DE102012110287B4

DE102012110287B4 - Substratbehandlungsanlage und Verfahren zur Druckminderung

Info

Publication number: DE102012110287B4
Application number: DE102012110287.2A
Authority: DE
Inventors: Iordan Kossev; Thomas Niederhausen; Sabine Gregor
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2032-10-27
Also published as: DE102012110287A1

Abstract

Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten (2), umfassend mindestens eine auf Schleusendruck evakuierbare Schleusenkammer (1) und mindestens eine auf Prozessdruck evakuierbare Prozesskammer sowie eine sich durch die Substratbehandlungsanlage erstreckende Transporteinrichtung (13) für den Transport zu behandelnder Substrate entlang eines Transportpfads, wobei an mindestens einer Stelle des Transportpfades unmittelbar vor einer Schleusenkammer oder/und unmittelbar vor einer Prozesskammer eine Druckminderungseinrichtung angeordnet ist, in der durch Einleitung einer Gasströmung ein Druck mit einem Betrag erzeugt wird, der zwischen Atmosphärendruck und Schleusendruck bzw. zwischen Schleusendruck und Prozessdruck liegt, wobei die Druckminderungseinrichtung mindestens einen den Transportpfad umschließenden Gasströmungskanal (3) mit einem sich an mindestens einer Stelle verjüngenden Querschnitt, mindestens ein Gaseinlassmittel (7) mit einer dem Transportpfad des Substrats (2) entgegengesetzt angeordneten oder in Richtung des Transportpfades des Substrats (2) angeordneten Gaseinlassöffnung (8) und mindestens einen auf der entgegengesetzten Seite des Gaseinlassmittels (7) am Gasströmungskanal (3) angeordneten Gasauslass (18) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Substratbehandlungsanlage zur Beschichtung von Substraten sowie ein Verfahren zur Druckminderung.
DE 10 2011 079 212 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verhinderung von Streudampfbeschichtungen beim Sputtern von einem Target, wobei in einem Vakuum einer Prozesskammer ein Substrat durch ein von einem Magnetron erzeugten Plasma hindurch bewegt wird und ein Prozessgas zum Sputtern des Materials eines mit dem Magnetron verbunden Targets in die Prozesskammer eingeleitet wird, wobei das Prozessgas in Substratnähe und in einer in Richtung zum Innenraum der Prozesskammer gerichteten Gasströmung zugeführt wird, sowie eine Anordnung zur Verhinderung von Streudampfbeschichtungen beim Sputtern von einem Target mit einem quer zu einer Transportrichtung eines Substrats liegenden Magnetron in einer Prozesskammer, die einen Substrateintritt und einen Substrataustritt aufweist, wobei unmittelbar über der Substrattransportebene quer zur Substrattransportrichtung ein Gaseinleitungskanal angeordnet ist, der mit Gasaustrittsöffnungen versehen ist, die mit einer Gasabsaugöffnung innerhalb der Prozesskammer derart korrespondieren, dass auf dem Substrat eine in Richtung zum Innenraum der Prozesskammer gerichtete Gasströmung bewirkt wird.
DE 10 2010 049 861 A1 offenbart eine Gasschleuse zur Trennung zweier Gasräume, umfassend mindestens einen Einströmkörper, der mindestens einen Einlasskanal für ein Gas aufweist, der in eine erste Seite des Einströmkörpers mündet, eine beabstandet zur ersten Seite des mindestens einen Einströmkörpers angeordnete Wandung, wobei zwischen der Wandung und dem mindestens einen Einströmkörper ein Spalt, der in fluidischer Verbindung mit dem Einlasskanal steht, ausgebildet ist, mindestens zwei Ausströmöffnungen für das Gas, die in fluidischer Verbindung mit dem Spalt stehen, wobei in der den mindestens einen Einströmkörper begrenzenden ersten Seite und/oder in der der ersten Seite des Einströmkörpers zugewandten Seite der Wandung mindestens eine Messkammer zur Messung mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft des Gases vorhanden ist.
