DE102011083615B4

DE102011083615B4 - Strahlungsschutz für Substratbehandlungsanlagen

Info

Publication number: DE102011083615B4
Application number: DE102011083615.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Smolke Matthias; Reinhardt BAUER; Torsten Dsaak; Steffen Mosshammer; Thomas Meyer; Michael Hofmann
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: DE102011083615A1

Abstract

Substratbehandlungsanlage zur Behandlung scheibenförmiger Substrate (2) in horizontaler Lage, umfassend eine von Kammerwänden begrenzte Anlagenkammer sowie innerhalb der Anlagenkammer mindestens eine Substratbehandlungseinrichtung und eine Transporteinrichtung (1), wobei die Transporteinrichtung (1) eine Anordnung von in der Transportrichtung hintereinander angeordneten, horizontal ausgerichteten Transportwalzen (3) zur Aufnahme der Substrate (2) in einer horizontalen Substratebene aufweist, zwischen den Transportwalzen (3) untere Heizeinrichtungen (4) angeordnet sind, die jeweils eine untere erste Wärmeabschirmung (5) aufweisen, und oberhalb der Substratebene eine obere zweite Wärmeabschirmung (7) angeordnet ist, wobei die Transportwalzen (3) und die unteren Heizeinrichtungen (4) in axialer Richtung der Transportwalzen (3) eine größere Ausdehnung aufweisen als die zu behandelnden Substrate (2), dadurch gekennzeichnet, dass über den Endbereichen (8) der Transportwalzen (3), die die zu behandelnden Substrate (2) überragen, dritte Wärmabschirmungen (9) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Substratbehandlungsanlage mit einer Transporteinrichtung zum Transport von Substraten.
Typische Substratbehandlungsanlagen zur Durchführung von Substratbehandlungen im Durchlaufverfahren umfassen eine langgestreckte Anlagenkammer mit einer Eingangsschleuse an einem Ende und einer Ausgangsschleuse am anderen Ende sowie dazwischen angeordnete Kammern, beispielsweise eine oder mehrere Prozesskammern mit jeweils mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung, beispielsweise einer Beschichtungseinrichtung, einer Ätzeinrichtung, einer Heizeinrichtung oder dergleichen, eine oder mehrere Pumpkammern mit jeweils mindestens einer Pumpe zur Evakuierung oder/und zur Atmosphärentrennung zwischen davor und dahinter liegenden Kammern, Transferkammern zum Transfer der Substrate von einer Kammer zur nächsten Kammer, usw.
Die durch ihre Funktion definierten Kammern können dabei physisch eigenständige Behälter bilden, die miteinander zu einer Anlagenkammer verbunden sind, oder innerhalb eines gemeinsamen Behälters angeordnet sein, der die Anlagenkammer bildet. Im letzteren Fall können die Kammern physisch durch Trennwände voneinander abgegrenzt sein, die typischerweise eine Substratpassage aufweisen, welche als Strömungswiderstand, d.h. als Öffnung mit einer die Passage der Substrate gerade noch zulassenden Größe, oder als Ventil, beispielsweise Klappen-, Walzen- oder Schieberventil, ausgeführt sein können.
In derartigen Substratbehandlungsanlagen, beispielsweise Anlagen zur Beschichtung oder/und zum Trockenätzen plattenförmiger Substrate, sind Transporteinrichtungen bekannt, die eine Anordnung von Transporträdern oder Transportwalzen aufweisen, auf denen die Substrate stehend oder liegend in einer Transportrichtung von der Eingangsschleuse zur Ausgangsschleuse durch die Substratbehandlungsanlage und dabei durch die dazwischen angeordneten Funktionsbereiche transportiert werden. Dabei können die Substrate von einem Substrathalter getragen werden, der durch die Transporteinrichtung bewegt wird, oder ohne Substrathalter, d.h. direkt auf der Transporteinrichtung liegend oder stehend, durch die Substratbehandlungsanlage bewegt werden.
Eine Transportwalze bezeichnet dabei einen langgestreckten, im wesentlichen zylindrischer Körper, der beispielsweise in einer typischen Transporteinrichtung zum liegenden (horizontalen) Transport plattenförmiger Substrate an jedem seiner beiden Enden drehbar gelagert ist, wobei mehrere Transportwalzen beispielsweise mit jedem Ende in je einer Lagerbank gelagert sein können, die jeweils die Lager für mehrere in der Transportrichtung der Substrate hintereinander angeordnete Transportwalzen aufweisen. Eine derartige Transporteinrichtung ist beispielsweise in DE 10 2005 016 406 A1 beschrieben.
In DE 10 2009 011495 A1 wird eine Vakuumanlage zur kontinuierlichen Behandlung flacher Substrate beschrieben mit einer Transportvorrichtung zum Transport von Substraten in einer Substratebene in Transportrichtung durch die Vakuumanlage, mit zumindest einem Behandlungskompartment, welches eine Einrichtung zur Behandlung der Substrate aufweist, und mit einem Gasseparationskompartment mit einem kanalartigen Strömungswiderstand, welcher gebildet ist durch eine der Substratebene gegenüber liegende Wandung oder durch zwei sich beidseitig der Substratebene gegenüber liegende Wandungen, wobei zumindest eine Wandung des Strömungswiderstands zumindest abschnittsweise mittels eines Heizelements heizbar ist zur Erwärmung eines durch den Strömungswiderstand transportierbaren Substrats.
Bei der Substratbehandlung erfordern einige Behandlungsschritte, dass das bewegte Substrat erhitzt wird.
