DE102010028734B4

DE102010028734B4 - Gasseparationsanordnung einer Vakuumbeschichtungsanlage

Info

Publication number: DE102010028734B4
Application number: DE102010028734.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias KLOOSS; Stanley Rehn; Dr. Strümpfel Johannes; Michael Hentschel; Andrej WOLF; Dipl.-Phys. Hecht Hans-Christian
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2010-05-07
Publication date: 2021-07-22
Anticipated expiration: 2030-05-08
Also published as: DE102010028734A1

Abstract

Gasseparationsanordnung einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei die Vakuumbeschichtungsanlage als längserstreckte Durchlaufanlage ausgebildet ist, mit einem Substrate durch die Vakuumbeschichtungsanlage transportierenden Substrattransportsystem und mit Vakuumquellen versehen ist, und mindestens eine in mehrere Kompartments geteilte Vakuumkammer aufweist, wobei technologisch aufeinanderfolgende Bearbeitungskompartments durch eine Gasseparation voneinander getrennt sind, wobei ein Kompartment als Gasseparationskompartment (4) derart ausgebildet ist, dass in dem Kompartment zwei aktive Gasseparationselemente (5), jeweils bestehend aus zwei Strömungswiderständen (6; 7) und einer dazwischenliegenden Vakuumquelle (8), in Längserstreckung (2) hintereinanderliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungswiderstände (6; 7) als Strömungswiderstandselemente (11; 22) ausgebildet sind und im Bereich eines der Strömungswiderstandselemente (11; 22) zugleich eine Substratheizung (19) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasseparationsanordnung einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei die Vakuumbeschichtungsanlage als längserstreckte Durchlaufanlage ausgebildet ist. Die Vakuumbeschichtungsanlage ist mit einem Substrate durch die Vakuumbeschichtungsanlage transportierenden Substrattransportsystem und mit Vakuumquellen versehen. Sie weist mindestens eine in mehrere Kompartments geteilte Vakuumkammer auf. Dabei sind benachbarte Bearbeitungskompartments durch eine Gasseparation voneinander getrennt. Dabei ist ein Kompartment als Gasseparationskompartment derart ausgebildet ist, dass in dem Kompartment zwei aktive Gasseparationselemente, jeweils bestehend aus zwei Strömungswiderständen und einer dazwischenliegenden Vakuumquelle, in Längserstreckung hintereinanderliegend angeordnet sind.
Vakuumquellen stellen mit anderen Worten örtliche Gassenken (an dem Quellort) dar, die der Gasabsaugung, also der Vakuumerzeugung dienen.
Es ist bekannt, Vakuumbeschichtungsanlagen funktional in Kammern, auch als Vakuumkammern bezeichnet, und diese in Kompartments zu teilen. Nach physischen Gesichtspunkten werden Vakuumbeschichtungsanlagen in Anlagenkammern und Sektionen geteilt.
Eine Vakuumkammer ist eine funktionale Einheit mit einer oder mehreren zusammenwirkenden Funktionen in den Grenzen einer oder mehrerer verbundener physischer Anlagenkammern.
Als Anlagenkammer einer Vakuumbeschichtungsanlage wird eine stoffschlüssig verbundene Baueinheit bezeichnet, die Versteifungselemente beinhaltet. Mit den Versteifungselementen sind Wandungen wie Kammerboden, Kammerwände und Kammerdecke verbunden, die einen Vakuumraum einschließen.
Ein Kompartment ist eine funktionelle Einheit innerhalb einer Vakuumkammer einer längserstreckten Vakuumbeschichtungsanlage, der eindeutig eine Funktion zukommt und die mit anderen derartigen funktionellen Einheiten in Längserstreckung der Vakuumbeschichtungsanlage aufeinander folgend angeordnet sind. Vorzugsweise haben Kompartments gleiche Länge. Ein Kompartment kann oberhalb, unterhalb des Substrattransportbereiches oder den Substrattransportbereich einschließend ausgebildet sein. So sind die oben genannten Bearbeitungstationen in Kompartments angeordnet.
Eine Teilung einer Vakuumkammer in einzelne Kompartments dient der einheitlichen Gestaltung dieser Baueinheiten mit einem Rastermaß, mit dem diese Kompartments die gleiche Länge aufweisen, wodurch kostengünstige Vereinheitlichung der einzusetzenden Bauelemente erreicht wird.