Bekannt sind Anordnungen von Substratbehandlungsanlagen mit mindestens einer Schleuse und einem Prozessbereich. Aktuell werden Vakuumpumpen benutzt, um den Schleusenbereich auf einen ausreichend niedrigen Druck zu bringen, damit das Substrat in die Anlage herein- oder heraus transportiert werden kann. Für Substrate, die einzelne Platten (Glasscheiben z.B.) darstellen, werden periodisch abgepumpte Schleusen verwendet, bei welchen der Schleusenbereich auf Atmosphärendruck belüftet wird. Anschließend wird das Substrat herein transportiert und der Schleusenbereich auf den Schleusendruck evakuiert. Der auch als Übergabedruck bezeichnete Druck ermöglicht die Übergabe des Substrates in den Prozessbereich. Der Schleusenbereich wird nach dem Erreichen des Übergabedrucks hin zum Prozessbereich geöffnet und das Substrat wird in den Prozessbereich transportiert. Der Schleusenbereich wird nun gegenüber dem Prozessbereich verschlossen. Diese Vorgänge werden periodisch wiederholt und bilden den zyklischen Taktbetrieb bei Substratbehandlungsanlagen.
Weiterhin sind Substratbehandlungsanlagen bekannt, in denen der Schleusenbereich aus mehreren nacheinander in Transportrichtung des Substrats angeordneten Kammern besteht. Jede dieser Kammern wird kontinuierlich mit Hilfe von Vakuumpumpen abgepumpt, sodass die Druckdifferenz zwischen Schleusenbereich und Prozessbereich von Kammer zu Kammer sinkt. Die Kammern sind dabei durch hinreichend schmale Spalten verbunden, damit ein Substrattransport ermöglicht wird, und gleichzeitig möglichst wenig Gasaustausch zwischen den Kammern stattfindet. Diese Art des Schleusenbereiches wird hauptsächlich für bandförmiges Substrat, welches kontinuierlich zugeführt wird, verwendet.
Die Zuführung von plattenförmigen Substraten ist mit diesem Anlagentyp nicht möglich.
Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist der hohe Bauaufwand des Schleusenbereiches, da nur relativ geringe Druckdifferenzen zwischen den einzelnen Schleusenkammern durch die Vakuumpumpen erreicht werden können. Somit werden in einer typischen Konfiguration ca. 5–10 Schleusenkammern eingesetzt um einen ausreichend kleinen Übergabedruck zu realisieren.
Ein weiterer Nachteil der bisherigen Lösung ist die Notwendigkeit groß dimensionierter Kühlfallen im Schleusenbereich, da durch Substrate in die Schleusenkammer eingebrachtes Wasser bei geringem Druck verdampft und abgeführt werden muss.
Es besteht daher der Bedarf nach einer verbesserten Substratbehandlungsanlage, die die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Substratbehandlungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Druckminderung an oder in Substratbehandlungsanlagen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Es wird eine Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten vorgeschlagen, die mindestens eine auf Schleusendruck evakuierbare Schleusenkammer umfasst und mindestens eine auf Prozessdruck evakuierbare Prozesskammer sowie eine sich durch die Substratbehandlungsanlage erstreckende Transporteinrichtung für den Transport zu behandelnder Substrate entlang eines Transportpfads umfasst, wobei an mindestens einer Stelle des Transportpfades unmittelbar vor einer Schleusenkammer oder/und unmittelbar vor einer Prozesskammer eine Druckminderungseinrichtung angeordnet ist, in der durch Einleitung einer Gasströmung eine Minderung der Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck und Schleusendruck bzw. zwischen Schleusendruck und Prozessdruck liegt, wobei die Druckminderungseinrichtung mindestens einen den Transportpfad umschließenden Gasströmungskanal mit einem sich an mindestens einer Stelle verjüngenden Querschnitt, mindestens ein Gaseinlassmittel mit einer dem Transportpfad des Substrats entgegengesetzt oder in Richtung des Transportpfades des Substrats angeordneten Gaseinlassöffnung und mindestens einen auf der entgegengesetzten Seite des Gaseinlassmittels am Gasströmungskanal angeordneten Gasauslass umfasst.