Es ist bekannt, unterhalb oder zwischen den Transportwalzen Heizeinrichtungen, beispielsweise in Form von Heizkassetten mit Heizmitteln und Wärmeabschirmungen, anzuordnen sowie oberhalb des Substrates Heizeinrichtungen anzuordnen, um Soll-Temperaturprofile auf dem Substrat einzustellen. Stabile Substrattemperaturen sind wünschenswert, damit Schichten mit optimalen Eigenschaften abgeschieden werden können.
1 zeigt den Aufbau eines Heizfeldes. Die Anordnung von unteren Heizeinrichtungen 4 zwischen den Transportwalzen 3 ist vorteilhaft, da dies einen einfachen Ein- und Ausbau der unteren Heizeinrichtungen 4 ermöglicht, ohne Transportwalzen 3 entfernen zu müssen. Zudem ist der Einsatz metallischer Transportwalzen 3 mit sehr guter Vakuumtauglichkeit und geringen Fertigungskosten möglich, da die Transportwalzen 3 aufgrund der Abschattung durch die Substrate 2 keiner direkten Heizerstrahlung ausgesetzt sind. Somit werden trotz deren hohen Wärmeleitfähigkeit keine gefährlichen hohen Wärmeströme in empfindliche Baugruppen des Transportsystems eingetragen. Der Einsatz von preisgünstigen O-Ringen mit begrenzter Einsatztemperatur, die zur Verbesserung des Reibkoeffizienten Walze-Glas und des Anlaufverhaltens auf den Walzen dienen, ist dadurch möglich.
Um eine homogene Substratbeheizung bis zu den Substraträndern sicherstellen zu können, muss das Heizfeld breiter als das Substrat 2 sein. Metallische Transportwalzen 3 sind in Bereichen, die noch innerhalb der unteren Heizeinrichtungen 4, aber schon außerhalb des abschirmenden Substrates 2 liegen, direkter Heizerstrahlung ausgesetzt. 2 zeigt die direkte Heizereinstrahlung auf ungeschützte Transportwalzenbereiche und Schädigung von wärmeempfindlichen Bauteilen. Damit können die ungeschützten Transportwalzenbereiche sehr hohe Temperaturen annehmen. Die aus der hohen Wärmeleitfähigkeit der metallischen Transportwalzen 3 resultierenden Wärmeströme können dann zu Schäden an wärmeempfindlichen Baugruppen des Transportsystems, beispielsweise an den Lagern und den O-Ringen unterhalb des Substrats 2 führen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe, bekannte Durchlauf-Substratbehandlungsanlagen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch eine Substratbehandlungsanlage gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 7 betreffen besondere Ausführungsformen.
Vorgeschlagen wird eine Substratbehandlungsanlage zur Behandlung scheibenförmiger Substrate in horizontaler Lage, umfassend eine von Kammerwänden begrenzte Anlagenkammer sowie innerhalb der Anlagenkammer mindestens eine Substratbehandlungseinrichtung und eine Transporteinrichtung, wobei die Transporteinrichtung eine Anordnung von in der Transportrichtung hintereinander angeordneten, horizontal ausgerichteten Transportwalzen zur Aufnahme der Substrate in einer horizontalen Substratebene aufweist. Zwischen den Transportwalzen sind untere Heizeinrichtungen angeordnet, die jeweils eine untere erste Wärmeabschirmung aufweisen. Oberhalb der Substratebene ist mindestens eine obere zweite Wärmeabschirmung angeordnet. Die Transportwalzen, die unteren Heizeinrichtungen und die obere Heizeinrichtung weisen in axialer Richtung der Transportwalzen eine größere Ausdehnung auf als die zu behandelnden Substrate. Über den Endbereichen der Transportwalzen, die die zu behandelnden Substrate überragen, sind dritte Wärmabschirmungen angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform kann die dritte Wärmeabschirmung die Mantelfläche der Transportwalze zumindest teilweise umschließen. Die dritte Wärmabschirmung kann gekrümmt ausgebildet sein. Die dritte Wärmeabschirmung kann mehrfach abgewinkelt ausgebildet sein. Die dritte Wärmeabschirmung kann in Form eines Blechpaketes aus mindestens zwei zueinander beabstandet angeordneten Einzelblechen ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die dritte Wärmeabschirmung mit zwei benachbarten unteren ersten Wärmeabschirmungen verbunden sein. Die Verbindung mit weiteren Wärmesenken ist hinsichtlich der Wärmeabfuhr vorteilhaft, da somit die Wärmeabschirmung erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform können die unteren ersten Wärmeabschirmungen als Blechpakete aus mindestens zwei zueinander beabstandet angeordneten Einzelblechen ausgebildet sein, wobei mindestens das äußerste, der unteren Heizeinrichtung abgewandte Einzelblech kühlbar ist. Mindestens das innerste, der Transportwalze zugewandte Einzelblech der dritten Wärmeabschirmung kann mit den gekühlten Einzelblechen von zwei benachbarten unteren ersten Wärmeabschirmungen wärmeleitend verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist oberhalb der Substratebene mindestens eine obere Heizeinrichtung angeordnet, welche vorzugsweise in axialer Richtung der Transportwalzen eine größere Ausdehnung als die zu behandelnden Substrate aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich die mindestens eine obere Heizeinrichtung unterhalb der mindestens einen oberen zweiten Wärmeabschirmung.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen detaillierter beschrieben. Darin zeigen

