DE102013105116A1 - Vakuumbeschichtungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage - Google Patents

Vakuumbeschichtungsanlage und Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage Download PDF

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Iordan Kossev
Steffen Mosshammer
Torsten Dsaak
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Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Vakuumbeschichtungsanlage (100) bereitgestellt, aufweisend: einen ersten Beschichtungsbereich (102) zum Beschichten eines Substrats, einen Abkühlbereich (104) zum Abkühlen des in dem ersten Beschichtungsbereich (102) beschichteten Substrats, wobei der Abkühlbereich (104) mit dem ersten Beschichtungsbereich (102) verbunden ist zum Empfangen des beschichteten Substrats, wobei der Abkühlbereich (104) eine Gasführungsstruktur (108) aufweist zum Einbringen eines Gases in den Abkühlbereich (104) zum Abkühlen des beschichteten Substrats; einen zweiten Beschichtungsbereich (106) zum zusätzlichen Beschichten des beschichteten Substrats, wobei der zweite Beschichtungsbereich (106) mit dem Abkühlbereich (104) verbunden ist zum Empfangen des abgekühlten beschichteten Substrats; wobei der erste Beschichtungsbereich (102), der Abkühlbereich (104) und der zweite Beschichtungsbereich (106) ein gemeinsames Vakuumsystem bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage.
  • Im Allgemeinen kann ein Substrat, beispielsweise ein Glassubstrat, ein Metallband und/oder ein Halbleitersubstrat, mit einer funktionellen Schichten (z.B. einer Schicht, welche die elektrischen und/oder optischen Eigenschaften des Substrats verändern kann) oder mit einer dekorativen Schicht versehen werden, so dass die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Substrats verändert werden können oder so dass beispielsweise elektronische Bauelemente auf dem Substrat gebildet werden können. Zum Beschichten eines Substrats können verschiedene Beschichtungsverfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Vakuumbeschichtungsanlage genutzt werden, um eine Schicht oder mehrere Schichten mittels einer chemischen und/oder physikalischen Gasphasenabscheidung auf einem Substrat oder auf mehreren Substraten abzuscheiden. Um ein großflächiges Abscheiden auf entsprechend großflächigen Substraten effizient zu realisieren, kann eine sogenannt In-Line-Anlage genutzt werden, bei der ein Substrat beispielsweise mittels Rollen durch die gesamte Anlage transportiert wird, wobei während des Transports des Substrats durch die In-Line-Anlage hindurch in einem oder mehreren Bereichen der In-Line-Anlage ein Beschichtungsprozess durchgeführt werden kann.
  • Während eines Beschichtungsprozesses in einer In-Line-Anlage kann ein Substrat beispielsweise aufgeheizt werden oder die Temperatur eines Substrats kann beispielsweise während eines Beschichtungsprozesses ansteigen, z.B. weil sich das Substrat während des Beschichtungsprozesses passiv erwärmt. Im Allgemeinen ist die Abscheiderate eines Materials während eines Beschichtungsprozesses begrenzt, beispielsweise innerhalb eines bestimmten Beschichtungsbereichs einer In-Line-Anlage, so dass es nötig sein kann, dass ein Substrat eine vorgegebene Zeit in dem Beschichtungsbereich der In-Line-Anlage verbringt. Im Allgemeinen kann die Zeit, die ein Substrat in einem bestimmten Bereich einer In-Line-Anlage verbringt, mittels der Transportgeschwindigkeit des Substrats und/oder der Länge des entsprechenden Bereichs bestimmt sein (woraus sich die Beschichtungsdauer und somit die Schichtdicke ergeben kann).
  • Ein Aspekt verschiedener Ausführungsformen kann anschaulich darin gesehen werden, dass ein Substrat während eines Beschichtungsprozesses in einer In-Line-Beschichtungsanlage, bei dem sich das Substrat beispielsweise erwärmt, in einem Temperaturbereich unterhalb einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden kann, wobei das Substrat beispielsweise eine bestimmte kritische Temperatur aufweisen kann, oberhalb der das Substrat beispielsweise verändert und/oder beschädigt wird.
  • Mit anderen Worten kann bei einem Beschichtungsprozess in einer In-Line-Anlage bereitgestellt sein, dass ein Substrat effektiv temperiert werden kann, so dass die Temperatur des Substrats unterhalb einer kritischen Temperatur für das verwendete Substrat gehalten werden kann, so dass das Substrat während des Beschichtungsprozesses nicht beschädigt wird und/oder optimal Abscheidebedingungen realisiert werden können. Mit der hierin bereitgestellten Vakuumbeschichtungsanlage und/oder dem Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage kann beispielsweise ein Substrat beschichtet werden, welches eine temperaturempfindliche Schicht oder eine temperaturempfindliche Struktur aufweist.
  • Ferner kann ein anderer Aspekt verschiedener Ausführungsformen anschaulich darin gesehen werden, dass eine Substratkühlung innerhalb einer Vakuumbeschichtungsanlage (In-Line-Anlage) bereitgestellt werden kann, wobei die gesamte Länge der Vakuumbeschichtungsanlage (In-Line-Anlage) reduziert sein kann, beispielsweise indem das Kühlen des Substrats innerhalb eines Abkühlbereichs der Vakuumbeschichtungsanlage erfolgt, beispielsweise auf effizient Weise mittels Wärmeleitung und/oder Konvektion eines Kühlgases. Mit anderen Worten kann ein Kühlprozess innerhalb eines Bereichs der Vakuumbeschichtungsanlage stattfinden, welcher effizienter sein kann, als das reine Kühlen eines Substrats aufgrund der emittierten Wärmestrahlung des Substrats.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumbeschichtungsanlage Folgendes aufweisen: einen ersten Beschichtungsbereich zum Beschichten eines Substrats, einen Abkühlbereich zum Abkühlen des in dem ersten Beschichtungsbereich beschichteten Substrats, wobei der Abkühlbereich mit dem ersten Beschichtungsbereich verbunden ist zum Empfangen des beschichteten Substrats, wobei der Abkühlbereich eine Gasführungsstruktur aufweist zum Einbringen eines Gases in den Abkühlbereich zum Abkühlen des beschichteten Substrats; einen zweiten Beschichtungsbereich zum zusätzlichen Beschichten des beschichteten Substrats, wobei der zweite Beschichtungsbereich mit dem Abkühlbereich verbunden ist zum Empfangen des abgekühlten beschichteten Substrats; wobei der erste Beschichtungsbereich, der Abkühlbereich und der zweite Beschichtungsbereich ein gemeinsames Vakuumsystem bilden.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise mindestens eine Ventilanordnung aufweisen, derart eingerichtet, dass der Abkühlbereich von dem ersten Beschichtungsbereich und dem zweiten Beschichtungsbereich gasdicht separiert werden kann. Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise mindestens eine Ventilanordnung aufweisen, derart eingerichtet, dass der Abkühlbereich von dem mindestens einen ersten Beschichtungsbereich oder dem mindestens einen zweiten Beschichtungsbereich separiert werden kann, beispielsweise gasdicht separiert werden kann.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise eine mit dem Abkühlbereich gekoppelte Pumpenanordnung zum Evakuieren des Abkühlbereichs aufweisen. Ferner kann die Pumpenanordnung eine Vakuumpumpenanordnung, eine Vakuumpumpe oder einen Vakuumpumpstand aufweisen.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise einen ersten Evakuierbereich aufweisen, gekoppelt mit dem Abkühlbereich und dem ersten Beschichtungsbereich, wobei der erste Evakuierbereich eingerichtet ist zum Bereitstellen einer Gasseparation zwischen dem ersten Beschichtungsbereich und dem Abkühlbereich.
  • Ferner kann der erste Evakuierbereich beispielsweise eingerichtet sein zum Bereitstellen eines höheren Gasdrucks in dem Abkühlbereich als in dem ersten Beschichtungsbereich.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise einen zweiten Evakuierbereich aufweisen, gekoppelt mit dem Abkühlbereich und dem zweiten Beschichtungsbereich, wobei der zweite Evakuierbereich eingerichtet ist zum Bereitstellen einer Gasseparation zwischen dem Abkühlbereich und dem zweiten Beschichtungsbereich.
  • Ferner kann der zweite Evakuierbereich beispielsweise eingerichtet sein zum Bereitstellen eines höheren Gasdrucks in dem Abkühlbereich als in dem zweiten Beschichtungsbereich.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise mindestens eine differentielle Pumpenanordnung zum Evakuieren des ersten Evakuierbereichs bzw. des zweiten Evakuierbereichs aufweisen. Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise mindestens eine differentielle Pumpenanordnung zum Evakuieren des ersten Evakuierbereichs und/oder des zweiten Evakuierbereichs aufweisen.
  • Ferner kann die Gasführungsstruktur beispielsweise einen Gaskreislauf zum Kühlen des Substrats bilden. Ferner kann die Gasführungsstruktur beispielsweise einen Gaskreislauf zum Kühlen des Gases, welches das beschichtete Substrat innerhalb des Abkühlbereichs kühlt, aufweisen.
  • Ferner kann die Gasführungsstruktur beispielsweise mindestens eine Gaskühlvorrichtung aufweisen zum Abkühlen des Gases in dem Gaskreislaufs. Ferner kann die Gaskühlvorrichtung einen Kühlkörper, eine Kältemaschine und/oder einen Wärmetauscher aufweisen.
  • Ferner kann die Gasführungsstruktur beispielsweise derart eingerichtet sein, dass in dem Abkühlbereich ein Gasdruck in einem Bereich von ungefähr 0,1 mbar bis ungefähr 900 mbar bereitgestellt werden kann.
  • Ferner kann der erste Beschichtungsbereich zum Sputterbeschichten oder zum Elektronenstrahlverdampfen eingerichtet sein. Ferner kann der zweite Beschichtungsbereich zum Sputterbeschichten oder zum Elektronenstrahlverdampfen eingerichtet sein.
  • Ferner können der erste Beschichtungsbereich und der zweite Beschichtungsbereich zum Sputterbeschichten oder zum Elektronenstrahlverdampfen eingerichtet sein.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise mindestens eine Kühlvorrichtung in dem Abkühlbereich aufweisen, wobei die Kühlvorrichtung eine thermische Kopplung mit dem beschichteten Substrat bereitstellt. Ferner kann die thermische Kopplung im Wesentlichen auf einer Wärmeleitung zwischen dem beschichteten Substrat und der Kühlvorrichtung basieren.
  • Ferner kann die mindestens eine Kühlvorrichtung mindestens eine Kühlplatte aufweisen, wobei die mindestens eine Kühlplatte in einem Abstand von dem Substrat von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 10 cm angeordnet sein kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage Folgendes aufweisen: das Beschichten eines Substrats innerhalb eines ersten Beschichtungsbereichs der Vakuumbeschichtungsanlage, das Transportieren des Substrats in einen Abkühlbereich der Vakuumbeschichtungsanlage, das Abkühlen des Substrats innerhalb des Abkühlbereichs der Vakuumbeschichtungsanlage mittels eines Gases, das Transportieren des Substrats in einen zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumbeschichtungsanlage; und das Beschichten des Substrats innerhalb des zweiten Beschichtungsbereichs der Vakuumbeschichtungsanlage; wobei der erste Beschichtungsbereich, der Abkühlbereich und der zweite Beschichtungsbereich ein gemeinsames Vakuumsystem bilden.
  • Ferner kann das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise das Einbringen eines Gases in den Abkühlbereich aufweisen, derart, dass der Gasdruck in dem Abkühlbereich in einem Bereich von ungefähr 0,1 mbar bis ungefähr 900 mbar liegen kann.
  • Ferner kann das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise das Schließen einer Ventilanordnung aufweisen, nachdem das Substrat in den Abkühlbereich transportiert wurde und bevor das Gas in den Abkühlbereich eingebracht wird, so dass der Abkühlbereich von den Beschichtungsbereichen gasdicht separiert sein kann.
  • Ferner kann das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise das Schließen einer Ventilanordnung aufweisen, nachdem das Substrat in den Abkühlbereich transportiert wurde und bevor das Gas in den Abkühlbereich eingebracht wird, so dass der Abkühlbereich von mindestens einem der Beschichtungsbereiche separiert sein kann, beispielsweise gasdicht separiert sein kann.
  • Ferner kann das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise das Evakuieren des Abkühlbereichs mittels einer Pumpenanordnung (Vakuumpumpenanordnung) aufweisen, nachdem das Substrat in dem Abkühlbereich abgekühlt wurde.