Die beschriebene Druckminderung kann vorteilhaft insbesondere unmittelbar vor einer Schleusenkammer erfolgen. Die beschriebene Druckminderungseinrichtung kann jedoch ebenso innerhalb einer Schleusenkammer angeordnet sein, um den Schleusendruck im unmittelbaren Bereich der Substratpassage beispielsweise direkt vor der Übergabe des Substrats in die anschließende Prozesskammer stärker abzusenken.
Mit anderen Worten soll durch die Druckminderungseinrichtung beispielsweise vor der Schleusenkammer einer Substratbehandlungsanlage ein Druck unterhalb des Atmosphärendruckes erreicht werden, der eine Belüftung der Schleusenkammer auf Atmosphärendruck mit anschließender Evakuierung überflüssig macht. Dadurch können die Taktzeiten verkürzt werden und die Vakuumpumpen in der Schleusenkammer kleiner dimensioniert werden.
Es versteht sich von selbst, dass eine derartige Druckminderungseinrichtung ebenso vorteilhaft innerhalb einer Substratbehandlungsanlage, beispielsweise in einer Schleusenkammer oder in einem Bereich zwischen einer Schleusenkammer und einer Prozesskammer angeordnet werden kann.
Die Druckminderungseinrichtung umfasst einen Gasströmungskanal mit einem sich an mindestens einer Stelle verjüngenden Querschnitt. Mit einem solchen Kanal kann eine definierte turbulente Gasströmung erreicht werden, wobei die Verjüngung des Querschnitts zu einer beschleunigten Gasströmung und damit zu einer verstärkten Saugleistung der Druckminderungseinrichtung führt.
In der Druckminderungseinrichtung ist ein Gaseinlassmittel mit einer Gaseinlassöffnung angeordnet, wobei die Einlassrichtung des Gases entgegengesetzt zur Transportrichtung des Substrats ausgerichtet ist. In einer alternativen Ausführung kann eine Anordnung von Gaseinlassmitteln mit einer der Transportrichtung des Substrats entsprechenden Einlassrichtung des Gases vorgesehen sein.
Die Druckminderungseinrichtung umfasst weiterhin mindestens einen auf der entgegengesetzten Seite des Gaseinlasses am Gasströmungskanal angeordneten Gasauslass. Dieser kann beispielsweise dazu dienen, das aus der Druckminderungseinrichtung entfernte Gas zumindest teilweise wieder in die Druckminderungseinrichtung einzuführen. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Gas konditioniert, beispielsweise getrocknet, temperiert oder gereinigt ist.
Dazu kann die Substratanlage in einer weiteren vorteilhaften Ausführung mindestens eine zwischen Gasauslass und Gaseinlass angeordnete Pumpeinrichtung umfassen.
Dabei kann vorteilhaft der Pumpeneinlass der Pumpeinrichtung mittels Rohrleitungen mit dem Gasauslass der Druckminderungseinrichtung und der Pumpenauslass der Pumpeinrichtung mittels Rohrleitungen mit dem Gaseinlass der Druckminderungseinrichtung verbunden sein, d.h. die Pumpeinrichtung erzeugt eine umlaufende Gasströmung, bei der zumindest ein Teil des aus dem Gasauslass entweichenden Gases wieder in den Gaseinlass eingespeist wird, um in der Druckminderungseinrichtung die Gasströmung zu erzeugen, die den Druck darin absenkt. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Pumpeneinrichtung, beispielsweise als Turbine ausgeführt und im Gasströmungskanal angeordnet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung umfasst mindestens eine zwischen Gasauslass und Gaseinlass der Druckminderungseinrichtung angeordnete Gasbehandlungseinrichtung. Diese Gasbehandlungseinrichtung kann wie die Pumpeneinrichtung in einem durch Rohrleitungen zwischen Gasauslass und Gaseinlass der Druckminderungseinrichtung gebildeten Kreislauf angeordnet sein.
In dieser Gasbehandlungseinrichtung kann beispielsweise eine Reinigung des Gases durch Filterelemente oder auch eine Temperierung des Gases stattfinden. Ebenso kann die relative Gasfeuchte gemessen werden und gegebenenfalls durch die Behandlungseinrichtung beeinflusst werden, d.h. die Gasbehandlungseinrichtung kann beispielsweise eine Trocknung des Gasstroms bewirken.
