DE102010040640B4

DE102010040640B4 - Substratbehandlungsanlage

Info

Publication number: DE102010040640B4
Application number: DE102010040640.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Strümpfel Johannes; Hubertus von der Waydbrink; Andrej WOLF; Reinhard Jaeger
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2010-09-13
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: DE102010040640A1

Abstract

Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten (2) im Durchlaufverfahren in einer Transportrichtung (3), umfassend mindestens eine von Kammerwänden (11, 13, 14, 15) begrenzte Anlagenkammer (1), wobei die Anlagenkammer (1) oder Anordnung von Anlagenkammern (1) eine Eingangsschleuse und eine Ausgangsschleuse aufweist und in der Anlagenkammer (1) eine Transporteinrichtung zum Transport von Substraten (2) in einer Transportebene angeordnet ist, die eine Anordnung von horizontalen, quer zur Transportrichtung (3) angeordneten, drehbaren Transportwalzen (6) aufweist, welche die Transportebene definieren, mit mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung (4) und mindestens einem Pyrometer (7) zur Bestimmung der Substrattemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der mindestens einen Anlagenkammer (1) ein Schutzrohr (8) angeordnet ist, welches sich vom Pyrometer (7) aus von einer unteren Kammerwand (15) unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Transportebene bis zwischen zwei benachbarte Transportwalzen (6) auf ein Substrat (2) zu erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Substratbehandlungsanlage, insbesondere eine Anlage zur Behandlung großflächiger plattenförmiger Substrate wie Glasscheiben oder bandförmiger Substrate wie Folien oder Metallbänder, beispielsweise zur Reinigung oder/und Beschichtung solcher Substrate im Durchlaufverfahren, bei dem die Substrate durch eine Eingangsschleuse in die Anlage eingeschleust, durch verschiedene Abschnitte der Anlage hindurch transportiert und dabei einer Behandlung unter atmosphärischen Bedingungen oder im Vakuum oder in einer Prozessgasatmosphäre unterzogen werden und durch eine Ausgangsschleuse aus der Anlage ausgeschleust werden.
Die aufeinanderfolgend angeordneten Abschnitte solcher Substratbehandlungsanlagen können zur Durchführung unterschiedlicher Verfahrensschritte oder zur Erfüllung verschiedener anderer Aufgaben ausgebildet sein, beispielsweise zum Transfer zwischen den Atmosphären außerhalb und innerhalb der Substratbehandlungsanlage, dem Zwischenspeichern (Puffern) der Substrate innerhalb der Substratbehandlungsanlage, zum Aufheizen oder Abkühlen der Substrate, zum Evakuieren oder Belüften der Anlagenkammer, zur Vakuumtrennung zwischen aufeinanderfolgenden Prozessbereichen, zur Substratbehandlung usw.
In einigen solcher Abschnitte innerhalb derartiger Substratbehandlungsanlagen werden sehr hohe Temperaturen erreicht.
Es ist bekannt, ebene Substrate oder Bahnen im Vakuum mit metallischen und nichtmetallischen Schichten durch thermisches Verdampfen oder Sputtern der Auftragwerkstoffe zu beschichten. In der Regel müssen die zu beschichtenden Flächen für bestimmte Schichteigenschaften vorbehandelt werden. Beispielsweise müssen die Substrate für eine notwendige Haftfestigkeit der aufgebrachten Schicht auf dem Substrat eine Temperatur aufweisen, die in der Regel durch Beheizen des Substrats oder in einer Plasmabehandlung hergestellt werden kann. Die Temperatur des Substrats muss innerhalb bestimmter Grenzen eingestellt werden. Beispielsweise werden für haftfeste Aluminium-Schichten auf Stahlband Substrattemperaturen von 280 °C bis 320 °C eingestellt. Beim Beschichten von Wafern mit Aluminium für Solarzellen sollen 400 °C nicht überschritten werden. In beiden Fällen darf das Einlegieren von Al in das Grundmaterial nicht erfolgen. Oft erfolgt das Beschichten bei veränderlichen Substratgeschwindigkeiten. Der Prozess muss an die Substratdicke, die Substratgeschwindigkeit und die Dicke der aufgebrachten Schicht angepasst werden. Zur Einstellung der Prozessparameter muss die Temperatur des Substrats vor und nach der Beschichtung gemessen werden. Beispielsweise kann aus der Temperatur nach der Beschichtung auf die Dicke aufgebrachter Schichten geschlossen werden, die durch ihre Kondensationswärme zu einer weiteren Erwärmung des Substrates führt.
Temperaturmessungen am Substrat im Vakuum werden vorwiegend berührungslos mit Pyrometern durchgeführt. Aus DE 10 2008 026 002 A1 sind ein Verfahren und die zugehörige Einrichtung zur Temperaturmessung beim kontinuierlichen Beschichten von ebenen Substraten oder Bahnen unter Vakuumbedingungen bekannt.
Dabei erweist es sich oftmals als problematisch, dass die Pyrometer in Prozessnähe dem Streudampf ausgesetzt sind, wodurch die Messergebnisse verfälscht werden.
US 4 796 562 A behandelt eine Batch-Anlage für CVD-Verfahren an Wafern. Dabei erstreckt sich ein Schutzrohr auf die zu beschichtende Seite des Substrats zu, d.h. das Schutzrohr mündet im besonders gefährdeten Bereich nahe der zu beschichtenden Oberfläche des Substrats.
EP 0 246 794 A2 beschreibt einen abgewinkelten, drehbaren Temperaturfühler, um Temperaturen an verschiedenen Stellen messen zu können. DE 198 23 203 A1 und JP 04 183 864 AA beschreiben jeweils einen unter dem Substrat angeordneten, ungeschützten Temperatursensor.