  • Ferner kann das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise das Öffnen der Ventilanordnung aufweisen, so dass das in dem Abkühlbereich abgekühlte Substrat nach dem Evakuieren des Abkühlbereichs in den zweiten Beschichtungsbereich transportiert werden kann.
  • Ferner kann das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise das Kühlen des in den Abkühlbereich eingebrachten Gases aufweisen. Ferner kann das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise das Kühlen des in den Abkühlbereich eingebrachten Gases mittels eines Gaskühlkreislaufs und/oder einer Gaskühlvorrichtung aufweisen.
  • Ferner kann das Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage beispielsweise das Separieren des Abkühlbereichs von den Beschichtungsbereichen mittels einer differentiellen Pumpenanordnung aufweisen, wobei innerhalb des Abkühlbereichs ein höherer Gasdruck bereitgestellt sein kann, als in den Beschichtungsbereichen oder als in mindestens einem der Beschichtungsbereiche.
  • Ferner kann das Transportieren des Substrats innerhalb der Vakuumbeschichtungsanlage gleichförmig erfolgen.
  • Ferner kann das Abkühlen des Substrats in dem Abkühlbereich mittels Wärmeleitung und/oder Konvektion des eingebrachten Gases erfolgen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das gemeinsame Vakuumsystem zumindest Teile des ersten Beschichtungsbereichs, des Abkühlbereichs und des zweiten Beschichtungsbereichs umfassen, wobei das Substrat innerhalb des gemeinsamen Vakuumsystems prozessiert wird. Ferner kann das gemeinsame Vakuumsystem eine oder mehrere Vakuumkammern aufweisen. Ferner kann das gemeinsame Vakuumsystem mehrere Vakuumkammern aufweisen, welche beispielsweise mittels einer Ventilanordnung separiert werden können.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1A bis 1C jeweils eine schematische Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 2A und 2B jeweils eine schematische Darstellung eines Abkühlbereichs einer Vakuumbeschichtungsanlage in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 2C und 2D jeweils eine schematische Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Abkühlbereichs einer Vakuumbeschichtungsanlage in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 4A und 4B eine schematische Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage und eine Detaildarstellung des Abkühlbereichs einer Vakuumbeschichtungsanlage in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage in einer Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
  • 6 eine schematische Darstellung eines Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage in einem Ablaufdiagramm, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in einer Vakuumbeschichtungsanlage ein Substrat beschichtet werden, wobei die Rückseite des Substrats, welche während des Beschichtungsprozesses von der entsprechenden Beschichtungsquelle abgewandt sein kann, bereits beschichtet sein kann. Beispielsweise kann für das Substrat und/oder für die bereits auf dem Substrat aufgebrachte Beschichtung eine Temperaturobergrenze vorgegeben sein, welche während des Beschichtungsprozesses beispielsweise nicht überschritten werden darf, da andernfalls eine Schädigung des Substrats und/oder der bereits auf dem Substrat aufgebrachten Beschichtung eintreten kann. Beispielsweise darf die Temperatur eines Wafers oder die Temperatur eines mit einer dünnen Halbleiterschicht belegten Glassubstrats bei einer Beschichtung in einer In-Line-Anlage nicht über beispielsweise 200°C ansteigen.
  • Damit die vorgegebene Temperaturobergrenze bei der Beschichtung nicht überschritten wird, kann es beispielsweise erforderlich sein: einen Beschichtungsprozess auf mehrere Einzelprozesse aufzuteilen, wobei in jedem Einzelprozess ein Bruchteil, oder gewisser Teil, der Schichtdicke aufgebracht wird. Zwischen den Einzelprozessen kann das Substrat abgekühlt werden, beispielsweise in einem Abkühlbereich der Vakuumbeschichtungsanlage. In dem Fall, dass ein Beschichtungsprozess auf mehrere Einzelprozesse aufgeteilt wird, kann beispielsweise eine Temperaturüberschreitung auf eine Temperatur oberhalb der Temperaturobergrenze des zu beschichtenden Substrats während der Einzelprozesse vermieden werden.
  • Ferner kann beispielsweise zwischen zwei unterschiedlichen Beschichtungsprozessen, während derer beispielsweise verschiedene Materialien auf ein Substrat aufgebracht werden, das Substrat innerhalb ein und derselben Vakuumbeschichtungsanlage abgekühlt werden und somit kann beispielsweise eine Temperaturüberschreitung der Temperaturobergrenze des Substrats in beispielsweise dem zweiten Beschichtungsprozess vermieden werden.
  • Die Abkühlung eines Substrats in einer Vakuumbeschichtungsanlage kann z.B. in einem Kühltunnel durchgeführt werden, wobei der Kühltunnel aktiv gekühlte Flächen (Kühlflächen) aufweisen kann, wobei die Kühlflächen einen sehr hohen Absorptionsgrad für Wärmestrahlung aufweisen können. Damit kann beispielsweise mittels Wärmestrahlung die Wärme vom Substrat abgeführt und dieses gekühlt werden. Eine aktive Kühlung der Kühltunnelflächen kann erforderlich sein, damit die absorbierte Strahlungswärme, beispielsweise aus der Vakuumbeschichtungsanlage oder aus dem Abkühlbereich der Vakuumbeschichtungsanlage, abgeführt werden kann.
  • Dabei können Probleme auftreten, da die Wärmeübertragung mittels Wärmestrahlung der wesentliche im Vakuum wirksame Wärmetransportmechanismus sein kann, beispielsweise für ein Vakuum in einem Bereich des Hochvakuums oder Ultrahochvakuums, z.B. in einem Druckbereich von ungefähr 10–3 mbar bis ungefähr 10–12 mbar.
  • Falls das Substrat ferner mit einem gut reflektierenden Material (z.B. mit einer Metallschicht) beschichtet ist und/oder das Substrat bereits auf der Rückseite (von der Beschichtungsquelle abgewandten Oberfläche) mit einer reflektierenden Beschichtung (z.B. mit einer Metallschicht) beschichtet ist, kann der Kühltunnel trotz dessen gut wärmeabsorbierender Oberfläche nur einen sehr geringen Wärmestrom übertragen und zum Abkühlen des Substrats kann eine lange Zeit benötigt werden. Um einem Substrat eine derart lange Abkühlzeit zur Verfügung stellen zu können, so dass mittels Wärmestrahlung eine effektive Kühlung erfolgt, kann daher eine große Kühltunnellänge erforderlich sein, was zu Problemen führen kann (z.B. wenn die Länge der Vakuumbeschichtungsanlage größer als der verfügbare Bauraum ist).
  • Beispielsweise kann der Gesamtemissionsgrad für die Wärmeübertragung zwischen Substrat und Kühltunnel kleiner als der Emissionsgrad der Substratoberfläche sein.
  • Beispielsweise kann ein Substrat, welches einen geringen Emissionsgrad aufweist und/oder welches eine Beschichtung aufweist, die einen geringen Emissionsgrad besitzt, nur schlecht oder unzureichend mittels einer Kühlung basierend auf Wärmestrahlung gekühlt werden.
  • Ferner kann in einem anderen Fall das Substrat wiederum mit einem gut reflektierenden Material (z.B. mit einer Metallschicht) beschichtet sein, jedoch auf der Rückseite des Substrats einen hohen Emissionsgrad aufweisen (z.B. eine unbeschichtete Glasoberfläche oder eine auf der Substratrückseite aufgebrachte Absoberschicht), so dass im Kühltunnel einseitig ein hoher Wärmestrom übertragen werden kann. Somit kann die benötigte Abkühlzeit auf eine gewisse Temperatur in diesem Fall deutlich geringer sein, als wenn beide Seiten des Substrats einen niedrigen Emissionsgrad aufweisen, jedoch kann beispielsweise selbst in diesem Fall ein langer Kühltunnel nötig sein, um dem Substrat die benötigte Abkühlzeit zur Verfügung stellen zu können, so dass eine hohe Beschichtungsgeschwindigkeit und somit eine hohe Produktivität der Beschichtungsanlage realisiert sein kann.
  • Es gilt dabei, dass die Länge des Kühltunnels größer gewählt werden muss, wenn die Durchlaufgeschwindigkeit des Substrats innerhalb der Vakuumbeschichtungsanlage größer sein soll, und die gleiche Kühlung erreicht werden soll.
  • Ferner kann eine große Kühltunnellänge sogar dann erforderlich sein, wenn das Substrat mit einem sehr gut emittierenden Material (z.B. mit einem Absorber oder SiO2) beschichtet wird und auf der von der Beschichtungsquelle abgewandten Oberfläche einen hohen Emissionsgrad (z.B. eine unbeschichtete Glasoberfläche oder eine Absoberschicht) aufweist. Beispielsweise kann bei sehr hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten trotz des beidseitig sehr guten Strahlungswärmeübergangs zwischen den Kühlplatten des Kühltunnels und dem Substrat der Kühltunnel so lang werden, dass Probleme mit der Anlagengröße (z.B. die Ausdehnung der Vakuumbeschichtungsanlage entlang der Substrattransportrichtung) auftreten können. Häufig können große Kühltunnellängen in einer Beschichtungsanlage nicht untergebracht werden.
  • Im Folgenden wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine Vakuumbeschichtungsanlage beschrieben, welche mindestens einen Abkühlbereich aufweist, (zum Beispiel einen Kühltunnel oder ein Kühlkompartment), derart eingerichtet, dass der Wärmeverlust des Substrats innerhalb des Abkühlbereichs erhöht ist oder ausreichend hoch sein kann, so dass beispielsweise die Länge des Abkühlbereichs reduziert sein kann und damit beispielsweise die Anlagenkosten reduziert sein können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden Möglichkeiten beschrieben, ein Substrat oder mehrere Substrate innerhalb einer Vakuumbeschichtungsanlage (In-Line-Anlage) schnell abzukühlen. Ferner werden bei der Substratabkühlung weder das Substrat noch das auf dem Substrat befindliche Schichtsystem beschädigt, d.h. bei dem Kühlen wird ein direkter Kontakt zwischen Substrat und der Kühleinrichtung verhindert.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vakuumbeschichtungsanlage bereitgestellt, wobei die Kühlung eines Substrats in einem Abkühlbereich der Vakuumbeschichtungsanlage erfolgt, wobei das Kühlen mittels eines Gases derart erfolgen kann, dass anstatt einer unzureichenden Kühlung mittels Wärmestrahlung die Kühlung stattdessen mittels Wärmeleitung und/oder Konvektion erfolgt, wobei dafür ein Gas innerhalb des Abkühlbereichs eingebracht ist oder wird. Die Vakuumbeschichtungsanlage kann ferner derart eingerichtet sein, dass ein in der In-Line-Anlage entstehender Kühlgasleckstrom in die benachbarten Bereiche (beispielsweise Beschichtungsbereiche) der Vakuumbeschichtungsanlage kompensiert werden kann oder dass ein Kühlgasleckstrom in benachbarte Bereiche (Kompartments) der Vakuumbeschichtungsanlage vermieden werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vakuumbeschichtungsanlage bereitgestellt, derart eingerichtet, dass mindestens ein Abkühlbereich zwischen zwei Beschichtungsbereichen einer Vakuumbeschichtungsanlage angeordnet ist, wobei innerhalb des Abkühlbereichs ein höherer Prozessdruck realisiert sein kann, als in den angrenzenden Beschichtungsbereichen, und wobei ein Substrat von einem ersten Beschichtungsbereiche der Vakuumbeschichtungsanlage durch den Abkühlbereich der Vakuumbeschichtungsanlage hindurch in einen zweiten Beschichtungsbereich der Vakuumbeschichtungsanlage transportiert werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vakuumbeschichtungsanlage bereitgestellt, welche ein Kühlen eines durch die Vakuumbeschichtungsanlage hindurch transportierten Substrats mittels Wärmeleitung und/oder Konvektion ermöglich, wobei die benachbarten Beschichtungsbereiche der Vakuumbeschichtungsanlage nicht aufgrund des Kühlgases, welches einen Gasdruck von mehr als ungefähr 0,1 mbar aufweisen kann, negativ beeinflusst werden.