Eine Trocknung kann erforderlich sein, wenn das Substrat mit sich Wasser in die Druckminderungseinrichtung bringt, wo das Wasser durch den Unterdruck desorbiert und die Gasphaseanreichert. Dadurch ergeben sich auch Vorteile für die nachfolgenden Kammern der Anlage, wo ein verminderter Wasseranfall technologisch günstig sein kann. Durch diese Reduktion des Wassereintrages lassen sich Kühlfallen kleiner dimensionieren und Energie einsparen.
Eine Temperierung des Gases kann erforderlich sein, da sonst das Gas in der Rückführung kontinuierlich wärmer würde, aufgrund der durch das Umwälzen des Gases erzeugten Reibungswärme. Mit einer geeigneten Einstellung beispielsweise eines Wärmetauschers kann eine gewünschte Gastemperatur in der Druckminderungseinrichtung erreicht werden, um z.B. die Austrocknung des Substrats zu begünstigen.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Druckminderung an oder in Substratbehandlungsanlagen vorgeschlagen, bei dem ein Substrat in einen insbesondere unmittelbar vor einer Schleusenkammer oder/und unmittelbar vor einer Prozesskammer angeordneten, einen Transportpfad des Substrats umschließenden Gasströmungskanal eingebracht wird, in den Gasströmungskanal mit einer dem Transportpfad des Substrats entgegengesetzten Richtung ein Gas eingeleitet, beschleunigt und anschließend aus dem Gasströmungskanal entfernt wird, wobei das eingeleitete Gas innerhalb des Gasströmungskanals das Substrat mit hoher Geschwindigkeit umströmt und durch Impulsübertragung das in der Druckminderungseinrichtung befindliche Gas zumindest teilweise mit dem eingeleiteten Gas aus der Druckminderungseinrichtung entfernt wird.
Mit anderen Worten kann mit dem vorgeschlagenen Verfahren in einer wie oben beschriebenen Druckminderungseinrichtung, die einer Schleusenkammer einer Substratbehandlungsanlage vorgeschaltet ist, eine turbulente Strömung mit hoher Geschwindigkeit erreicht werden und dadurch im Innern der Druckminderungseinrichtung der Druck nach dem Injektorprinzip abgesenkt werden.
Weiter kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass das aus dem Gasströmungskanal entfernte Gas zumindest teilweise durch eine Pumpeinrichtung wieder der Druckminderungseinrichtung zugeführt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Gas vor dem Einleiten in den Gasströmungskanal behandelt, insbesondere getrocknet oder/und temperiert oder/und gereinigt.
Schließlich kann bei dem vorgeschlagenen Verfahren vorgesehen sein, dass das Substrat innerhalb der Druckminderungseinrichtung auf einer zumindest teilweise blockierbaren Transporteinrichtung in einem Vorhaltebereich positioniert wird.
Nachfolgend werden ein Ausführungsbeispiel einer der Schleuse einer Substratbehandlungsanlage vorgelagerten Druckminderungseinrichtung sowie das darin durchgeführte Verfahren zur Druckminderung bereits vor der Schleusenkammer anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
1 den Schleusenbereich einer Substratbehandlungsanlage mit einer der Schleusenkammer vorgeschalteten Druckminderungseinrichtung.
In 1 sind der Aufbau der Druckminderungseinrichtung und der Schleusenkammer 1 sowie ihre relative Anordnung zueinander dargestellt. Das Substrat 2 wird entlang des Transportpfades auf den Transportrollen 13 und den gebremsten Transportrollen 14 bis an einen Übergabebereich 15 herangeführt. Nach Eintritt des Substrates in den Übergabebereich 15 wird aus der Gaseinlassöffnung 8 des Gaseinlassmittels 7 durch den Gasströmungskanal 3 mit einem sich verjüngenden Querschnitt Gas mit hoher Geschwindigkeit zum Gasauslass 18 transportiert. Durch die Strömung wird nach dem Injektorprinzip der Druck in der Druckminderungseinrichtung verringert. Das Gas 10 strömt nach dem Passieren des Gasauslasses 18 durch Rohrleitungen zur Pumpeinrichtung 4, durch die Behandlungseinrichtung 5 und wird über die Rohrleitung 6 wieder dem Gaseinlassmittel 7 zugeführt. Wenn die Verminderung des Gasdruckes in der Druckminderungseinrichtung maximiert ist wird das Absperrventil 16 geöffnet und die Schleusenkammer 1 über die Rohrleitung 17 mit der Einlassöffnung 11 auf den Druck der Druckminderungseinrichtung gebracht. Anschließend wird das Klappenventil 9 geöffnet und das Substrat in die Schleusenkammer 1 transportiert.
