanäle der Einschleusung in eine Montageplatte eingelassen sind, die durch einen abnehmbaren Deckel abdeckt wird.