1 den Aufbau des Heizfeldes in einer Substratbehandlungsanlage nach dem Stand der Technik,
2 eine direkter Heizerstrahlung ausgesetzte Transportwalze in einer Substratbehandlungsanlage nach dem Stand der Technik,
3 einen gekrümmten oder mehrfach abgewinkelten, aus mehreren Einzelblechen bestehenden Strahlungsschutz
4 eine Befestigung des Strahlungsschutzes an einer Heizerkassette, und
5 eine Positionierung des Strahlungsschutzes.

3 zeigt eine dritte Wärmeabschirmung 9 in einer ersten und zweiten Ausführungsform. Die dritte Wärmeabschirmung 9 besteht aus mehreren dünnen Einzelblechen. Sie ist zwischen Transportwalze 3 und oberer Heizeinrichtung 6 mit zweiter oberer Wärmeabschirmung 7, welche sich entlang des Transportpfades erstreckt, angeordnet. Zwischen zwei benachbarten Transportwalzen 3 befindet sich eine untere Heizeinrichtung 4 mit einer unteren ersten Wärmeabschirmung 5. In der ersten Ausführungsform ist die dritte Wärmeabschirmung 9 mehrfach abgewinkelt ausgeführt, 3 links. In einer zweiten Ausführungsform ist die dritte Wärmeabschirmung 9 gekrümmt ausgeführt, 3 rechts.
Dadurch soll eine vollständige Abschirmung gegenüber der aus verschiedenen Richtungen einfallenden Wärmestrahlung gewährleistet werden.
Die Bleche der Wärmeabschirmung sind elektrisch poliert. Durch den dadurch erzeugten hohen Reflexionsgrad kann der Wärmestrom auf die Rolle auch schon durch den Einsatz weniger Bleche stark reduziert sein. Die Bleche weisen eine geringe Dicke auf. Für die Wirksamkeit der Wärmeabschirmung im Dauerbetrieb ist nur die Anzahl der Schirmbleche sowie der Reflexionsgrad der Oberflächen entscheidend. Durch die geringe Dicke der Bleche wird deren thermische Trägheit reduziert. Damit behindern die Bleche der Wärmeabschirmung ein schnelles Einschwingen der Kammertemperatur nicht.
In einer dritten Ausführungsform ist das innerste, der Transportwalze 3 zugewandte Einzelblech 12 der dritten Wärmeabschirmung 9 an dem gekühlten Einzelblech 11 der unteren ersten Wärmeabschirmung 5, die in Form einer Blechwanne ausgebildet ist, befestigt, 4. Vorteilhaft ist dabei, dass diese Blechwanne die niedrigste Temperatur aufweist und häufig mit einer aktiven Wasserkühlung versehen ist. Damit kommt das innerste Einzelblech 12 der Abschirmung nur mit Bauteilen, die eine geringe Temperatur aufweisen bzw. gekühlt sind in thermischen Kontakt. Eine ungewünschte Erwärmung des innersten Einzelblechs 12 der Abschirmung durch thermischen Kontakt wird somit vermieden.
In einer vierten Ausführungsform ist die dritte Wärmeabschirmung 9 über dem ungeschützten Endbereich 8 der Transportwalzen 3 in einem ausreichenden Abstand s zum vorbeifahrenden Substrat 2 platziert, 5. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass das Substrat 2 auch bei leichtem Quertransport nicht mit der dritten Wärmeabschirmung 9 kollidiert.
Die Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert, wobei diese Darstellung die Erfindung nicht einschränken soll. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen verschiedener Ausführungsformen, die hier beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Transporteinrichtung
2: Substrat
3: Transportwalze
4: untere Heizeinrichtung
5: untere erste Wärmeabschirmung
6: obere Heizeinrichtung
7: obere zweite Wärmeabschirmung
8: Endbereich der Transportwalze
9: dritte Wärmeabschirmung
10: Mantelfläche der Transportwalze
11: gekühltes Einzelblech der unteren Wärmeabschirmung
12: innerstes, der Transportwalze zugewandtes Einzelblech