Die Lösung beruht maßgeblich auf der Verwendung des Injektor-Prinzips bei gleichzeitigem Transport des plattenförmigen Substrats 2 durch den Injektor-Kanal (Gasströmungskanal 3) in oder gegen die Richtung des einströmenden Gases.
Wenn Gas mit hoher Geschwindigkeit aus den Gaseinlassöffnungen 8 durch den Gasströmungskanal 3 strömt, herrscht im Druckminderungsbereich 12 ein Unterdruck, der auf die Pumpwirkung des von den Gaseinlassöffnungen 8 in den Gasströmungskanal 3 einströmenden Gases beruht.
Die Funktionsweise beim Einschleusen des Substrats kann so dargestellt werden:

1. Bevor das Substrat in die Druckminderungseinrichtung hereinkommt, wird die Gaszufuhr in den Gaseinlassöffnungen 8 abgeschaltet. In der Druckminderungseinrichtung stellt sich rasch atmosphärischer Druck ein. Das Substrat 2 durchquert den Gasströmungskanal 3 in Richtung hin zur Schleusenkammer 1, und wird dort angehalten. Die Vorderkante befindet sich im Vorhaltebereich 15, der weit genug vom Gasströmungskanal 3 entfernt ist, so dass sie später keiner direkten Umströmung durch Gas mit hoher Geschwindigkeit von den Gaseinlassöffnungen 8 ausgesetzt sein wird. Die Position 15 befindet sich außerdem weit genug von dem Klappenventil 9 entfernt, damit das Klappenventil 9 beim Öffnen nicht behindert wird. Jetzt wird die Gaszufuhr wieder eingeschaltet und das Evakuieren des Druckminderungsbereichs 12 wird somit begonnen. Wenn das Substrat 2 eingeschleust werden soll, dann öffnet sich das Ventil 16 und die Schleusenkammer 1 wird über die Leitung 17 auf einen Druck geflutet, der niedriger als Atmosphärendruck ist, und vom Volumenverhältnis der Schleusenkammer 1 des Druckminderungsbereichs 12 abhängig ist. Bei passender Wahl der beiden Volumina kann ein gewünschter Druck beim Fluten erreicht werden, z.B. 200 mbar. Die Pumpwirkung der Gasströmung im Gasströmungskanal 3 soll darauf abgestimmt sein, diesen Druck aufrechtzuerhalten.
2. Sobald ein ausreichender Druckausgleich zwischen Druckminderungsbereich 12 und Schleusenkammer 1 erfolgt ist, öffnet sich das Klappenventil 9. Das Substrat, welches bis dahin auf den Halte- und Bremsrollen 14 gestanden hat, wird in die Schleusenkammer 1 eingefahren.
3. Nach dem Hereinfahren schließt sich das Klappenventil 9 und die Schleusenkammer 1 wird von diesem Unterdruck weiterhin mit konventionellen Vakuumpumpen weiter evakuiert. Die Gaszufuhr in der Druckminderungseinrichtung wird eingestellt und die Prozedur wiederholt sich vom Schritt 1.

Beim Ausschleusen läuft die Prozedur in der umgekehrten Reihenfolge: Das Fluten der Schleusenkammer 1 findet über die Leitung 17 statt, währenddessen läuft die Gaszufuhr im Gasströmungskanal 3. Das Substrat 2 wird angehalten, sobald seine Hinterkante Position 15 erreicht. Dann wird das Klappenventil 9 geschlossen, und die Schleusenkammer 1 mit konventionellen Pumpen evakuiert, während die Gaszufuhr im Bereich 3 eingestellt wird und das Substrat 2 herausgefahren wird.