Zur Erreichung einer hohen Gasseparation ist es üblich, zwischen den Strömungswiderständen ein Pumpkompartment vorzusehen. Eine Hintereinanderschaltung von zwischengepumpten Strömungswiderständen lässt eine Anordnung mehrerer Pumpkompartments erforderlich werden. Eine Verbesserung der Gasseparation ist also bei den bekannten Lösungen immer mit einer Verlängerung der Baulänge und auch des Fertigungsaufwandes verbunden.
Bearbeitungskompartments sind Kompartments, in denen eine Bearbeitung des Substrats vorgenommen wird. Hauptsächlich werden in Bearbeitungskompartments Beschichtungen, aber auch andere Oberflächenbehandlung, Beheizen des Substrats o.ä. vorgenommen, wobei in diese mit verschiedenen Beschichtungsmaterialien und verschiedenen Beschichtungsverfahren arbeiten. So ist es beispielsweise möglich, dass das Substrat in einem Bearbeitungskompartment unter Nutzung eines metallischen Targets unter Beigabe eines Reaktivgases beschichtet wird und in dem technologisch nachfolgenden Bearbeitungskompartment durch Nutzung eines keramischen Targets unter anderen Vakuumbedingungen, beispielsweise mit einem anderen Prozessgas. Ein technologisch nachfolgendes Bearbeitungskompartment stellt dabei nicht unbedingt ein zu dem vorhergehenden Bearbeitungskompartment benachbartes Kompartment dar, sondern ein solches, in dem der nächste Bearbeitungsschritt vollzogen wird.
Wenn sich die Vakuumbedingungen in technologisch aufeinander folgenden Bearbeitungskompartments unterscheiden, ist oft eine Gasseparation zwischen diesen Bearbeitungskompartments erforderlich. Die Qualität der Beschichtung wird maßgeblich von dem Einfluss, den beide Bearbeitungskompartments aufeinander ausüben, also durch das Maß der Gasseparation bestimmt. Eine Trennung des Partialdruckes p_a in dem einen Bearbeitungskompartment von dem Partialdruck p_b in dem nachfolgenden Bearbeitungskompartment von p_a/p_b < 1/100 ist beispielsweise erstrebenswert.
Eine Gasseparation wird üblicherweise durch Strömungswiderstände realisiert. Eine Erhöhung der Gasseparation wird durch die Länge der Strömungswiderstände erreicht. Es ist auch bekannt, in den oder zwischen den Strömungswiderständen abzupumpen, wodurch eine weitere Erhöhung der Separation erreicht wird. Das Zwischenschalten eines Pumpkompartments zwischen den Bearbeitungskompartments ist in der DD 214 865 A1 oder in der DE 43 03 462 A1 dargestellt. Durch ein solches Zwischenschalten von Pumpkompartments verlängert sich die Baulänge der gesamten Anlage.
Mit der WO 2007/059749 A1 wird eine Trenneinrichtung für Prozesskammern von Vakuumbeschichtungsanlagen offenbart. Darin sind Verschlussplatten vorgesehen, die Durchtrittsöffnungen für das Substrat zwischen einzelnen Vakuumkammern einerseits verschließen können und andererseits bei Substratdurchlauf oberhalb des Substrats verweilen können. Hiermit wird zwar eine Vakuumtrennung zwischen den einzelnen Vakuumkammern erreicht, was hier insbesondere auch dazu dient, bei der Notwendigkeit einer Belüftung einer Vakuumkammer nicht die gesamte Anlage entlüften zu müssen. Eine Gasseparation, also eine Gastrennung zwischen den Vakuumkammern bei laufendem Betrieb ist bei dieser Lösung nicht vorgesehen.
Die DE 10 2005 024 180 A1 beschreibt die Gestaltung einer Transferkammer in Vakuumbeschichtungsanlagen. Wie in dieser Druckschrift beschrieben ist, befinden sich außerhalb des Prozessbereiches, in dem Substrate unter kontinuierlicher Bewegung in verschiedenen Kompartments, in die die Prozesskammern des Prozessbereiches geteilt sind, verschiedenartige Behandlungen erfahren. Die Transferkammern sorgen dabei für einen Übergang von diskontinuierlicher zu kontinuierlicher Bewegung oder umgekehrt. Eine Vakuumerzeugung ist in den Transferkammern nicht vorgesehen. Bei dieser Lösung werden jedoch die Funktionen der vor- und nachgelagerten Schleusenkammer und der Transferkammern teilweise ineinander gelegt. Somit findet in der Transferkammer ein schrittweiser Vakuumaufbau statt. Hier sind einzelne das Vakuum in Transportrichtung langsam aufbauende Pumpen hintereinander angeordnet, deren Pumpräume durch Strömungswiderstände miteinander verbunden sind. Eine Gasseparation ist an dieser Stelle nicht vorgesehen und auch nicht naheliegend, da diese erst in dem Prozessbereich erforderlich ist.