  • 1A zeigt, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine schematische Ansicht einer Vakuumbeschichtungsanlage 100. Die Vakuumbeschichtungsanlage 100 kann beispielsweise als eine In-Line-Vakuumbeschichtungsanlage 100 eingerichtet sein, wobei ein Substrat in einem gemeinsamen Vakuumsystem prozessiert wird. Die In-Line-Vakuumbeschichtungsanlage 100 kann beispielsweise mehrere Bereiche aufweisen, wobei die Bereiche vakuumtechnisch miteinander verbunden sein können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können beispielsweise zumindest zwei verschiedene Bereiche der Vakuumbeschichtungsanlage 100, beispielsweise während des Transports eines Substrats von dem einen Bereich in den anderen Bereich, miteinander verbunden sein, so dass ein Gastransport zwischen den Bereichen stattfinden kann. Mit anderen Worten können zumindest zwei Bereiche der Vakuumbeschichtungsanlage 100 ein gemeinsames Vakuum aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumbeschichtungsanlage 100 Folgendes aufweisen: einen ersten Beschichtungsbereich 102 zum Beschichten eines Substrats, einen Abkühlbereich 104 zum Abkühlen des in dem ersten Beschichtungsbereich 102 beschichteten Substrats, wobei der Abkühlbereich 104 mit dem ersten Beschichtungsbereich 102 verbunden ist zum Empfangen des beschichteten Substrats, wobei der Abkühlbereich 104 eine Gasführungsstruktur 108 aufweist zum Einbringen eines Gases in den Abkühlbereich 104 zum Abkühlen des beschichteten Substrats; einen zweiten Beschichtungsbereich 106 zum zusätzlichen Beschichten des beschichteten Substrats, wobei der zweite Beschichtungsbereich 106 mit dem Abkühlbereich 104 verbunden ist zum Empfangen des abgekühlten beschichteten Substrats; wobei der erste Beschichtungsbereich 102, der Abkühlbereich 104 und der zweite Beschichtungsbereich 106 ein gemeinsames Vakuumsystem bilden.
  • Wie in 1B in einer schematischen Ansicht dargestellt ist, kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, ferner Folgendes aufweisen: mindestens eine Ventilanordnung 110a, 110b, derart eingerichtet, dass der Abkühlbereich 104 von dem mindestens einen ersten Beschichtungsbereich 102 und/oder dem mindestens einen zweiten Beschichtungsbereich 106 separiert werden kann. Der Abkühlbereich 104 kann dabei beispielsweise gasdicht oder im Wesentlichen gasdicht separiert sein, so dass ein Gasstrom aus dem Abkühlbereich 104 in den ersten Beschichtungsbereich 102 und/oder in den zweiten Beschichtungsbereich 106 verhindert werden kann. Ferner kann eine gasdichte Separation auch dann gegeben sein, wenn ein vernachlässigbarer Gastransport (ein Gasleckstrom) zwischen dem Abkühlbereich 104 und dem ersten Beschichtungsbereich 102 und/oder dem zweiten Beschichtungsbereich 106 stattfinden kann. Mit anderen Worten kann ein Vakuumsystem im Allgemeinen Lecks aufweisen, welche konstruktionsbedingt beispielsweise nicht verhindert werden können, welche jedoch die Funktionsweise des Vakuumsystems (oder der Vakuumbeschichtungsanlage 100) nicht oder nur geringfügig beeinträchtigen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ventilanordnung 110a, 110b beispielsweise mindestens ein Klappenventil aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Ventilanordnung 110a, 110b beispielsweise zwei oder mehr Klappenventile aufweisen.
  • Ferner kann die Ventilanordnung 110a, 110b derart eingerichtet sein, dass die Ventilanordnung 110a, 110b in einem ersten Zustand, „Geöffnet“, das Transportieren eines Substrats aus dem ersten Beschichtungsbereich 102 in den Abkühlbereich 104 durch die Ventilanordnung 110a, 110b hindurch bereitstellen kann. In diesem Fall können der erste Beschichtungsbereich 102 und der Abkühlbereich 104 miteinander durchlässig verbunden sein (also beispielsweise ein gemeinsames Vakuumsystem bilden), so dass beispielsweise auch Gas aus dem Abkühlbereich 104 in den ersten Beschichtungsbereich 102 (und den zweiten Beschichtungsbereich 106) strömen (fließen, diffundieren) kann oder könnte.
  • Ferner kann die Ventilanordnung 110a, 110b derart eingerichtet sein, dass die Ventilanordnung 110a, 110b in einem zweiten Zustand, „Geschlossen“, den Abkühlbereich 104 separiert (z.B. gasdicht separiert), so dass beispielsweise kein Gas, oder nur eine zu vernachlässigende Gasmenge, aus dem Abkühlbereich 104 in den ersten Beschichtungsbereich 102 und/oder den zweiten Beschichtungsbereich 106 gelangen kann.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 eine Gasführungsstruktur 108 aufweisen, welche dazu dienen kann, ein Gas in den Abkühlbereich 104 einzubringen, z.B. nachdem ein Substrat in den Abkühlbereich 104 hinein transportiert wurde und nachdem die Ventilanordnung 110a, 110b geschlossen wurde, so dass der Abkühlbereich 104 gasdicht von den Beschichtungsbereichen 102, 106 abgetrennt ist, und dass ein effizientes Kühlen des Substrats innerhalb des Abkühlbereichs 104 erfolgen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann somit das Kühlen des Substrats innerhalb des Abkühlbereichs 104 erfolgen, wenn die Ventilanordnung 110a, 110b den Abkühlbereich 104 von dem ersten Beschichtungsbereich 102 und dem zweiten Beschichtungsbereich 106 separiert (oder mit anderen Worten wenn der Abkühlbereich 104 gasdicht verschlossen ist). In diesem Fall kann in den Abkühlbereich 104 mittels der Gasführungsstruktur 108 ein Gas eingelassen werden, so dass der Gasdruck innerhalb des Abkühlbereichs 104 in einem Bereich von ungefähr 800 mbar bis ungefähr 900 mbar liegen kann. In diesem Druckbereich kann der Wärmetransport einer Wärmemenge von dem Substrat 220 weg im Wesentlichen auf Konvektion basieren.
  • Da die Ventilanordnung 110a, 110b (oder die Klappenventile 110a, 110b) beispielsweise nicht geöffnet werden können oder sollten, wenn der Gasdruck innerhalb des Abkühlbereichs 104 wesentlich größer ist, als der Gasdruck in den Beschichtungsbereichen 102, 106, wobei der Gasdruckunterschied zum effizienten Kühlen des Substrats innerhalb des Abkühlbereichs 104 bereitgestellt sein kann, kann die Vakuumbeschichtungsanlage ferner eine Pumpenanordnung zum Evakuieren des Abkühlbereichs 104 aufweisen (vergleiche 2A), so dass während des Abkühlens des Substrats innerhalb des Abkühlbereichs 104 ein Gas verwendet werden kann, welches nach dem Abkühlen des Substrats mittels der Pumpenanordnung aus dem Abkühlbereich 104 abgepumpt werden kann, so dass das Substrat nach dem Öffnen der Ventilanordnung 110a, 110b in den zweiten Beschichtungsbereich 106 transportiert werden kann, und beispielsweise im Anschluss an das Abkühlen innerhalb des zweiten Beschichtungsbereichs 106 beschichtet werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 ferner einen Kühlkreislauf aufweisen (vergleiche beispielsweise 3), so dass das Gas innerhalb des Abkühlbereichs 104 während des Abkühlens des Substrats gekühlt werden kann. Dabei kann das Gas innerhalb des Abkühlbereichs 104 beispielsweise mittels einer Pumpenanordnung umgewälzt werden und mittels einer Gaskühlvorrichtung (z.B. mittels eines Wärmetauschers) gekühlt werden, so dass das Substrat innerhalb des Abkühlbereichs 104 mittels des Wärmeabtransports aufgrund der Konvektion des Gases effizient gekühlt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kühlkreislauf ein Teil der Gasführungsstruktur 108 sein. Mit anderen Worten kann die Gasführungsstruktur 108 einen Kühlkreislauf aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Kühlen des Substrats in dem Abkühlbereich 104 erfolgen, wenn ein Gas mittels der Gasführungsstruktur 108 bereitgestellt ist, beispielsweise kann das Kühlen bei einem Gasdruck in einem Bereich von 0,5 mbar bis ungefähr Normdruck (einer Atmosphäre) erfolgen. In diesem Fall können die Ventile der Ventilanordnung 110a, 110b geschlossen sein, so dass das Gas nicht in die Beschichtungsbereiche 102, 106 der Vakuumbeschichtungsanlage 100 eindringen kann, da ein Eindringen des Kühlgases in den Beschichtungsbereich 102, 106 einen Beschichtungsprozess stören könnte.
  • Wie in 1C in einer schematischen Ansicht dargestellt ist, kann eine Vakuumbeschichtungsanlage 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, ferner Folgendes aufweisen: einen ersten Evakuierbereich 112, gekoppelt mit dem Abkühlbereich 104 und dem ersten Beschichtungsbereich 102, wobei der erste Evakuierbereich 112 zum Bereitstellen einer Gasseparation zwischen dem ersten Beschichtungsbereich 102 und dem Abkühlbereich 104 eingerichtet sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasseparation derart erfolgen, dass in dem Abkühlbereich 104 ein höherer Gasdruck bereitgestellt werden kann, als in dem ersten Beschichtungsbereich 102.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen zweiten Evakuierbereich 114 aufweisen, gekoppelt mit dem Abkühlbereich 104 und dem zweiten Beschichtungsbereich 106, wobei der zweite Evakuierbereich 114 zum Bereitstellen einer Gasseparation zwischen dem Abkühlbereich 104 und dem zweiten Beschichtungsbereich 106 eingerichtet sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasseparation derart erfolgen, dass in dem Abkühlbereich 104 ein höherer Gasdruck bereitgestellt werden kann, als in dem zweiten Beschichtungsbereich 106.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Evakuierbereiche 112, 114 derart eingerichtet sein, dass in dem Abkühlbereich 104 ein höherer Gasdruck bereitgestellt sein kann, als in dem ersten Beschichtungsbereich 102 und/oder dem zweiten Beschichtungsbereich 106.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasseparation mittels der Evakuierbereiche 112, 114 derart erfolgen, dass ein Substrat ohne mechanische Unterbrechung von dem ersten Beschichtungsbereich 102 durch den Abkühlbereich 104 hindurch in den zweiten Beschichtungsbereich 106 transportiert werden kann (dass beispielsweise ein Substrat innerhalb eines gemeinsames Vakuumsystem prozessiert wird), wobei jedoch innerhalb des Abkühlbereichs 104 ein höherer Gasdruck bereitgestellt sein kann, als in den angrenzenden Beschichtungsbereichen 102, 106.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise mittels der Gasführungsstruktur 108 ein Gas in den Abkühlbereich 104 eingelassen werden, wobei das Gas ein effizientes Abkühlen eines Substrats innerhalb des Abkühlbereichs 104 ermöglichen kann, wobei jedoch der Gasleckstrom aus dem Abkühlbereich 104 in die angrenzenden Beschichtungsbereiche 102, 106 aufgrund der Gasseparation mittels der Evakuierbereiche 112, 114 vermieden werden kann (oder derart reduziert werden kann, dass der Gasleckstrom vernachlässigbar oder für einen Beschichtungsprozess tolerierbar sein kann).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Evakuierbereiche 112, 114 mittels einer Pumpenanordnung (Vakuumpumpenanordnung) oder mehrerer Pumpenanordnungen (Vakuumpumpenanordnungen) evakuiert werden. Ferner können die Evakuierbereiche 112, 114 kaskadenartig aufgebaut sein und mittels einer differentiellen Pumpenanordnung oder mittels mehrerer differentieller Pumpenanordnungen abgepumpt (evakuiert) werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 mehrere Evakuierbereiche 112a, 112b, 114a, 114b, 114c, 114d aufweisen (vergleiche 4A), so dass der Druckunterschied, welcher zwischen dem Abkühlbereich 104 und den Beschichtungsbereichen 102, 106 realisiert sein kann, größer sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Druckunterschied zwischen dem Abkühlbereich 104 und den Beschichtungsbereichen 102, 106 von der Anzahl der Evakuierbereiche 112a, 112b, 114a, 114b abhängen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gasdruck (Prozessdruck) innerhalb der Beschichtungsbereiche 102, 106
    • – in einem Bereich von kleiner als 10–2 mbar liegen,
    • – beispielsweise in einem Bereich von kleiner als 10–3 mbar.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Evakuierbereiche 112, 114 innerhalb des Abkühlbereichs ein Gasdruck in einem Bereich von ungefähr 0,1 mbar bis ungefähr 0,5 mbar bereitgestellt sein. In diesem Druckbereich kann der Prozess der Wärmeleitung den Wärmetransport dominieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann innerhalb des Abkühlbereichs 104 eine Kühlplatte bereitgestellt sein, so dass das Kühlen des Substrats mittels Wärmeleitung zwischen dem Substrat und der Kühlplatte erfolgen kann, vermittelt durch das entsprechende Gas. Ferner kann die Kühlplatte aktiv gekühlt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlplatte mittels einer wärmeabsorbierenden oder wärmestrahlungsabsorbierenden Schicht beschichtet sein oder eine wärmeabsorbierenden oder wärmestrahlungsabsorbierenden Oberfläche aufweisen. Ferner kann die Kühlplatte, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, mindestens ein Material der folgenden Materialien aufweisen oder daraus bestehen: Kupfer, Aluminium, Stahl und/oder Edelstahl.