Zur Vermeidung von Verfälschungen der Messergebnisse durch Streudampf wird nachfolgend eine Verbesserung an bekannten Substratbehandlungsanlagen vorgeschlagen.
Hierzu wird bei einer Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten im Durchlaufverfahren in einer Transportrichtung, die mindestens eine von Kammerwänden begrenzte Anlagenkammer, wobei die Anlagenkammer oder Anordnung von Anlagenkammern eine Eingangsschleuse und eine Ausgangsschleuse aufweist und in der Anlagenkammer eine Transporteinrichtung zum Transport von Substraten in einer Transportebene angeordnet ist, die eine Anordnung von horizontalen, quer zur Transportrichtung angeordneten, drehbaren Transportwalzen aufweist, welche die Transportebene definieren, mit mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung und mindestens einem Pyrometer zur Bestimmung der Substrattemperatur umfasst, vorgeschlagen, dass im Innern der mindestens einen Anlagenkammer ein Schutzrohr angeordnet ist, welches sich vom Pyrometer aus von einer unteren Kammerwand unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Transportebene bis zwischen zwei benachbarte Transportwalzen auf ein Substrat zu erstreckt.
Mit anderen Worten ist die vorgeschlagene Lösung vorteilhaft sowohl bei diskontinuierlichen, sogenannten Batch-Anlagen, wie auch bei kontinuierlichen, sogenannten Durchlaufanlagen, verwendbar. Dabei kann die Substratbehandlungsanlage entweder eine einzelne oder, wie insbesondere im Zusammenhang mit Durchlaufanlagen üblich, eine Anordnung mehrerer miteinander verbundener Anlagenkammern umfassen.
Das Schutzrohr sorgt dafür, dass Streudampfteilchen, Plasma und ähnliche Einflüsse nicht direkt auf die Empfangseinrichtung des Pyrometers einwirken können. Die Mündung des Schutzrohrs schafft für Streudampfteilchen usw. eine Distanz zur Empfangseinrichtung, die zunächst überwunden werden muss. Das Innere des Schutzrohrs wirkt zugleich als Kondensationsfläche für die eindringenden Streudampfteilchen oder Teilchen aggressiver Prozessatmosphären, so dass diese zu einem großen Teil nicht mehr die Empfangseinrichtung des Pyrometers erreichen können. Dadurch ist die Empfangseinrichtung weitestgehend vor diesen Einflüssen geschützt, so dass wesentlich längere Wartungsintervalle möglich sind. Dabei kann das Pyrometer selbst ebenfalls im Innern der Anlagenkammer oder, wie nachfolgend noch beschrieben wird, außerhalb der Anlagenkammer angeordnet sein.
Die Substratbehandlungsanlage ist zur Behandlung von Substraten im Durchlaufverfahren in einer Transportrichtung ausgebildet, wobei die Anlagenkammer oder Anordnung von Anlagenkammern eine Eingangsschleuse zum Einschleusen von Substraten und eine Ausgangsschleuse zum Ausschleusen von Substraten aufweist. Üblicherweise sind dabei die Eingangsschleuse, eine oder mehrere Anlagenkammern und die Ausgangsschleuse linear hintereinander angeordnet, so dass die Eingangsschleuse und die Ausgangsschleuse an entgegengesetzten Enden der Anlage angeordnet sind. Jedoch sind auch Anlagentypen bekannt, bei denen die Transportrichtung innerhalb der Anlage ein- oder mehrmals umgelenkt wird. Auch in diesem Fall ist die vorgeschlagene Lösung selbstverständlich anwendbar.
In der Anlagenkammer ist eine Transporteinrichtung zum Transport von Substraten in einer Transportebene angeordnet und das Schutzrohr ist unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Transportebene angeordnet. Auf diese Weise lässt sich das Pyrometer auf das oder die Substrate richten, um deren Temperatur zu ermitteln, ohne jedoch das Schutzrohr auf die Substratbehandlungseinrichtung, von der die das Messergebnis ungünstig beeinflussenden Effekte ausgehen, zu richten. Dadurch wird das Eindringen unerwünschter Teilchen in das Schutzrohr weiter vermindert.
Die Transporteinrichtung weist eine Anordnung von horizontalen, quer zur Transportrichtung angeordneten, drehbaren Transportwalzen auf, welche die Transportebene definieren, und das Schutzrohr erstreckt sich von einer unteren Kammerwand bis nahe unterhalb der Anordnung oder bis zwischen zwei benachbarte Transportwalzen. Derartige Transporteinrichtungen sind insbesondere in Durchlaufanlagen für plattenförmige Substrate bekannt und üblich.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Substratbehandlungseinrichtung und das Schutzrohr auf unterschiedlichen Seiten der Transportebene angeordnet sind, beispielsweise bei einer horizontal arbeitenden Anlage die Substratbehandlungseinrichtung oberhalb der Transportebene angeordnet ist und das Schutzrohr unterhalb der Transportebene angeordnet ist, oder umgekehrt. Wird das Pyrometer nun auf der Seite der Transportebene angeordnet, die der Substratbehandlungseinrichtung gegenüberliegt, so wird die Mündung des Schutzrohrs gegenüber der Substratbehandlungseinrichtung die meiste Zeit über verdeckt, nämlich immer dann, wenn sich ein Substrat im Behandlungsbereich befindet. Auch hierdurch lassen sich unerwünschte Beeinflussungen durch Streudampf oder Prozessatmosphäre nochmals stark verringern.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Anlagenkammer mindestens eine quer zur Transportrichtung angeordnete Kammerwand oder Schottwand aufweist und das Schutzrohr sich unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf diese Kammerwand oder Schottwand zu erstreckt. Diese Ausführung ist ebenfalls bei Durchlaufanlagen von besonderer Bedeutung. Bei einer Anlagenkammer, die ohne weitere Unterteilung eine Substratbehandlungseinrichtung aufweist, wird der Einflussbereich der Substratbehandlungseinrichtung durch die Kammerwand begrenzt, die senkrecht auf der Transportrichtung steht. Bei größeren Anlagenkammern, die durch Schottwände in verschiedene Teilkammern, beispielsweise sogenannte Kompartments unterteilt sind, wird der Einflussbereich der Substratbehandlungseinrichtung durch die Schottwand begrenzt.