Als weiterer Stand der Technik sind die Druckschriften DE 10 2009 011 495 A1 und DE 103 52 143 A1 bekannt. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Gasseparation zwischen technologisch aufeinanderfolgenden Bearbeitungskompartments zu erhöhen und die Baulänge zu verringern.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch gelöst, dass die Strömungswiderstände als Strömungswiderstandselemente ausgebildet sind und im Bereich eines der Strömungswiderstandselemente zugleich eine Substratheizung angeordnet ist.
Es hat sich gezeigt, dass durch die Gestaltung der Gasseparationselemente als aktive Gasseparationselemente die Baulänge der Strömungswiderstände derart verringert werden kann, dass in einem Kompartment zwei aktive Gasseparationselemente angeordnet werden können, die in ihrer Gesamtheit zu einer deutlichen Erhöhung der Gasseparation führen. Ein solches Gasseparationskompartment wird dann zwischen zwei technologisch aufeinanderfolgende Bearbeitungskompartments, zwischen denen eine Gasseparation erforderlich ist, angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Gasseparationskompartments kann zur weiteren Einsparung zusätzlicher Kompartments dieses multifunktional genutzt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gassepartionskompartment mit einem Deckel versehen ist und dass ein Strömungswiderstandselement, das einen der Strömungswiderstände bildet, mit dem Deckel verbunden ist. Somit ist es möglich, die Strömungswiderstände zusammen mit dem Deckel aus dem Kompartment herauszuheben. Der Montage- und Demontageaufwand verringert sich dadurch erheblich.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Gasseparationskompartment mit quer zur Längsrichtung liegenden Kompartmentwänden versehen ist. In diesem Falle ist in einer weiteren Ausführungsform ein Strömungswiderstandselement, das einen der Strömungswiderstände bildet, mit einer Kompartmentwand verbunden. Hierbei kann beispielsweise die Substratdurchführung durch die Kompartmentwand genutzt werden, um dort Strömungswiderstandselemente mit der Kammerwand zu verbinden.
Zur weiteren Reduzierung der Montage- und Demontageaufwandes ist in einer weiteren Ausbildung vorgesehen, dass die Kompartmentwände und die Strömungswiderstandselemente direkt oder über die Kompartmentwände mit dem Deckel verbunden sind. Damit können alle Bauteile des Gasseparationskompartments in einfacher Weise aus dem Inneren des Kompartments gehoben oder in dieses verbracht werden.
Eine Vakuumquelle der aktiven Gasseparationselemente wird zweckmäßigerweise durch eine Verbindung mit einer Vakuumpumpe gebildet. Die Vakuumpumpe kann dabei insbesondere beispielsweise auf dem Deckel angeordnet werden, sofern ein solcher in dem Kompartment vorgesehen ist.
Werden die Verbindungen zwischen aktiven Gasseparationselement und Vakuumpumpe bis nahe an die Vakuumpumpe herangeführt, um den Raum einer Vermischung beider Verbindungen klein zu halten, können die Vakuumquellen der aktiven Gasseparationselemente durch je eine Verbindung mit ein- und derselben Vakuumpumpe gebildet werden.
Bei einem flachen ebenen Substrat, wie dies beispielsweise bei der Glasbeschichtung eingesetzt wird, wird das Substrat in einer Substratebene transportiert. Dabei besteht zweckmäßigerweise ein Strömungswiderstandselement aus einer Platte, die parallel zur Substratebene angeordnet ist. Diese Platte ist in einem solchen Abstand zu dem Substrat angeordnet, dass sie einen Tunnel bildet, dessen Höhe mindestens zwei Größenordnungen kleiner als seine quer zur Längserstreckung gemessene Breite ist.
Eine kompakte Gestaltung kann weiterhin dadurch erreicht werden, dass ein Strömungswiderstandselement eines aktiven Gasseparationselementes zugleich ein Strömungswiderstandselement des benachbarten aktiven Gasseparationselementes bildet.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt

1 eine Prinzipdarstellung eines Schnittes durch zwei Gasseparationskompartments einer erfindungsgemäßen Gasseparationsanordnung in einer ersten Ausführungsform,
2 eine Prinzipdarstellung eines Schnittes durch zwei Gasseparationskompartments einer erfindungsgemäßen Gasseparationsanordnung in einer zweiten Ausführungsform,
3 eine Prinzipdarstellung einer Draufsicht auf zwei Gasseparationskompartments einer erfindungsgemäßen Gasseparationsanordnung in der ersten oder zweiten Ausführungsform,
4 eine Prinzipdarstellung eines Schnittes durch zwei Gasseparationskompartments einer erfindungsgemäßen Gasseparationsanordnung in einer dritten Ausführungsform,
5 eine Prinzipdarstellung eines Schnittes durch zwei Gasseparationskompartments einer erfindungsgemäßen Gasseparationsanordnung in einer vierten Ausführungsform,
6 eine Prinzipdarstellung einer Draufsicht auf zwei Gasseparationskompartments einer erfindungsgemäßen Gasseparationsanordnung in der vierten Ausführungsform und
7 eine Draufsicht auf eine Abdichtung der beiden aktiven Gasseparationselemente gegenüber der Kammerwand.

Die Zeichnungen stellen Ausschnitte einer Vakuumbeschichtungsanlage dar, die als längserstreckte Durchlaufanlage konzipiert ist. In ihr werden in einer Substrattransportebene 1 flache ebene Substrate in Längserstreckung 2 durch mehrere Bearbeitungskompartments 3 hindurch bewegt. Zum Zwecke einer sehr hohen Gasseparation sind zwischen den Bearbeitungskompartments 3 zwei Gasseparationskompartments 4 angeordnet. Da diese Gasseparationskompartments 4 jedes für sich bereits eine hohe Gasseparation aufweisen, ist nicht grundsätzlich erforderlich, zwei dieser Gasseparationskompartments 4 hintereinanderliegend anzuordnen, kann jedoch zur Erhöhung der Gasseparation, wie im Beispiel dargestellt, geschehen.
In jedem dieser Gasseparationskompartments 4 sind zwei aktive Gasseparationselemente 5 in Längserstreckung 2 hintereinanderliegend angeordnet. Durch die Hintereinanderschaltung von zwei Gasseparationskompartments in den dargestellten Zeichnungen sind also insgesamt vier solcher Gasseparationselemente 5 hintereinander geschaltet.
Jedes dieser Gasseparationselemente 5 besteht aus zwei Strömungswiderständen 6 und 7 und einer dazwischenliegenden Vakuumquelle 8. Die Vakuumquellen 8 der aktiven Gasseparationselemente 5 sind durch je eine Verbindung 9 mit einer Vakuumpumpe 10 gebildet.
In den 1, 2, 4 und 5 sind die Strömungswiderstände 7 jeweils durch Strömungswiderstandselemente 11 gebildet, die mit einer quer zur Längserstreckung 2 liegenden Kompartmentwand 12 verbunden sind.
In den genannten Figuren ist jedes Gasseparationskompartment 4 mit einem Deckel 13 versehen. Wie in 1 dargestellt, ist an den Deckel ein Kasten 14 angehängt, dessen seitliche Kastenwände 15 mit je einer Saugöffnung 16 versehen sind. In der Mitte weist der Kasten 14 eine Trennwand 17 auf, die beide Verbindungen 9 zu jeder Vakuumpumpe 10 separiert. In einem unteren Teil 18 des Kastens 14 ist ein Heizer 19 angeordnet. Der Kasten 14 ist an seiner Unterseite mit einer parallel zur Substratebene angeordneten Platte 20 abgeschlossen. Durch die Anordnung des Heizers 19 über der Platte 20 kann durch diese hindurch in dem Gasseparationskompartment sogleich auch eine Beheizung des Substrats auf der Substrattransportebene 1 vorgenommen werden.
Die Platte 20 ist in einem solchen Abstand 21 zu der Substrattransportebene 1 angeordnet, dass sie einen Tunnel bildet, dessen Höhe mindestens zwei Größenordnungen kleiner als seine quer zur Längserstreckung 2 gemessene Breite ist. Die Platte 20 bildet sowohl das Strömungswiderstandselement 11 des Strömungswiderstandes 7 als auch das Strömungswiderstandselement 22 des Strömungswiderstandes 6 des in Längserstreckung 2 nachgeordneten Gasseparationselementes 5.
2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie 1, mit dem Unterschied, dass die Kastenwände 15 entfallen sind und der Kasten 14 mit der Trennwand 17 direkt an den Deckel 13 angehängt ist.
3 zeigt die Draufsicht auf die Anordnungen nach 1 und 2, woraus deutlich wird, dass jede der Verbindungen 9 zu einer eigenen Vakuumpumpe 10 führt. Die Vakuumpumpen 10 sind auf dem Deckel angeordnet.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem für beide Gasseparationselemente 5 eines jeden Gasseparationskompartments 4 eine gemeinsame Vakuumpumpe 10 im Zusammenhang mit der Verbindung 9 für jede der Vakuumquellen 8 eingesetzt wird. Dazu wird, zur Vermeidung eines Übertrages zwischen beiden Verbindungen 9, die Trennwand 17 bis nahe an die Vakuumpumpe 10 herangeführt.
Im Zusammenhang mit 6 zeigt 5 die Anordnung der Vakuumpumpen 10 in einer Reihe quer zur Längserstreckung 2.
Durch eine in der Draufsicht mäanderförmige Gestaltung der Trennwand 17 wird jede der Vakuumpumpen 10 einmal der einen und zum zweiten der anderen der Verbindungen 9 zugeordnet. Wie es ersichtlich ist, können so auch mehrere Vakuumpumpen 10 zum Einsatz gebracht werden.
Um zu einer Wirksamkeit der Trennwand 17 zu gelangen, sind in der Kammerwand 23 Taschen 24 vorgesehen, in die die Trennwände 17 eingeschoben werden können und die für die notwendigen Abdichtungen der Gasseparationselemente 5 untereinander Sorge tragen, wie dies in 7 dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Substrattransportebene
2: Längserstreckung
3: Bearbeitungskompartment
4: Gasseparationskompartment
5: Gasseparationselement
6: Strömungswiderstand
7: Strömungswiderstand
8: Vakuumquelle
9: Verbindung
10: Vakuumpumpe
11: Strömungswiderstandselement des Strömungswiderstandes 7
12: Kompartmentwand
13: Deckel
14: Kasten
15: Kastenwand
16: Saugöffnung
17: Trennwand
18: unterer Teil des Kastens
19: Heizer
20: Platte
21: Abstand
22: Strömungswiderstandselement des Strömungswiderstandes 6
23: Kammerwand
24: Tasche