  • In dem Fall, dass das Kühlen des Substrats innerhalb des Abkühlbereichs 104 mittels Wärmeleitung, beispielsweise zwischen einer Kühlplatte (oder einer entsprechenden Kühlvorrichtung) und dem Substrat, unterstützt von dem mittels der Gasführungsstruktur 108 eingebrachten Gas, erfolgt, kann der Abstand zwischen der Kühlplatte (oder einer entsprechenden Kühlvorrichtung) und dem Substrat in einem Bereich von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 10 cm liegen. Dabei kann der Abstand zwischen der Kühlplatte (oder einer entsprechenden Kühlvorrichtung) und dem Substrat beispielsweise so gering wie möglich eingerichtet sein, so dass der Wärmetransport mittels Wärmeleitung aufgrund des Gases so groß wie möglich sein kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Evakuierbereiche 112, 114 innerhalb des Abkühlbereichs ein Gasdruck in einem Bereich von ungefähr 0,1 mbar bis ungefähr 900 mbar bereitgestellt sein, so dass das Kühlen des Substrats mittels Wärmeleitung und/oder bei ausreichender Gasmenge mittels Konvektion erfolgen kann.
  • Wie in den 1A bis 1C veranschaulicht ist, kann eine Vakuumbeschichtungsanlage 100 mindestens zwei Beschichtungsbereiche 102, 106 aufweisen, wobei zwischen den Beschichtungsbereichen 102, 106 ein Abkühlbereich 104 vorgesehen sein kann. Dabei kann der Transport eines Substrats entlang der Richtung 101 erfolgen, so dass das Substrat in dem ersten Beschichtungsbereich 102 beschichtet werden kann, anschließend in dem Abkühlbereich 104 abgekühlt werden kann, und anschließend in dem zweiten Beschichtungsbereich 106 erneut beschichtet werden kann. Mit anderen Worten kann der Abkühlbereich 104 zum Abkühlen des in dem ersten Beschichtungsbereich 102 beschichteten Substrats dienen, bevor das beschichtete und abgekühlte Substrat in dem zweiten Beschichtungsbereich 106 beschichtet wird.
  • Die verschiedenen Bereiche der Vakuumbeschichtungsanlage 100 (die Beschichtungsbereiche 102, 106, der Abkühlbereich 104 und/oder die Evakuierbereiche 112, 114) können modulare Bestandteile der Vakuumbeschichtungsanlage 100 sein. Dabei können beispielsweise die modularen Bestandteile der Vakuumbeschichtungsanlage 100 derart relativ zueinander angeordnet und miteinander verbunden sein, dass diese ein gemeinsames Vakuumsystem bilden, so dass beispielsweise ein Substrat in dem gemeinsamen Vakuumsystem prozessiert werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die verschiedenen Bereiche (die Beschichtungsbereiche 102, 106, der Abkühlbereich 104 und/oder die Evakuierbereiche 112, 114) jeweils ein Transportsystem zum transportieren des Substrats aufweisen, beispielsweise ein Transportrollensystem. Dabei kann das Transportsystem (Transportrollensystem) derart eingerichtet sein, dass ein Substrat entlang der Richtung 101 ohne Unterbrechung durch die Vakuumbeschichtungsanlage 100 hindurch transportiert werden kann. Mit anderen Worten kann ein kontinuierlicher Transport eines Substrats oder mehrerer Substrate durch die Vakuumbeschichtungsanlage 100 hindurch erfolgen.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, ein Modul oder einen Bereich aufweisen (einen Vereinzelungsbereich, ein Transfermodul, ein Vereinzelungsmodul), in welchem aufeinanderfolgend transportierte Substrate, die beispielsweise nur einen geringen Abstand in Richtung der Transportrichtung zueinander aufweisen, vereinzelt werden können. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein kontinuierlicher Transport der Substrate unterbrochen wird, und beispielsweise die Substrate einzeln unabhängig voneinander prozessiert werden können. Eine solche Vereinzelung der kontinuierlich transportierten Mehrzahl von Substraten kann beispielsweise dafür notwendig sein, dass ein einzelnes Substrat in den Abkühlbereich 104 eingebracht werden kann, und beispielsweise der Abkühlbereich 104 mittels der Ventilanordnung 110a, 110b von den Beschichtungsbereichen 102, 106 gasdicht separiert werden kann.
  • Ferner kann, in analoger Weise, die Vakuumbeschichtungsanlage 100 beispielsweise ein weiteres Modul oder einen weiteren Bereich aufweisen (ein Zusammenführungsbereich, ein Transfermodul, ein Zusammenführungsmodul), in dem vereinzelte Substrate (beispielsweise nach dem Abkühlen in dem Abkühlbereich 104), wieder zusammengeführt werden können. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass mehrere vereinzelte Substrate nacheinander derart beschleunigt und bewegt werden, dass diese wieder kontinuierlich transportiert werden können, und beispielsweise einen geringen Abstand entlang der Transportrichtung 101 zueinander aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels eines Vereinzelungsbereichs und eines Zusammenführungsbereichs ein kontinuierlicher Substrattransport vorübergehend unterbrochen werden, beispielsweise um jeweils einen diskreten Abkühlprozess für die vereinzelten Substrate innerhalb des Abkühlbereichs 104 durchzuführen.
  • Wie in den 1A bis 1C veranschaulicht ist, kann eine Vakuumbeschichtungsanlage 100 eine Substratkühlung für eine In-Line-Beschichtungsanlage ermöglichen, so dass die Länge der Vakuumbeschichtungsanlage 100 aufgrund des effektiven Kühlens verkürzt sein kann. Ferner kann ein Beschichtungsprozess auf mehrere Beschichtungsprozesse aufgeteilt werden, so dass die Temperatur des Substrats beim Beschichten eine bestimmte Temperaturobergrenze nicht überschreitet, wobei zwischen den Beschichtungsprozessen das Substrat gekühlt wird. Ferner können mehrere Beschichtungsprozesse durchgeführt werden, ohne dass die Temperatur des Substrats beim Beschichten eine bestimmte Temperaturobergrenze überschreitet. Ferner kann das Kühlen des Substrats mittels Konvektion erfolgen, wobei zusätzlich das Gas in einem Gaskreislauf gekühlt werden kann, so dass das Gas effektiv und kostensparend genutzt werden kann. Ferner kann beispielsweise das Gas zum Kühlen des Substrats das gleiche Gas sein, wie es für den Beschichtungsprozess in einem der Beschichtungsbereiche 102, 106 genutzt werden kann, so dass beispielsweise ein Gasleckstrom in den Beschichtungsbereich 102, 106 hinein nur eine geringe Störung des Beschichtungsprozesses in einem der Beschichtungsbereiche 102, 106 verursacht. Ferner kann das Kühlen des Substrats mittels Wärmeleitung erfolgen, wobei das Gas in dem Abkühlbereich 104 mittels der Gasführungsstruktur 108 und den Evakuierbereichen 112, 114 bereitgestellt sein kann oder werden kann, ohne den kontinuierlichen Prozessfluss (das kontinuierlich Transportieren der Substrate entlang der Transportrichtung 101) zu unterbrechen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der jeweilige Beschichtungsbereich 102, 106 als eine Vakuumbeschichtungskammer oder ein Vakuumbeschichtungsmodul eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der jeweilige Beschichtungsbereich 102, 106 als eine Vakuumbeschichtungskammer oder ein Vakuumbeschichtungsmodul einer modularen Vakuumbeschichtungsanlage 100 eingerichtet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Beschichtungsbereiche 102, 106 als eine Sputterkammer oder eine Elektronenstrahlverdampfungskammer eingerichtet sein. Ferner kann der Abkühlbereich 104 als eine Abkühlkammer 104 oder ein Abkühlmodul 104 (Abkühlkompartment) eingerichtet sein.
  • Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Vakuumbeschichtungsanlage 100 und Details beispielsweise zu dem Abkühlbereich 104 und der Gasführungsstruktur 108 beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1A bis 1C beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in den 1A bis 1C beschriebene Vakuumbeschichtungsanlage 100 übertragen werden oder mit der in den 1A bis 1C beschriebenen Vakuumbeschichtungsanlage 100 kombiniert werden.
  • 2A zeigt eine schematische Ansicht eines Abkühlbereichs 104 einer Vakuumbeschichtungsanlage 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abkühlbereich 104 beispielsweise eine Abkühlkammer 104 sein. Die Abkühlkammer 104 kann anschaulich beispielsweise als eine Komponente (Vakuumkomponente) einer In-Line-Anlage verstanden werden, welche Folgendes aufweisen kann: ein Vakuumkammer 204, eine Ventilanordnung oder mehrere Ventilanordnungen 110a, 110b, eine Gasführungsstruktur 108, eine Vakuumpumpenanordnung 216, ein Transportsystem 222 (beispielsweise ein Transportrollensystem zum Transportieren eines Substrats 220 entlang der Richtung 101 durch die Abkühlkammer 104 hindurch).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in der Abkühlkammer 104 mittels der Vakuumpumpenanordnung 216 ein Vakuum im Bereich des Grobvakuums, des Feinvakuums, des Hochvakuums oder des Ultrahochvakuums bereitgestellt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumpumpenanordnung 216 eine Vorvakuumpumpe und eine Hochvakuumpumpe aufweisen, beispielsweise kann die Vakuumpumpenanordnung 216 mindestens eine Rootspumpe (Wälzkolbenpumpe) und eine Turbomolekularpumpe aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Prozessdruck innerhalb der Abkühlkammer 104 mittels der Gasführungsstruktur 108, mittels der Vakuumpumpenanordnung 216, sowie mittels Ventilen und/oder Sensoren geregelt und/oder gesteuert werden.
  • Beispielsweise kann mittels der Gasführungsstruktur 108 ein Gas zum Kühlen des Substrats 220 in die Abkühlkammer 104 eingelassen werden, zum Beispiel bis zu einem gewünschten Gasdruck, wobei die Abkühlkammer 104 von der Umgebung (beispielsweise von dem Beschichtungsbereichen 102, 106 oder Beschichtungskammern 102, 106 der Vakuumbeschichtungsanlage 100) mittels der Ventilanordnung 110a, 110b gasdicht abgeschlossen sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Gas, welches zum Kühlen des Substrats 220 in die Abkühlkammer 104 eingelassen wurde, nach dem Abkühlprozess mittels der Vakuumpumpenanordnung 216 aus der Abkühlkammer 104 abgepumpt werden. In diesem Fall kann der Gasdruck innerhalb der abgepumpten Abkühlkammer 104 im Wesentlichen gleich des Drucks in den angrenzenden Beschichtungskammern 102, 106 (oder Beschichtungsbereichen 102, 106) sein, so dass beispielsweise die Ventilanordnung 110a, 110b geöffnet werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Substrat 220 durch die Ventilanordnung 110a, 110b hindurch transportiert werden, bzw. durch eine Öffnung, welche mittels der Ventilanordnung 110a, 110b bereitgestellt wird, wenn die Ventilanordnung 110a, 110b geöffnet ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasführungsstruktur 108 einen Kühlkreislauf für das Gas aufweisen, welches zum Kühlen des Substrats 220 in die Abkühlkammer 104 eingelassen wurde, so dass das Gas gekühlt werden kann, während das Substrat 220 in der Abkühlkammer 104 abkühlt. Dabei kann der Kühlkreislauf der Gasführungsstruktur 108 beispielsweise mittels eines Rootsgebläses zum Umwälzen des Gases, einer Gaskühlvorrichtung (eines Wärmetauschers) zum Kühlen des Gases und eines entsprechenden Gaskreislaufs (Rootskreis) bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann der Kühlkreislauf einen Bypass-Kreis aufweisen, damit das Rootsgebläse auch dann weiterlaufen kann, wenn der Gaskreislauf aufgrund des Schließens von Ventilen im Gaskreislauf unterbrochen wird (z.B. wenn die Abkühlkammer wieder evakuiert wird). In diesem Fall kann die Abkühlkammer beispielsweise nicht mehr durchströmt werden. Ein zyklisches Anschalten und Abschalten eines Rootsgebläses kann aufgrund des erheblichen Zeitbedarfs zum Hochtouren und Abtouren nicht sinnvoll sein. Ferner kann der Kühlkreislauf einen Filter zum Filtern des umgewälzten Gases aufweisen. Es versteht sich, dass das Gas mittels des Rootsgebläses aus der Abkühlkammer 104 abgesaugt (oder abgepumpt), anschließend mittels des Wärmetauschers gekühlt wird, und dann das gekühlte Gas wieder in die Abkühlkammer 104 eingelassen werden kann.