Wenn nun das Schutzrohr schräg auf eine solche Kammerwand oder Schottwand gerichtet ist, so wird die Erreichbarkeit der Mündung des Schutzrohrs für unerwünschte Teilchen weiter erschwert, da die Mündung vom Prozesszentrum abgewandt ist. Gleichzeitig kann die Temperatur des Substrats bei Durchlaufanlagen durch diese Ausgestaltung bereits beim Eintreten in die Anlagenkammer oder das Kompartment bzw. unmittelbar vor dem Verlassen der Anlagenkammer bzw. des Kompartments ermittelt werden.
Wie oben bereits erwähnt, kann das Pyrometer gemeinsam mit dem Schutzrohr im Innern der Anlagenkammer angeordnet sein. In einer anderen Ausgestaltung ist hingegen vorgesehen, dass das Pyrometer an der Außenseite einer Kammerwand angeordnet ist und eine optische Verbindung in das Schutzrohr aufweist. Hierdurch ist es möglich, das Pyrometer bedarfsweise auch im Betrieb der Substratbehandlungsanlage auszutauschen, ohne die Anlage herunterfahren zu müssen. Die optische Verbindung in das Schutzrohr kann gegebenenfalls durch eine Glasscheibe hindurch erfolgen, die beispielsweise an der Mündung oder an dem zum Pyrometer gewandten Ende des Schutzrohrs angeordnet sein kann, um die Dichtheit der Anlagenkammer nicht zu beeinträchtigen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
1 einen Teillängsschnitt durch eine Substratbehandlungsanlage.
Die Substratbehandlungsanlage weist eine Anlagenkammer 1 auf, die in einer Längsschnittdarstellung gezeigt ist. Es handelt sich um eine kontinuierlich arbeitende horizontale Beschichtungsanlage, in der Substrate 2 einzeln, auf einer Transporteinrichtung liegend, in einer Transportrichtung 3 an einer Substratbehandlungseinrichtung 4, die in den Ausführungsbeispielen zwei Sputtereinrichtungen mit je einem rotierenden Target umfasst, vorbei durch die Anlagenkammer 1 bewegt werden. Die Sputtereinrichtungen 4 sind an der oberen Kammerwand 13 und damit oberhalb der Transportebene der Substrate 2 angeordnet. Die obere Kammerwand 13 ist nicht geschlossen, sondern weist eine Öffnung auf, die mittels eines Deckels, der die Sputtereinrichtungen 4 trägt, verschlossen ist.
Die Anlagenkammer 1 ist durch zwei Vakuumpumpen 5 evakuierbar. Links und rechts der dargestellten Anlagenkammer 1 sind weitere Anlagenkammern angeordnet, die hier jedoch nicht dargestellt sind, weil sie für die Erfindung ohne Belang sind.
Die Transporteinrichtung umfasst eine horizontale Anordnung von langgestreckten Transportwalzen 6 quer zur Transportrichtung 3, auf die plattenförmige Substrate 2 ohne weitere Substrathalter aufgelegt werden und die antreibbar sind, so dass die Substrate 2 in der Transportrichtung 3 in einer durch die obersten Mantellinien der Transportwalzen 6 definierten Transportebene durch die Anlagenkammer 1 hindurch transportiert werden. Jede solche Transportwalze 6 ist an jedem ihrer beiden Enden drehbar gelagert, wobei die Transportwalzen 6 mit jedem Ende in je einer (in den Figuren nicht dargestellten) Lagerbank gelagert ist, die jeweils die Lager für mehrere in der Transportrichtung 3 der Substrate 2 hintereinander angeordnete Transportwalzen 6 aufweisen.
An der unteren Kammerwand der Anlagenkammer sind außerhalb der Anlagenkammer 1 zwei Pyrometer 7 angeordnet. Diese sind jeweils mit einem Schutzrohr 8 verbunden, welches sich durch die untere Kammerwand 13 hindurch in das Innere der Anlagenkammer 1 erstreckt.
Die Schutzrohre 8 erstrecken sich jeweils unter einem von 90° verschiedenen Winkel sowohl auf das Substrat 2 bzw. die Transportebene der Substrate 2 als auch auf die vertikalen Kammerwände 11 zu. Die vertikalen Kammerwände 11 weisen je eine Durchtrittsöffnung 12 für den Transport der Substrate 2 auf. Die Mündungen 81 der Schutzrohre 8 sind zwischen je zwei benachbarten Transportwalzen 6 direkt unterhalb der Transportebene der Substrate 2 angeordnet, so dass die Temperatur der Substrate 2 unmittelbar nach dem Eintreten in die Anlagenkammer 1 bzw. vor dem Austreten der Substrate 2 aus der Anlagenkammer mit hoher Genauigkeit und unter geringstmöglicher Beeinflussung durch Streudampf ermittelt werden kann. Es versteht sich von selbst, dass auch im mittleren Bereich der Anlagenkammer und damit unterhalb der Substratbehandlungseinrichtung 4 weitere Pyrometer 7 bzw. in diesem Bereich die Mündungen 81 der entsprechenden Schutzrohre 8 angeordnet sein könnten, um die Temperatur der Substrate 2 in diesem bereich zu ermitteln.
An den außerhalb der Anlagenkammer 1 liegenden Enden der Schutzrohre 8 sind diese mit je einer (nicht dargestellten) Glasscheibe verschlossen, um die Dichtheit der Anlagenkammer 1 zu gewährleisten.