Die Transportrollen 13 führen das Substrat 2 der Injektor-Schleuse zu oder von ihr ab und sind Stand der Technik bei Transport des Substrats vor und nach der Anlage. Sie sind kein Bestandteil der Erfindung sondern werden hier nur zur Info gezeigt.
Im Injektor-Kanal herrscht eine stark turbulente Strömung, weil das Gas eine hohe Geschwindigkeit hat, die nahe der Schallgeschwindigkeit liegen kann.
Bei einer beispielhaften Betrachtung ausgehend von einer Gasgeschwindigkeit im Gasströmungskanal nahe der Schallgeschwindigkeit (ca. 300m/s), einem hydraulischen Durchmesser im Injektorkanal von 0,01m und einer Lufttemperatur von ca. 30°C mit einer kinematischen Viskosität von ca. 16 × 10^–6 m²/s ergibt sich als Reynoldszahl:
Im Bereich der Rohrströmung wird der Übergang von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung bei einer Reynoldszahl von ca. 2300 beobachtet. Die im Gasströmungskanal vorherrschende Strömung ist also stark turbulent.
Aufgrund der starken Turbulenzen ist damit zu rechnen, dass das Substrat in Vibrationen versetzt werden kann. Um eine eventuelle Anregung von Eigenfrequenzen des Substrats und damit von Resonanzerscheinungen zu unterbinden, kann es sinnvoll sein, das Substrat beispielsweise mittels Halte- und Bremsrollen mechanisch stark an die Transportvorrichtung, anzupressen.
Die in der Druckminderungseinrichtung befindlichen Transportrollen können beispielsweise eine Anordnung von quer zur Transportrichtung zueinander beabstandet angeordneten Scheiben aufweisen, die an einer gemeinsamen Drehachse montiert sind. Sie stellen einen guten mechanischen Kontakt mit dem Substrat her, aufgrund einer mechanischen Kraft F_S, die das Substrat nach unten drückt. Diese Kraft wird erzeugt mit Hilfe der Strömung, indem die Strömung auf der unteren Seite des Substrats eine etwas höhere Geschwindigkeit als auf der oberen Seite aufweist und dadurch dort ein niedriger statischer Druck auf die Fläche der Scheibe herrscht. Diese Kraft kann wie folgt berechnet werden:
Angenommen, der statische Druck auf der oberen Seite beträgt 200 mbar, und auf der unteren Seite 150 mbar. Die umströmte Fläche einseitig ist z.B. ca. 0,5 m² (Substratbreite 2,2 m, Länge des im Gasströmungskanal 3 befindlichen Abschnitts des Substrats ca. 20 cm). Die Differenz von 50 mbar bzw. 5000 Pa führt zu einer Kraft, die nach Unten wirkt: F_S = 5000·0,5 = 2500 N
Die Kraft F_S von 2500 N entspricht ca. 250 kg, und drückt das Substrat im Gasströmungskanal 3 auf die Halte- und Bremsrollen 14.
Diese Transportrollen haben außer der Haltefunktion noch eine Bremsfunktion, um der Kraft F_A entgegenzuwirken, die aus der Druckdifferenz zwischen atmosphärischem Druck und dem Druck im Bereich der Gaseinlassöffnung 12 resultiert und versucht, das Substrat in Richtung der Schleuse 1 zu verschieben. Wenn dieser Kraft nicht entgegengewirkt wird, kann das Substrat 2 mit dem Klappenventil 9 kollidieren. Am folgenden Beispiel wird ersichtlich, dass diese Kraft bei einem Substrat mit 6 mm Stärke und 2,2 m Breite gleich 1122 N ist bzw. ca. 115 kg entspricht. F_A = 85000·0,006·2,2 = 1122 N
Um dieser Kraft entgegenzuwirken, sollen die Haft- und Bremsrollen 14 so beschaffen sein, dass sie einen ausreichend hohen statischen Reibungskoeffizienten µ_H zum Substrat haben, so dass die Normalkraft F_S zu einer ausreichend großen Haftreibungskraft F_H führt, die größer als F_A ist. F_H = μ_H·F_S
Der statische Reibungskoeffizient µ_H hängt von der Materialpaarung der Substrat-Rollen ab und kann bei geeigneter Wahl des Materials der Rollen in Kontakt mit dem Substrat ausreichend hoch sein. Bei einem durchschnittlichen Reibungskoeffizienten von ca. 1 ergibt sich folglich: F_H = 2500 N
Somit ist die Haftreibungskraft F_H größer als F_A und das Substrat wird an die Halterollen gehalten und gebremst. Der mechanische Antrieb der Halte- und Bremsrollen 14 sollte so ausgelegt sein, der Kraft F_A entgegenwirken zu können.