  • 2B zeigt eine schematische Ansicht eines Abkühlbereichs 104 einer Vakuumbeschichtungsanlage 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abkühlbereich 104 beispielsweise eine Abkühlkammer 104 sein, wobei die Vakuumbeschichtungsanlage 100 modular aufgebaut sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abkühlmodul 104 Folgendes aufweisen: eine Vakuumkammer 204, mehrere Gasseparationskammern 112, 114 (mehrere Evakuierbereiche 112, 114), jeweils eine Vakuumpumpenanordnung 218 zum Evakuieren der Gasseparationskammern 112, 114, ein Transportsystem 222 (beispielsweise ein Transportrollensystem zum Transportieren eines Substrats 220 entlang der Richtung 101 durch die Abkühlkammer 104 hindurch), eine Gasführungsstruktur 108, jeweils eine Öffnung 111a, 113a, so dass ein Substrat aus der Gasseparationskammer 112 durch die Öffnung 111a hindurch in die Abkühlkammer 104 transportiert werden kann, und dass das Substrat aus der Abkühlkammer 104 durch die Öffnung 113a hindurch in die zweite Gasseparationskammer 114 transportiert werden kann.
  • Ferner kann die Abkühlkammer 104 eine Vakuumpumpenanordnung 216 aufweisen, zum Evakuieren der Abkühlkammer 104 oder der Vakuumkammer 204, wie vorangehend beschrieben.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Gasseparationskammern 112, 114 mittels der jeweiligen Vakuumpumpenanordnung 218 evakuiert werden, so dass ein Vakuum im Bereich des Grobvakuums, des Feinvakuums, des Hochvakuums oder des Ultrahochvakuums innerhalb der Gasseparationskammern 112, 114 bereitgestellt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die jeweilige Vakuumpumpenanordnung 218, in Abhängigkeit von der Menge an Gas, welche aus der Abkühlkammer 104 durch die Öffnungen 111a, 113a hindurch in die Gasseparationskammern 112, 114 strömt, eine Vorvakuumpumpe aufweisen, beispielsweise kann die Vakuumpumpenanordnung 218 mindestens eine Rootspumpe (Wälzkolbenpumpe) aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumpumpenanordnung 218 eine Vorvakuumpumpe und eine Hochvakuumpumpe aufweisen, beispielsweise kann die Vakuumpumpenanordnung 218 mindestens eine Rootspumpe (Wälzkolbenpumpe) und eine Turbomolekularpumpe aufweisen.
  • Ferner können mehrere Gasseparationskammern jeweils zwischen der Abkühlkammer 104 und dem ersten und zweiten Beschichtungsbereich 102, 106 (der ersten und zweiten Vakuumbeschichtungskammer 102, 106) angeordnet sein, so dass ein größeres Druckgefälle zwischen der Abkühlkammer 204 und den Vakuumbeschichtungskammern 102, 106 bereitgestellt sein kann oder werden kann. Die Mehrzahl von Gasseparationskammern (Evakuierbereichen) zwischen der Abkühlkammer (dem Abkühlbereich) und der Vakuumbeschichtungskammer kann differentiell eingerichtet sein, wobei beispielsweise eine Gasseparationskammer, welche näher an der Abkühlkammer liegt, einen größeren Druck aufweist, als eine weiter von der Abkühlkammer entfernte Gasseparationskammer.
  • Beispielsweise kann mittels der Gasführungsstruktur 108 ein Gas zum Kühlen des Substrats 220 in die Abkühlkammer 104 (Vakuumkammer) eingelassen werden, wobei das Gas durch die jeweilige Öffnung 111a, 113a hindurch in die entsprechende Gasseparationskammer 112, 114 strömen kann, wobei das Gas zum Kühlen des Substrats 220 jeweils mittels der Vakuumpumpenanordnung 218 in der entsprechenden Gasseparationskammer 112, 114 abgepumpt werden kann. Somit kann das Gas zum Kühlen des Substrats 220 beispielsweise nicht oder nur in vernachlässigbaren Mengen in die Beschichtungskammern 102, 106 gelangen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Kühlgas mittels der Gasführungsstruktur 108 in die Abkühlkammer 104 eingelassen werden. Das Einlassen des Kühlgases kann dabei kontinuierlich erfolgen, so dass der Gasdruck innerhalb der Abkühlkammer 104 im Wesentlichen konstant sein kann. Mit anderen Worten kann das Kühlgas innerhalb der Abkühlkammer 104 eingelassen werden, wobei sich ein konstanter Gasstrom zu den entsprechenden Gasseparationskammer 112, 114 einstellen kann.
  • Wie in 2B dargestellt ist, kann eine Kühlvorrichtung 224 innerhalb der Abkühlkammer 104 angeordnet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung 224 derart eingerichtet sein, dass eine Fläche der Kühlvorrichtung 224 einen Abstand von einigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern zu einem durch die Abkühlkammer 204 transportieren Substrat 220 aufweisen kann. In dem Fall, dass der Gasdruck des Kühlgases, welches mittels der Gasführungsstruktur 108 in die Abkühlkammer 204 eingelassen wird, beispielsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 0,1 mbar und beispielsweise 1 mbar liegt, kann das Substrat 220 innerhalb der Abkühlkammer 204 mittels der Kühlvorrichtung 224 gekühlt werden, wobei aufgrund des Gases das Substrat 220 im Wesentlichen aufgrund der Wärmeleitung zwischen dem Substrat 220 und der Kühlvorrichtung 224 gekühlt werden kann.
  • Ferner kann die Abkühlkammer 204 derart modifiziert sein, dass das Gas zum Kühlen des Substrats 220 derart in die Abkühlkammer 204 eingeleitet wird, dass sich zwischen dem Substrat 220 und der Kühlvorrichtung 224 eine Gasströmung bilden kann. Dabei kann das Gas beispielsweise mittels einer Öffnung oder mehrerer Öffnungen in der Kühlvorrichtung 224 bereitgestellt werden, so dass das Gas beispielsweise in Richtung des Substrats 220 aus der Kühlvorrichtung 224 ausströmt.
  • Wie in 2C dargestellt ist, kann ein Substrat oder eine Mehrzahl von Substraten 220a, 220b innerhalb des Abkühlbereichs 104 zwischen zwei wassergekühlten Platten 224a, 224b mit hohem Absorptionsgrad für Wärmestrahlung (ε gegen 1) entlang der Richtung 101 transportiert werden. Dabei kann beispielsweise ein Gas in den Abkühlbereich 104 eingebracht werden, so dass der Wärmetransport 230 zwischen dem Substrat oder der Mehrzahl von Substraten 220a, 220b und den wassergekühlten Platten 224a, 224b aufgrund der Wärmeleitung 230 mittels des eingebrachten Gases erfolgen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können sich mehrere Substrate gleichzeitig in dem Abkühlbereich 104 befinden. Mit anderen Worten kann der Abkühlbereich 104 derart eingerichtet sein, dass sich mehrere Substrate gleichzeitig in dem Abkühlbereich 104 befinden können.
  • Wie in 2D schematisch dargestellt ist, kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 eine erste Beschichtungskammer 102 aufweisen, welche mit einer ersten Transferkammer 240 (einem Transfermodul) verbunden sein kann, wobei die erste Transferkammer 240 derart mit der Abkühlkammer 104 verbunden sein kann, dass beispielsweise ein einzelnes Substrat 220 der mehreren kontinuierlich transportierten Substrate 220a aus der Beschichtungskammer 102 mittels der ersten Transferkammer 240 in die Abkühlkammer 104 eingebracht werden kann. Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 eine zweite Transferkammer 242 (Transfermodul) aufweisen, welche mit der Abkühlkammer 104 und einer zweiten Beschichtungskammer 106 derart verbunden sein kann, dass nach dem Abkühlen des einzelnen Substrats 220 innerhalb der Abkühlkammer 104 das Substrat 220 mittels der zweiten Transferkammer 242 mit den vorangehenden Substraten 220b zusammengeführt werden kann.
  • Mittels der Ventilanordnung kann die Abkühlkammer 104 vakuumtechnisch von den Transferkammern 240 und 242 separiert sein oder werden.
  • Die erste Transferkammer 240 kann eine Vereinzelungskammer (Vereinzelungsmodul) zum Vereinzeln der kontinuierlich transportierten Substrate 220a sein und die zweite Transferkammer 242 kann eine Zusammenführungskammer (Zusammenführungsmodul) zum Zusammenführen der vereinzelten Substrate 220 sein, so dass die Substrate 220b nach der Abkühlkammer und nach der zweiten Transferkammer 242 wieder kontinuierlich transportiert werden können.
  • Ein kontinuierlicher Transport von Substraten kann beispielsweise aufweisen, dass mehrere Substrate entlang der Transportrichtung 101 mittels eines Transportsystems transportiert werden, wobei die Substratlücken zwischen benachbarten transportierten Substraten gering sein können, beispielsweise kleiner als einige Zentimeter, beispielsweise kleiner als ungefähr 2 cm.
  • 3 zeigt eine detaillierte Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, mit einem Abkühlbereich 104, welcher beispielsweise mittels einer Ventilanordnung 110a, 110b, beispielsweise mittels zweier Klappenventile 110a, 110b von der Umgebung (beispielsweise angrenzenden Beschichtungsbereichen 102, 106) gasdicht abgeschlossen (separiert) werden kann, wie vorangehend beschrieben.
  • Dabei kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen Kühlkreislauf 350 (Gaskühlkreislauf 350, eine Gaskühlvorrichtung 350) aufweisen, so dass das Gas innerhalb des Abkühlbereichs 104 mittels des Kühlkreislaufs 350 umgewälzt und gekühlt werden kann, so dass eine effektive Kühlung des Substrats 220 in dem Abkühlbereich 104 erfolgen kann. Wie bereits beschrieben, können die Klappenventile 110a, 110b während eines Abkühlvorgangs geschlossen sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kühlkreislauf 350 ein Rootsgebläse 352 aufweisen, so dass das Gas innerhalb des Kühlkreislaufs 350 bewegt (umgewälzt) werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kühlkreislauf 350 einen Bypass-Kreis 358 aufweisen, so dass das Rootsgebläse 352 von dem Kühlkreislauf 350 abgekoppelt werden kann, bzw. so dass das Rootsgebläse auch dann weiterlaufen kann, wenn der Kühlkreislauf 350 aufgrund des Schließens der Ventile 362 unterbrochen wird (z.B. wenn die Abkühlkammer 204 wieder evakuiert wird). In diesem Fall kann der Abkühlbereich 104 nicht mehr durchströmt werden. Ferner kann der Kühlkreislauf 350 einen Wärmetauscher 354 (oder eine Kühleinheit 354) aufweisen, so dass das umgewälzte Gas abgekühlt werden kann. Ferner kann der Kühlkreislauf 350 eine Gasleitungsstruktur 350a aufweisen sowie mehrere Ventile 362.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Gas mittels des Rootsgebläses 352 aus dem Abkühlbereich 104 abgesaugt (oder abgepumpt) werden, anschließend mittels des Wärmetauschers 354 gekühlt werden, und dann kann das gekühlte Gas wieder in den Abkühlbereich 104 zurückgeführt werden. Dabei kann das Gas optional mittels des Filters 356 gefiltert werden. Mittels der Ventile 362 des Kühlkreislaufs 350 und eines Ventils 364 am Gaseinlass 308a kann der Gasfluss entsprechend gesteuert und/oder geregelt werden.
  • Mittels der Ventile 362 des Kühlkreislaufs 350 kann der Kühlkreislauf 350 vom Abkühlbereich 104 abgetrennt werden, damit beispielsweise die Abkühlkammer 204 evakuiert werden kann. In diesem Fall kann das Ventil am Bypass-Kreis 358 geöffnet werden, damit das Rootsgebläse weiterlaufen kann.