Claims

Gasseparationsanordnung einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei die Vakuumbeschichtungsanlage als längserstreckte Durchlaufanlage ausgebildet ist, mit einem Substrate durch die Vakuumbeschichtungsanlage transportierenden Substrattransportsystem und mit Vakuumquellen versehen ist, und mindestens eine in mehrere Kompartments geteilte Vakuumkammer aufweist, wobei technologisch aufeinanderfolgende Bearbeitungskompartments durch eine Gasseparation voneinander getrennt sind, wobei ein Kompartment als Gasseparationskompartment (4) derart ausgebildet ist, dass in dem Kompartment zwei aktive Gasseparationselemente (5), jeweils bestehend aus zwei Strömungswiderständen (6; 7) und einer dazwischenliegenden Vakuumquelle (8), in Längserstreckung (2) hintereinanderliegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungswiderstände (6; 7) als Strömungswiderstandselemente (11; 22) ausgebildet sind und im Bereich eines der Strömungswiderstandselemente (11; 22) zugleich eine Substratheizung (19) angeordnet ist.
Gasseparationsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasseparationskompartment (4) mit einem Deckel (13) versehen ist und dass ein Strömungswiderstandselement (11; 22), das einen der Strömungswiderstände (6; 7) bildet, mit dem Deckel(13) verbunden ist.
Gasseparationsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasseparationskompartment mit quer zur Längserstreckung (2) liegenden Kompartmentwänden (12) versehen ist und dass ein Strömungswiderstandselement (11; 22), das einen der Strömungswiderstände (6; 7) bildet, mit einer Kompartmentwand (12) verbunden ist.
Gasseparationsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompartmentwände (12) und die Strömungswiderstandselemente (11; 22) direkt oder über die Kompartmentwände (12) mit dem Deckel (13) verbunden sind.
Gasseparationsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vakuumquelle (8) der aktiven Gasseparationselemente (5) durch eine Verbindung (9) mit einer Vakuumpumpe (10) gebildet ist.
Gasseparationsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumquellen (8) der aktiven Gasseparationselemente (5) durch je eine Verbindung (9) mit ein- und derselben Vakuumpumpe (10) gebildet sind.
Gasseparationsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungswiderstandselement (11; 22) bei einem flachen ebenen in einer Substrattransportebene (1) transportierten Substrat parallel zur Substrattransportebene (1) angeordneten Platte (20) besteht, die in einem solchen Abstand (21) zu dem Substrat angeordnet ist, dass sie einen Tunnel bildet, dessen Höhe mindestens zwei Größenordnungen kleiner als seine quer zur Längserstreckung (2) gemessene Breite ist.
Gasseparationsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungswiderstandselement (11; 22) eines aktiven Gasseparationselementes (5) zugleich ein Strömungswiderstandselement (11; 22) des benachbarten aktiven Gasseparationselementes (5) bildet.