Eine Transportrolle 14 kann, wie oben erwähnt, mehrere dünne Scheiben umfassen. Damit die Scheiben der Transportrollen 14 gegen Verdrehung und Deformation ausreichend mechanisch fest sind und gleichzeitig ausreichend dünn bleiben um die Gasströmung nicht unzulässig stark zu behindern, können sie beispielsweise aus Gummi- und Metallteilen bestehen, in solcher Weise, dass die Metallteile die tragende Funktion ausführen und die Gummiteile nur zur Gewährleistung der guten Haftreibung dienen. Ferner dürfen die Substrate 2 nur mit den Gummiteilen direkten mechanischen Kontakt haben, um nicht beschädigt oder angekratzt zu werden. Die Anzahl, Stärke und Form der Scheiben wird so gewählt, dass sie nicht unzulässig die Gasströmung im Injektor-Kanal stört.
Zum System der Injektor-Schleuse gehören auch Komponenten für die Rückführung des Gases: Rohrleitungen 6 und 17, Pumpeinrichtung 4, sowie eine Behandlungseinrichtung 5 mit einem Filter und einem Trockner. Sie dienen dazu, das Gas aus der Rückführung erneut zu verwenden, falls das gefordert wird. Ein Filter ist notwendig, um zu verhindern, dass ungewünschte Partikel auf das Substrat 2 gelangen. Eine Trocknung kann bei Rückführung erforderlich sein, wenn das Substrat 2 Wasser mit sich in die Injektor-Schleuse bringt, wo das Wasser durch den Unterdruck desorbiert und die Gasphase anreichert. Dadurch ergeben sich auch Vorteile für die nachfolgenden Kammern der Anlage, wo ein verminderter Wasseranfall technologisch günstig sein kann.
Ein Wärmetauscher wird erforderlich sein, da sonst das Gas in der Rückführung kontinuierlich wärmer würde, aufgrund der durch das Umwälzen des Gases erzeugten Wärme. Mit einer geeigneten Einstellung des Wärmetauschers kann eine gewünschte Gastemperatur in der Injektor-Schleuse erreicht werden, um z.B. die Austrocknung des Substrats zu begünstigen.
Die Pumpe soll das Gas auf einen ausreichend hohen Druck verdichten, um eine Austrittsgeschwindigkeit des Gases von den Düsen 8 nahe Schallgeschwindigkeit zu erreichen.
Der Eintritt/Austritt 9 der nächsten Kammer der Anlage (hier: der Schleusenkammer 1) ist in 1 schematisch als Klappenventil dargestellt, kann aber je nach Anwendungsfall selbstverständlich auch abweichend gestaltet sein.
Nicht gezeigt in 1 ist noch eine eventuelle Einspeisung des Gaskreislaufs mit neuem Gas (z.B. CDA). Eine Einspeisung wird dann notwendig sein, wenn ein anderes Gas statt atmosphärischer Luft aus der Umgebung verwendet wird. Die Einspeisung soll den Verbrauch beim Fluten der Schleusenkammer 1 über die Leitung 17 decken, sowie eventuelle Verluste durch Undichtigkeiten kompensieren.