  • Über das Ventil 364 am Gaseinlass 308a kann das Kühlgas in die Abkühlkammer 204 eingelassen werden, bis ein Druck von beispielsweise ungefähr 800 mbar bis ungefähr 900 mbar erreicht ist. Das Gas kann bereits beim Einlassen über die Gasdüsenfelder 324a, 324b geführt werden, so dass eine gleichmäßige Substratkühlung bereits während des Gaseinlasses erfolgt.
  • Nach dem Erreichen von nahezu Druckgleichheit in Kühlkreislauf 350 und Abkühlkammer 204 (ermittelt durch die Druckmessgeräte 360) können das Ventil 364 am Gaseinlass 308a und das Ventil am Bypass-Kreis 358 geschlossen werden und die Ventile 362 des Kühlkreislaufes geöffnet werden. Ziel könnte es beispielsweise sein, einen Druck von ungefähr 800 mbar bis ungefähr 900 mbar einzustellen. Damit kann erreicht werden, dass der Deckel der Abkühlkammer 204 durch den höheren Umgebungsdruck von ungefährem Normaldruck (1000 mbar) fest angedrückt wird und keine Falschluft eintreten kann bzw. kein Kühlgas austreten kann. Dann kann mittels des Rootsgebläses 352 ein Gastransport durch den Kühlkreislauf 350 erfolgen.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 ein oder mehrere Druckmessgeräte 360 aufweisen, so dass beispielsweise der Gasdruck innerhalb des Abkühlbereichs 104 und/oder der Gasdruck in dem Kühlkreislauf 350 ermittelt werden kann.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 eine Vakuumpumpenanordnung 216 aufweisen, wie zuvor beschrieben. Die Vakuumpumpenanordnung 216 kann beispielsweise eine Turbomolekularpumpe 216a, eine Rootspumpe 216b und eine Vorpumpe 216c aufweisen. Ferner kann mittels eines Gaseinlasses 308a das Gas in den Abkühlbereich 104 eingebracht werden, wobei das Gas mittels der Vakuumpumpenanordnung 216 wieder aus dem Abkühlbereich 104 entfernt (abgepumpt) werden kann.
  • Ferner kann das Gas mittels eines Gasdüsenfeldes oder mehreren Gasdüsenfeldern 324a, 324b in den Abkühlbereich 104 eingebracht werden, so dass das Substrat gleichmäßig mittels des Gases, beispielsweise mittels des gekühlten Gases aus dem Gaskühlkreislauf 350, umströmt und/oder umspült werden kann. Dabei können die Gasdüsenfelder 324a, 324b oberhalb und unterhalb des Substrats, welches durch den Abkühlbereich 104 transportiert wird oder sich in dem Abkühlbereich 104 befindet, flächig angeordnet sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Gasdüsenfeld 324a, 324b derart eingerichtet sein, dass das Substrat 220 neben der Konvektion auch gleichzeitig mittels Wärmeleitung oder Wärmestrahlung gekühlt werden kann.
  • 4A zeigt eine Darstellung einer Vakuumbeschichtungsanlage 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, aufweisend einen Abkühlbereich 104, welcher beispielsweise mittels mehrerer differentieller Evakuierbereiche, beispielsweise mittels der Evakuierbereiche 114a, 114b, 114c, 114d zwischen dem Abkühlbereich 104 und dem zweiten Beschichtungsbereich 106, von der Umgebung (beispielsweise von den angrenzenden Beschichtungsbereichen 102, 106) separiert sein kann, wie vorangehend beschrieben.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gaszufuhr zum Kühlen des Substrats in dem Abkühlbereich 104 mittels der Gasführungsstruktur 108 bereitgestellt werden, wobei die Gasführungsstruktur 108 ein Gaseinlassventil 408a, einen Druckregler (oder Gasflussregler) 408b und/oder ein Druckmessgerät 408c, beispielsweise gekoppelt mit dem Druckregler und/oder dem Gaseinlassventil 408a, aufweisen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Evakuierbereiche 114a, 114b, 114c, 114d ein Gasdruckgefälle zwischen dem Abkühlbereich 104 und dem zweiten Beschichtungsbereich 106 erzeugen oder aufrechterhalten, so dass der Abkühlbereich 104 innerhalb der Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen größeren Druck aufweisen kann, als die Beschichtungsbereiche 102, 106. Beispielsweise kann der Gasdruck in dem Abkühlbereich 104 höher sein, als für einen Beschichtungsprozess in einem der Beschichtungsbereiche 102, 106 zulässig sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Druck in den
  • Beschichtungsbereichen 102, 106 in einem Bereich von ungefähr 1·10–3 mbar bis ungefähr 1·10–2 mbar liegen, wobei der Druck in dem Abkühlbereich 104 in einem Bereich von ungefähr größer oder gleich 0,1 mbar liegen kann.
  • Ferner können die Evakuierbereiche 114a, 114b mittels zweier Rootspumpen 218b abgepumpt werden, beispielsweise bis in einen Druckbereich von ungefähr 1·10–2 mbar, wobei die Rootspumpe des Evakuierbereichs 114a als eine Vorpumpe für die Rootspumpe des Evakuierbereichs 114b dienen kann (die Evakuierbereiche 114a, 114b können kaskadenartig angeordnet und eingerichtet sein). Ferner können die weiteren Evakuierbereiche 114c, 114d mittels zweier Turbomolekularpumpen 218a bis in den Hochvakuumbereich evakuiert werden. Somit kann beispielsweise der Evakuierbereich 114d, welcher eine Verbindung zu dem zweiten Beschichtungsbereich 106 bereitstellen kann, einen Druck im Hochvakuumbereich aufweisen, so dass der verbundene zweite Beschichtungsbereich 106 entsprechend nicht von dem Kühlgas, welches in den Abkühlbereich 104 eingebracht werden kann, beeinflusst wird.
  • Eine analoge Anordnung der Evakuierbereiche (angedeutet durch die Evakuierbereiche 112a, 112b) kann zwischen dem Abkühlbereich 104 und dem ersten Beschichtungsbereich 102 bereitgestellt sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Gas zum Kühlen des Substrats, welches in den Abkühlbereich 104 eingelassen wird, derart gewählt sein, dass das Gas, welches in geringen Mengen in die Beschichtungsbereiche 102, 106 gelangen kann, einen Beschichtungsprozess in den Beschichtungsbereichen nicht stört.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 in einem oder in mehreren der Evakuierbereiche, beispielsweise in den Evakuierbereichen 114c, 114d, Spaltschleusen 460 aufweisen, welche die Gasseparation unterstützen können.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 ein durchgängiges Transportsystem 222 aufweisen, zum Transportieren des Substrats 220 durch die Vakuumbeschichtungsanlage 100 hindurch.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 in dem Abkühlbereich 104 eine Kühlvorrichtung 224a, 224b aufweisen, so dass das Substrat 220 mittels der Kühlvorrichtung 224a, 224b und mittels des eingebrachten Gases gekühlt werden kann.
  • 4B zeigt eine detaillierte Darstellung der Kühlvorrichtung 224a, 224b. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung 224a, 224b zwei Kühlplatten 224a, 224b aufweisen, wobei eine erste Kühlplatte 224a oberhalb des durch den Abkühlbereich 104 transportierten Substrats 220 angeordnet sein kann und eine zweite Kühlplatte 224b unterhalb des durch den Abkühlbereich 104 transportierten Substrats 220 angeordnet sein kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung oder können die Kühlplatten 224a, 224b Kupfer aufweisen, wobei die Oberflächen der Kühlvorrichtung oder der Kühlplatten 224a, 224b ein absorbierendes Material aufweisen können (bezogen auf Wärmestrahlung). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung oder können die Kühlplatten 224a, 224b eine Kupferoxid-Oberfläche aufweisen.
  • Ferner kann die Kühlvorrichtung oder können die Kühlplatten 224a, 224b Edelstahl aufweisen, wobei die Oberflächen aus einem Metalloxid gebildet sein können oder ein Metalloxid aufweisen können.
  • Des Weiteren können die dem Substrat zugewandten Kühlplattenoberflächen neben einer Metalloxidschicht zusätzlich noch eine Strukturierung aufweisen, so dass die Absorptionsfähigkeit für Wärmestrahlung erhöht sein kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich das Gas, welches zum Kühlen in den Abkühlbereich 104 mittels der Gasführungsstruktur 108 eingebracht werden kann, in den Bereichen zwischen der Kühlvorrichtung 224a, 224b und dem Substrat 220 ausbreiten. Das Gas 470 zwischen der Kühlvorrichtung 224a, 224b und dem Substrat 220 kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine Wärmeleitung zwischen der Kühlvorrichtung 224a, 224b und dem Substrat 220 ermöglichen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere Kühlplatten zwischen den Transportrollen 222 angeordnet sein.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100, wie in 4A dargestellt, auch derart erweitert werden, dass der Abkühlbereich 104 einen Kühlkreislauf zum Abkühlen des Gases in dem Abkühlbereich 104 aufweisen kann, wie vorangehend beschrieben.
  • Wie in 5 dargestellt ist, kann eine Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen Abkühlbereich 104 aufweisen, wobei der Abkühlbereich 104 mittels mehrerer differentieller Evakuierbereiche zwischen dem Abkühlbereich 104 und dem zweiten Beschichtungsbereich 106, z.B. mittels der Evakuierbereiche 114a, 114b, 114c, 114d, von der Umgebung (beispielsweise von angrenzenden Beschichtungsbereichen 102, 106) separiert sein kann, wie vorangehend beschrieben.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen Kühlkreislauf 350 aufweisen, zusätzlich zu der Gasführungsstruktur 108, aufweisend ein Gaseinlassventil 508a, einen Gasflussregler 508b und einen Drucksensor 508c (oder ein Druckmessgerät), wie vorangehend beschrieben wurde.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Gas zum Kühlen des Substrats aus dem Abkühlbereich 104 abgepumpt werden, gekühlt werden, und wieder in den Abkühlbereich 104 zurückgeführt werden.
  • Das Gas kann beispielsweise mittels eines Gasverteilers (Gasdüsenfelds) oder mittels mehrerer Gasverteiler 324a, 324b (z.B. einer Gasführungsanordnung mit einer regelmäßigen Anordnung von Gasaustrittsöffnungen, wobei das Gas in Richtung des zu kühlenden Substrats austreten kann), in den Abkühlbereich 104 eingebracht werden.
  • Mit Bezug auf die vorangehende Beschreibung ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in 6 ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage 100 schematisch in einem Ablaufdiagramm dargestellt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren 600 zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage Folgendes aufweisen: in 610, das Beschichten eines Substrats 220 in einem ersten Beschichtungsbereich 102 der Vakuumbeschichtungsanlage 100; in 620, das Transportieren des Substrats 220 in einen Abkühlbereich 104 der Vakuumbeschichtungsanlage 100; in 630, das Abkühlen des Substrats 220 innerhalb des Abkühlbereichs 104 der Vakuumbeschichtungsanlage 100 mittels eines Gases; in 640, das Transportieren des Substrats 220 in einen zweiten Beschichtungsbereich 106 der Vakuumbeschichtungsanlage 100; und, in 650, das Beschichten des Substrats 220 innerhalb des zweiten Beschichtungsbereichs 106 der Vakuumbeschichtungsanlage 100, wobei der erste Beschichtungsbereich 102, der Abkühlbereich 104 und der zweite Beschichtungsbereich 106 ein gemeinsames Vakuumsystem bilden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Gas in den Abkühlbereich 104 eingebracht werden, beispielsweise mittels der Gasführungsstruktur 108, wobei das Einbringen des Gases derart erfolgen kann, dass der Gasdruck innerhalb des Abkühlbereichs 104 in einem Bereich von ungefähr 0,1 mbar bis ungefähr 1000 mbar liegen kann, oder beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 100 mbar bis ungefähr 900 mbar liegen kann (z.B. in einem Druckbereich in dem die Konvektion das Kühlen des Substrats 220 dominiert), oder beispielsweise in einem Bereich von ungefähr 0,1 mbar bis ungefähr 0,9 mbar liegen kann (z.B. in einem Druckbereich in dem die Wärmeleitung das Kühlen des Substrats 220 dominiert).