Claims

Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten (2) im Durchlaufverfahren in einer Transportrichtung (3), umfassend mindestens eine von Kammerwänden (11, 13, 14, 15) begrenzte Anlagenkammer (1), wobei die Anlagenkammer (1) oder Anordnung von Anlagenkammern (1) eine Eingangsschleuse und eine Ausgangsschleuse aufweist und in der Anlagenkammer (1) eine Transporteinrichtung zum Transport von Substraten (2) in einer Transportebene angeordnet ist, die eine Anordnung von horizontalen, quer zur Transportrichtung (3) angeordneten, drehbaren Transportwalzen (6) aufweist, welche die Transportebene definieren, mit mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung (4) und mindestens einem Pyrometer (7) zur Bestimmung der Substrattemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern der mindestens einen Anlagenkammer (1) ein Schutzrohr (8) angeordnet ist, welches sich vom Pyrometer (7) aus von einer unteren Kammerwand (15) unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Transportebene bis zwischen zwei benachbarte Transportwalzen (6) auf ein Substrat (2) zu erstreckt.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratbehandlungseinrichtung (4) und das Schutzrohr (8) auf unterschiedlichen Seiten der Transportebene angeordnet sind.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagenkammer (1) mindestens eine quer zur Transportrichtung (3) angeordnete Kammerwand (11) oder Schottwand aufweist und das Schutzrohr (8) sich unter einem von 90° verschiedenen Winkel auf diese Kammerwand (11) oder Schottwand zu erstreckt.
Substratbehandlungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pyrometer (7) an der Außenseite einer Kammerwand (11, 13, 14, 15) angeordnet ist und eine optische Verbindung in das Schutzrohr (7) aufweist.