Vorteile der beschriebenen Druckminderungseinrichtung sowie einer Substratbehandlungsanlage mit einer derartigen Druckminderungseinrichtung bestehen in einer verkürzten Taktzeit, einer reduzierten Wasser-Belastung der Schleusenkammer 1, dadurch geringerer benötigter Kühlfallen-Leistung, sowie einer geringeren Belastung der Schleusen-Vorpumpen, da diese durch die vorgeschaltete Druckminderungseinrichtung nicht mehr vom atmosphärischen Druck pumpen müssen. Weitere Vorteile bestehen in einer Vermeidung von Sicherheitsproblemen beim Belüften der Schleusenkammer 1, da diese nicht mehr über atmosphärischen Druck hinaus belüftet werden kann.
Die Druckminderungseinrichtung ist bei bestehenden Anlagen mit geringem Aufwand nachrüstbar.
Bezugszeichenliste

1: Schleusenkammer
2: Substrat
3: Gasströmungskanal
4: Pumpeinrichtung
5: Behandlungseinrichtung
6: Rohrleitung
7: Gaseinlassmittel
8: Gaseinlassöffnung
9: Klappenventil
10: Gas
11: Einlassöffnung
12: Druckminderungsbereich
13: Transportrollen
14: Gebremste Transportrollen
15: Übergabebereich
16: Absperrventil
17: Rohrleitung
18: Gasauslass

Claims

Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten (2), umfassend mindestens eine auf Schleusendruck evakuierbare Schleusenkammer (1) und mindestens eine auf Prozessdruck evakuierbare Prozesskammer sowie eine sich durch die Substratbehandlungsanlage erstreckende Transporteinrichtung (13) für den Transport zu behandelnder Substrate entlang eines Transportpfads, wobei an mindestens einer Stelle des Transportpfades unmittelbar vor einer Schleusenkammer oder/und unmittelbar vor einer Prozesskammer eine Druckminderungseinrichtung angeordnet ist, in der durch Einleitung einer Gasströmung ein Druck mit einem Betrag erzeugt wird, der zwischen Atmosphärendruck und Schleusendruck bzw. zwischen Schleusendruck und Prozessdruck liegt, wobei die Druckminderungseinrichtung mindestens einen den Transportpfad umschließenden Gasströmungskanal (3) mit einem sich an mindestens einer Stelle verjüngenden Querschnitt, mindestens ein Gaseinlassmittel (7) mit einer dem Transportpfad des Substrats (2) entgegengesetzt angeordneten oder in Richtung des Transportpfades des Substrats (2) angeordneten Gaseinlassöffnung (8) und mindestens einen auf der entgegengesetzten Seite des Gaseinlassmittels (7) am Gasströmungskanal (3) angeordneten Gasauslass (18) umfasst.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, umfassend mindestens eine zwischen Gasauslass (18) und Gaseinlassmittel (7) angeordnete Pumpeinrichtung (4).
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, umfassend mindestens eine zwischen Gasauslass (18) und Gaseinlassmittel (7) angeordnete Gasbehandlungseinrichtung (5).
Verfahren zur Druckminderung an oder in Substratbehandlungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Substrat in einen unmittelbar vor einer Schleusenkammer oder/und unmittelbar vor einer Prozesskammer angeordneten, einen Transportpfad des Substrats umschließenden Gasströmungskanal (3) eingebracht wird, in den Gasströmungskanal (3) mit einer dem Transportpfad des Substrats (2) entgegengesetzten Richtung oder in Richtung des Transportpfades des Substrats (2) ein Gas eingeleitet, beschleunigt und anschließend aus dem Gasströmungskanal (3) entfernt wird, wobei das eingeleitete Gas innerhalb des Gasströmungskanals (3) das Substrat mit hoher Geschwindigkeit umströmt und durch Impulsübertragung das in der Druckminderungseinrichtung befindliche Gas zumindest teilweise mit dem eingeleiteten Gas aus der Druckminderungseinrichtung entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Gasströmungskanal (3) entfernte Gas zumindest teilweise durch eine Pumpeinrichtung (4) wieder der Druckminderungseinrichtung zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas vor dem Einleiten in den Gasströmungskanal (3) behandelt, insbesondere getrocknet oder/und temperiert oder/und gereinigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat innerhalb der Druckminderungseinrichtung auf einer zumindest teilweise blockierbaren Transporteinrichtung (13) in einem Übergabebereich (15) positioniert wird.