  • In dem Fall, dass das Substrat 220 mittels Wärmeleitung gekühlt wird, kann eine Kühlvorrichtung (224, 224a, 224b) nahe des Substrats 220 angeordnet sein, z.B. in einem Abstand von ungefähr kleiner oder gleich 10 cm.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens eine Oberfläche des durch die Vakuumbeschichtungsanlage 100 transportierten Substrats 220 im ersten Beschichtungsbereich 102 beschichtet werden. Dabei kann beispielsweise die Temperatur des Substrats 220 ansteigen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichten des Substrats 220 innerhalb des ersten Beschichtungsbereichs 102 mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgen. Demnach kann der erste Beschichtungsbereich 102 (oder die erste Beschichtungskammer 102) derart eingerichtet sein, dass das Substrat mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung, z.B. mittels Sputterns, Magnetronsputterns oder Elektronenstrahlverdampfens, beschichtet werden kann. Mit anderen Worten kann der erste Beschichtungsbereich 102 ein Vakuumbeschichtungsmodul 102 sein.
  • Nachdem das Substrat 220 im ersten Beschichtungsbereich 102 beschichtet wurde, kann das Substrat 220 in den Abkühlbereich transportiert werden.
  • In dem Fall, dass die Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen Abkühlbereich 104 aufweist, welcher mittels einer Ventilanordnung 110a, 110b separiert werden kann, kann das Verfahren 600 zum Betreiben der Vakuumbeschichtungsanlage 100 ferner das Einbringen des Substrats 220 in den Abkühlbereich 104 aufweisen, wobei dabei die Ventilanordnung 110a, 110b offen sein kann, so dass das Substrat durch eine Öffnung hindurch in den Abkühlbereich 104 eingebracht werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann innerhalb des Abkühlbereichs 104, solang die Ventilanordnung 110a, 110b offen ist, kein Gas eingelassen werden, so dass der Gasdruck in dem Abkühlbereich 104 im Hochvakuumbereich liegen kann, wenn die Ventilanordnung 110a, 110b offen ist. Nachdem das Substrat in den Abkühlbereich 104 eingebracht wurde, kann die Ventilanordnung 110a, 110b beispielsweise geschlossen werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden mittels der Ventilanordnung 110a, 110b die Öffnungen zwischen dem Abkühlbereich 104 und den angrenzenden Bereichen (beispielsweise den Beschichtungsbereichen), durch die das Substrat hindurch transportiert werden kann, geschlossen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abkühlbereich 104 mittels der Ventilanordnung 110a, 110b gasdicht verschlossen werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Schließen der Ventilanordnung 110a, 110b erfolgen, nachdem das Substrat 220 in den Abkühlbereich 104 hinein transportiert wurde. Ferner kann das Schließen der Ventilanordnung 110a, 110b erfolgen, bevor ein Gas zum Kühlen des Substrats 220, welches sich in dem abgeschlossenen Abkühlbereich 104 befindet, in den Abkühlbereich 104 eingebracht wird, so dass das Gas innerhalb des Abkühlbereichs 104 verbleiben kann, da der Abkühlbereich 104 von den Beschichtungsbereichen gasdicht separiert sein kann.
  • Ferner kann das Gas, welches zum Kühlen des Substrats in den Abkühlbereich 104 eingebrachten wurde, mittels eines Gaskühlkreislaufs 350 gekühlt werden. Somit kann eine effizientere Kühlung des Substrats 220 ermöglicht werden, während sich das Substrat in dem Abkühlbereich 104 befindet.
  • Ferner kann der Abkühlbereich 104 mittels einer Pumpenanordnung 216 evakuiert werden, nachdem das Substrat 220 in dem Abkühlbereich 104 entsprechend abgekühlt wurde. Nachdem der Abkühlbereich 104 wieder evakuiert wurde, und somit keine wesentlichen Mengen an Gas in dem Abkühlbereich 104 vorhanden ist, kann die Ventilanordnung 110a, 110b geöffnet werden, so dass das in dem Abkühlbereich 104 abgekühlte Substrat 200 aus dem Abkühlbereich 104 heraus transportiert werden kann, beispielsweise in den zweiten Beschichtungsbereich 106 hinein transportiert werden kann.
  • In dem Fall, dass die Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen Abkühlbereich 104 aufweist, welcher mittels mehreren Evakuierbereichen von angrenzenden Bereichen, beispielsweise von den Beschichtungsbereichen 102, 106, separiert ist, kann ein Substrat 220 durch den Abkühlbereich 104 hindurch transportiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann dabei der Substrattransport kontinuierlich erfolgen, so dass sich ein Substrat 220 oder mehrere Substrate gleichförmig gradlinig durch den Abkühlbereich 104 hindurch bewegen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abkühlbereich 104 dafür eine Eingangsöffnung 111a aufweisen, welche das Einbringen eines Substrats aus dem ersten Beschichtungsbereich 102 in den Abkühlbereich 104 ermöglichen kann, beispielsweise den Transport des Substrats 220 aus dem ersten Beschichtungsbereich 102 in den Abkühlbereich 104. Ferner kann der Abkühlbereich 104 eine Ausgangsöffnung 113a aufweisen, welche das herausbringen des Substrats 220 aus dem Abkühlbereich 104 ermöglichen kann, beispielsweise den Transport des Substrats 220 in den zweiten Beschichtungsbereich 106.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Gas, welches mittels der Gasführungsstruktur 108 in den Abkühlbereich 104 eingebracht wird, durch die Öffnungen 111a, 113a aus dem Abkühlbereich 104 heraus strömen. Dabei kann das Gas beispielsweise in den Evakuierbereichen 112, 114 abgepumpt werden, so dass das Gas aus dem Abkühlbereich 104 nicht in den Beschichtungsbereich 102, 106 gelangen kann.
  • Ferner kann das Separieren des Abkühlbereichs 104 von den Beschichtungsbereichen 102, 106 mittels einer differentiellen Pumpenanordnung 218 erfolgen, wobei innerhalb des Abkühlbereichs 104 ein höherer Gasdruck bereitgestellt ist, als in den Beschichtungsbereichen 102, 106.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat 220, nachdem es aus dem Abkühlbereich 104 in den zweiten Beschichtungsbereich 106 transportiert wurde, innerhalb des zweiten Beschichtungsbereichs 106 beschichtet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Beschichten des Substrats 220 innerhalb des zweiten Beschichtungsbereichs 106 mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgen. Demnach kann der zweite Beschichtungsbereich 106 (oder die zweite Beschichtungskammer 106) derart eingerichtet sein, dass das Substrat 220 mittels chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung, z.B. mittels Sputterns, Magnetronsputterns oder Elektronenstrahlverdampfens, beschichtet werden kann. Mit anderen Worten kann der zweite Beschichtungsbereich 106 ein Vakuumbeschichtungsmodul 106 sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Beschichten des Substrats 220 in dem ersten Beschichtungsbereich 102 und das Beschichten des Substrats 220 in dem zweiten Beschichtungsbereich 106 derart eingerichtet sein oder derart erfolgen, dass im ersten Beschichtungsbereich 102 das gleiche Material wie im zweiten Beschichtungsbereich 106 abgeschieden wird. In diesem Fall kann das Kühlen des Substrats 220 in dem Abkühlbereich 104 zwischen den beiden Beschichtungsprozessen dazu dienen, dass eine dicke Materialschicht auf das Substrat 220 aufgebracht (abgeschieden) werden kann, wobei die Temperatur des Substrats 220 eine festgelegte Grenztemperatur nicht übersteigt, obwohl sich das Substrat 220 während des Beschichtens erwärmen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Beschichten des Substrats 220 in dem ersten Beschichtungsbereich 102 und das Beschichten des Substrats 220 in dem zweiten Beschichtungsbereich 106 derart eingerichtet sein oder derart erfolgen, dass im ersten Beschichtungsbereich 102 ein anderes Material als im zweiten Beschichtungsbereich 106 abgeschieden wird. In diesem Fall kann das Kühlen des Substrats 220 in dem Abkühlbereich 104 zwischen den beiden Beschichtungsprozessen dazu dienen, dass mehrere Materialschichten nacheinander auf das Substrat 220 aufgebracht (abgeschieden) werden können, wobei die Temperatur des Substrats 220 eine festgelegte Grenztemperatur nicht übersteigt, obwohl sich das Substrat 220 während der Beschichtungsprozesse erwärmen kann.
  • Im Folgenden werden weitere Merkmale und Funktionsweisen beschrieben, welche sich auf die vorangehend beschriebenen Figuren und/oder auf die vorangehende Beschreibung beziehen können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung 224, 224a, 224b ein Kühlelement oder mehrere Kühlelemente aufweisen, wobei die Kühlelemente eine aktive Kühlung aufweisen können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Kühlvorrichtung 224, 224a, 224b Kühlelemente aufweisen, welche mit einer Kühlflüssigkeit (einer Kühlsole, aufweisend ein in Wasser gelöstes Salz) gekühlt werden können, z.B. kann die Kühlflüssigkeit eine Temperatur in einem Bereich von ungefähr –170°C bis ungefähr -20°C aufweisen, z.B. kann die Kühlflüssigkeit eine Temperatur in einem Bereich von ungefähr –30°C bis ungefähr 0°C aufweisen.
  • Ferner kann die Kühlvorrichtung 224, 224a, 224b Kühlelemente aufweisen, welche mittels Wasser gekühlt werden, z.B. können die Kühlelemente eine Temperatur in einem Bereich von ungefähr 4°C bis ungefähr 20°C aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 mehrere Abkühlbereiche 104 aufweisen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr als zehn Abkühlbereiche. Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 mehr als zwei Beschichtungsbereiche 102, 106 aufweisen, beispielsweise drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr als zehn Beschichtungsbereiche. Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 mehr als einen Evakuierbereich 112 zwischen dem ersten Beschichtungsbereich 102 und dem Abkühlbereich 104 aufweisen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr als zehn Evakuierbereiche. Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 mehr als einen Evakuierbereich 114 zwischen dem Abkühlbereich 104 und dem zweiten Beschichtungsbereich 106 aufweisen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, oder mehr als zehn Evakuierbereiche.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anzahl der Abkühlbereiche 104 derart gewählt sein, dass dabei die Taktzeit der In-Line-Beschichtungsanlage 100 und die jeweilige Abkühlrate in einem der Abkühlbereiche 104 berücksichtigt ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abkühlbereich 104 von den übrigen Bestandteilen der Vakuumbeschichtungsanlage 100, (z.B. den Beschichtungsbereichen 102, 106) abgetrennt werden (gasdicht separiert werden).
  • In dem Fall, dass die Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen Abkühlbereich 104 aufweist, welcher mittels einer Ventilanordnung 110a, 110b separiert werden kann, kann die Substratabkühlung konvektiv erfolgen, wobei beispielsweise Luft und/oder Stickstoff (oder ein Inertgas oder Edelgas) auf das Substrat geleitet werden kann, beispielsweise mittels eines Düsenfeldes 224a, 224b. Ferner kann das Abtrennen des Abkühlbereichs 104 mittels Klappenventilen erfolgen. Ferner kann der Abkühlbereich 104 einen oder mehrere Gasverteiler 324a, 324b aufweisen, z.B. in dem Kammerbereich und in dem Deckelbereich, um das Kühlgas gleichmäßig über der Substratoberfläche verteilen zu können. Ferner kann der Abkühlbereich 104 einen oder mehrere Gasverteiler aufweisen, so dass das Kühlgas gleichmäßig über der Substratoberfläche verteilt werden kann.
  • Ferner kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 Magnetventile zum Abtrennen des Rootskreises 350 von der Kammer 104 (dem Abkühlbereich 104) aufweisen, damit die Kammern 104 evakuiert werden kann (beispielsweise mittels der Vakuumpumpenanordnung 216).
  • Ferner kann ein Bypass-Kreis 358 für die Rootspumpe 352 vorgesehen sein, sofern die Rootspumpe 352 keinen internen Bypass-Kreis aufweist, so dass die Pumpe auch im Fall einer evakuierten Kammer 104 weiterlaufen kann. Beispielsweise kann ein Anschalten und Abschalten der Rootspumpe 352 im Zyklus der Taktzeit nicht möglich sein, da die Pumpen 352 erhebliche Zeit zum Anlaufen und Abbremsen benötigen können.
  • Ferner kann die Vakuumpumpenanordnung 216 einen Bypass-Kreis und/oder Ventile aufweisen, so dass beispielsweise die Turbomolekularpumpe 216a weiterlaufen kann, während die Kammer 104 mit dem Gas zum Kühlen des Substrats gefüllt ist.