Claims

Substratbehandlungsanlage zur Behandlung scheibenförmiger Substrate (2) in horizontaler Lage, umfassend eine von Kammerwänden begrenzte Anlagenkammer sowie innerhalb der Anlagenkammer mindestens eine Substratbehandlungseinrichtung und eine Transporteinrichtung (1), wobei die Transporteinrichtung (1) eine Anordnung von in der Transportrichtung hintereinander angeordneten, horizontal ausgerichteten Transportwalzen (3) zur Aufnahme der Substrate (2) in einer horizontalen Substratebene aufweist, zwischen den Transportwalzen (3) untere Heizeinrichtungen (4) angeordnet sind, die jeweils eine untere erste Wärmeabschirmung (5) aufweisen, und oberhalb der Substratebene eine obere zweite Wärmeabschirmung (7) angeordnet ist, wobei die Transportwalzen (3) und die unteren Heizeinrichtungen (4) in axialer Richtung der Transportwalzen (3) eine größere Ausdehnung aufweisen als die zu behandelnden Substrate (2), dadurch gekennzeichnet, dass über den Endbereichen (8) der Transportwalzen (3), die die zu behandelnden Substrate (2) überragen, dritte Wärmabschirmungen (9) angeordnet sind.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wärmeabschirmung (9) die Mantelfläche (10) der Transportwalze (3) zumindest teilweise umschließt.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wärmeabschirmung (9) gekrümmt ausgebildet ist.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wärmabschirmung (9) mehrfach abgewinkelt ausgebildet ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wärmabschirmung (9) in Form eines Blechpaketes aus mindestens zwei zueinander beabstandet angeordneten Einzelblechen ausgebildet ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wärmeabschirmung (9) mit zwei benachbarten unteren ersten Wärmeabschirmungen (5) verbunden ist.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unteren ersten Wärmeabschirmungen (5) als Blechpakete aus mindestens zwei zueinander beabstandet angeordneten Einzelblechen ausgebildet sind, wobei mindestens das äußerste, der unteren Heizeinrichtung (4) abgewandte Einzelblech (11) kühlbar ist und mindestens das innerste, der Transportwalze (3) zugewandte Einzelblech (12) der dritten Wärmeabschirmung (9) mit den gekühlten Einzelblechen (11) von zwei benachbarten unteren ersten Wärmeabschirmungen (5) wärmeleitend verbunden ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der Substratebene eine obere Heizeinrichtung (6) angeordnet ist, welche vorzugsweise in axialer Richtung der Transportwalzen (3) eine größere Ausdehnung als die zu behandelnden Substrate (2) aufweist.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Heizeinrichtung (6) unterhalb der oberen zweiten Wärmeabschirmung (7) angeordnet ist.