  • Ferner können die Turbomolekularpumpen dazu dienen, dass die Kammer 104 bis auf einen Prozessdruck abgepumpt werden kann. Somit kann beispielsweise beim Öffnen der Klappenventile 110a, 110b kein Druckschlag in die Prozesskammern 102, 106 auftreten. Dafür kann mindestens ein Ventil vorgesehen sein, mittels dessen die Vakuumpumpenanordnung 216 von der Kammer 104 abgetrennt werden kann, beispielsweise wenn die Kammer 104 mit Gas gefüllt ist.
  • In dem Fall, dass die Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen Abkühlbereich 104 aufweist, welcher mittels einer Ventilanordnung 110a, 110b separiert werden kann, kann die Betriebsweise beispielsweise Folgende sein: Einfahrt des Substrats in den Abkühlbereich 104, wobei zumindest das Klappenventil 110a geöffnet sein kann, Schließen der Klappenventile 110a, 110b, Einströmen von Luft und/oder Stickstoff über den Kühlgaseinlass 108 und den Gasverteiler 324a, 324b bis zu einem Druck in einem Bereich von ungefähr 500 mbar bis ungefähr 900 mbar (wobei ein höherer Druck dazu führen könnte, dass Kühlgas aus dem Abkühlbereich 104 entweicht bzw. Falschluft in den Abkühlbereich 104 eindringt), das Öffnen der Ventile 362 zum Rootsgebläse 352, wenn der entsprechende Druck (wie im Kühlkreis 350) erreicht ist, das Umwälzen des Kühlgases (Luft, N2, Inertgas) beispielsweise mittels eines Rootsgebläses 352, das Schließen der Ventile 362 zum Rootsgebläse 352, das Abpumpen des Kühlgases aus dem Abkühlbereich 104 bis auf einen Prozessdruck, beispielsweise mittels der Vakuumpumpenanordnung 216, das Öffnen der Klappenventile 110a, 110b, die Ausfahrt des Substrats 220.
  • Ferner kann der Abkühlbereich 104 derart eingerichtet sein, dass ein Substrat 220 während des Kühlvorganges in dem Abkühlbereich 104 pendeln kann, so dass eine homogene Abkühlung bereitgestellt werden kann und so dass ein Substratbruch oder ein Substratverzug vermieden werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die zu kühlenden Substrate 220 leicht sein, z.B. Wafer, die nicht speziell auf einer Unterlage fixiert sein können, so dass beim Kühlgaseinlass nur ein kleiner Volumenstrom eingesetzt werden kann, damit beispielsweise die Substrate 220 nicht herumgewirbelt und dabei zerstört werden.
  • Wenn beispielsweise dicke Glasscheiben als Substrate 220 verwendet werden, können sowohl die Belüftungszeit so klein wie möglich als auch der Kühlgasvolumenstrom so groß wie möglich gewählt sein oder werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird hierin eine Vakuumbeschichtungsanlage 100 bereitgestellt, wobei die Kühlung der Substrate steuerbar sein kann, beispielsweise mittels des Kühlkreislaufs 350 und/oder mittels der Gasführungsstruktur 108.
  • Ferner können Transferkammern auf beiden Seiten der Abkühlkammer 104 angeordnet sein.
  • In dem Fall, dass die Vakuumbeschichtungsanlage 100 einen Abkühlbereich 104 aufweist, welcher mittels mehreren Evakuierbereichen von angrenzenden Bereichen, beispielsweise von den Beschichtungsbereichen 102, 106, separiert ist, können dicht über der Substratoberfläche Kühlplatten 224a, 224b angeordnete sein, beispielsweise mit aktiver Kühlung und ruhendem Gaspolster 470 zwischen dem Substrat 220 und den Kühlplatten 224a, 224b, so dass das Wärmeleitvermögen des Gases 470 ausgenutzt werden kann, um das Substrat 220 zu kühlen. Dabei kann die übertragene Wärmemenge davon abhängen, wie groß der Spalt zwischen Substrat 220 und Kühlplatte 224a, 224b ist (somit von der Dicke des Gaspolsters 470), und welchen Druck das Gas besitzt, da die Wärmeleitfähigkeit des Gases bis zu einem bestimmten Druck mit zunehmendem Gasdruck ansteigen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen Substrat 220 und Kühlplatte 224a, 224b (die Dicke des Gaspolsters) kleiner oder gleich 5 mm sein. Ferner kann der Druck in einem Bereich von ungefähr 0,5 mbar liegen, so dass ein ausreichender Wärmetransport zwischen Substrat und Kühlplatte möglich sein kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche der Kühlplatten 224a, 224b strukturiert oder geschwärzt sein, so dass der Wärmeabsorptionskoeffizient der Kühlplatten 224a, 224b erhöht sein kann (ε geht beispielsweise gegen 1).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise der Kühlgas-Leckstrom aus dem Abkühlbereich 104 in die benachbarten Bereiche durch eine ständige geringe Gaszufuhr (108, 408a, 508a) kompensiert werden, wobei diese Zufuhr druckgesteuert (mittels des Druckreglers 408b, 508b) erfolgen kann, da ohnehin der Kühlgasdruck gemessen (mittels des Druckmessgeräts 408c, 508c) werden muss.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das gleiche Gas als Kühlgas eingesetzt werden, wie das in den an den Abkühlbereich 104 angrenzenden Prozessbereichen verwendete Sputtergas. Bei einem nicht reaktiven Sputterprozess (z.B. bei einer Abscheidung einer Metallschicht in den Beschichtungsbereichen 102, 106) könnten reaktive Kühlgase wie Sauerstoff und/oder Stickstoff dazu führen, dass die abzuscheidenden Metallatome in Reaktion treten und Metallnitride oder Metalloxide abgeschieden werden. Daher können bei metallischen Beschichtungsprozessen Inertgase (z.B. Argon) verwendet werden, so dass beispielsweise auch Argon als Kühlgas verwendet werden kann. Bei einem reaktiven Sputterprozess (z.B. bei einer Abscheidung einer Oxidschicht und/oder Nitridschicht) kann zur Kühlung das entsprechende Sputtergas (beispielsweise Sauerstoff (Oxidschicht) bzw. Stickstoff (Nitridschicht)) verwendet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gastrennung zwischen dem Abkühlbereich 104 und den angrenzenden Beschichtungsbereichen 102, 106 so dimensioniert sein, dass das Kühlgas, wenn überhaupt, nur in stark verdünnten Mengen in die Beschichtungsbereiche 102, 106 gelangen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in den nächstliegenden benachbarten Bereichen, beispielsweise in den Evakuierbereichen 112a, 114a, eine Kaskade aus Rootspumpen 218b angeordnet sein, welche die beiden Evakuierbereiche 114a, 114b gemeinsam abpumpen kann (vergleich 4A und 5). Wenn der Druck in den folgenden Evakuierbereichen 114c, 114d ausreichend klein ist (beispielsweise kleiner als ungefähr 0,1 mbar), können Turbomolekularpumpen 218a und Spaltschleusen 460 zur Gasseparation eingesetzt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumbeschichtungsanlage 100 bereitgestellt werden, wobei aufgrund des verbesserten Wärmeübergangs ein Abkühlbereich 104 oder wenige aufeinanderfolgende Abkühlbereiche 104 (z.B. zwei Abkühlbereiche 104 oder drei Abkühlbereiche 104) ausreichen können, um die Substrate 220 auch bei kurzen Taktzeiten ausreichend abzukühlen.
  • Ferner kann die Kühlung des Substrats besser gesteuert oder geregelt werden, da das Abkühlen des Substrats mit dem Gasdruck in dem Abkühlbereich 104 korreliert sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen lassen sich mittels des Kühlgas-Volumenstromes der Wärmeübergang und die Kühlwirkung in einem weiten Bereich variieren.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Abkühlbereich 104 eine seitliche Ausdehnung, entlang der Substrattransportrichtung 101, von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 3 m aufweisen, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,8 m bis ungefähr 0,9 m. Ferner kann die Breite des Abkühlbereichs 104, senkrecht zur Substrattransportrichtung 101, in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 4 m aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumbeschichtungsanlage 100 eine modular aufgebaute In-Line-Vakuumbeschichtungsanlage 100 sein, wobei die Bereiche (erster Beschichtungsbereich 102, Abkühlbereich 104, zweiter Beschichtungsbereich 106, Evakuierbereich 112, 114) jeweils ein Modul der gesamten In-Line-Vakuumbeschichtungsanlage 100 sein können.

Claims (21)

  1. Vakuumbeschichtungsanlage (100), aufweisend: – einen ersten Beschichtungsbereich (102) zum Beschichten eines Substrats, – einen Abkühlbereich (104) zum Abkühlen des in dem ersten Beschichtungsbereich (102) beschichteten Substrats, wobei der Abkühlbereich (104) mit dem ersten Beschichtungsbereich (102) verbunden ist zum Empfangen des beschichteten Substrats, wobei der Abkühlbereich (104) eine Gasführungsstruktur (108) aufweist zum Einbringen eines Gases in den Abkühlbereich (104) zum Abkühlen des beschichteten Substrats; – einen zweiten Beschichtungsbereich (106) zum zusätzlichen Beschichten des beschichteten Substrats, wobei der zweite Beschichtungsbereich (106) mit dem Abkühlbereich (104) verbunden ist zum Empfangen des abgekühlten beschichteten Substrats; – wobei der erste Beschichtungsbereich (102), der Abkühlbereich (104) und der zweite Beschichtungsbereich (106) ein gemeinsames Vakuumsystem bilden.
  2. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: mindestens eine Ventilanordnung (110a, 110b) derart eingerichtet, dass der Abkühlbereich (104) von dem ersten Beschichtungsbereich (102) und/oder dem zweiten Beschichtungsbereich (106) gasdicht separiert werden kann.
  3. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine mit dem Abkühlbereich (104) gekoppelte Pumpenanordnung (216) zum Evakuieren des Abkühlbereichs (104).
  4. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: einen ersten Evakuierbereich (112), gekoppelt mit dem Abkühlbereich (104) und dem ersten Beschichtungsbereich (102), wobei der erste Evakuierbereich (112) eingerichtet ist zum Bereitstellen einer Gasseparation zwischen dem ersten Beschichtungsbereich (102) und dem Abkühlbereich (104).
  5. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 4, wobei der erste Evakuierbereich (112) eingerichtet ist zum Bereitstellen eines höheren Gasdrucks in dem Abkühlbereich (104) als in dem ersten Beschichtungsbereich (102).
  6. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: einen zweiten Evakuierbereich (114), gekoppelt mit dem Abkühlbereich (104) und dem zweiten Beschichtungsbereich (106), wobei der zweite Evakuierbereich (114) eingerichtet ist zum Bereitstellen einer Gasseparation zwischen dem Abkühlbereich (104) und dem zweiten Beschichtungsbereich (106).
  7. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 6, wobei der zweite Evakuierbereich (114) eingerichtet ist zum Bereitstellen eines höheren Gasdrucks in dem Abkühlbereich (104) als in dem zweiten Beschichtungsbereich (106).
  8. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche (4 oder 5) oder (6 oder 7), ferner aufweisend mindestens eine differentielle Pumpenanordnung zum Evakuieren des ersten Evakuierbereichs (112) bzw. des zweiten Evakuierbereichs (114).
  9. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Gasführungsstruktur (108) einen Gaskreislauf zum Kühlen des Substrats bildet.
  10. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 9, wobei die Gasführungsstruktur (108) mindestens eine Gaskühlvorrichtung aufweist zum Abkühlen des Gases in dem Gaskreislaufs.
  11. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Gasführungsstruktur (108) derart eingerichtet ist, dass in dem Abkühlbereich (104) ein Gasdruck in einem Bereich von ungefähr 0,1 mbar bis ungefähr 900 mbar bereitgestellt ist.
  12. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste Beschichtungsbereich (102) und/oder der zweite Beschichtungsbereich (106) zum Sputterbeschichten oder zum Elektronenstrahlverdampfen eingerichtet sind/ist.
  13. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: mindestens eine Kühlvorrichtung (224) in dem Abkühlbereich, wobei die Kühlvorrichtung eine thermische Kopplung mit dem beschichteten Substrat bereitstellt.
  14. Vakuumbeschichtungsanlage gemäß Anspruch 13, wobei die mindestens eine Kühlvorrichtung (224) mindestens eine Kühlplatte aufweist, die in einem Abstand von dem Substrat von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 10 cm angeordnet ist.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Vakuumbeschichtungsanlage, aufweisend: – Beschichten eines Substrats in einem ersten Beschichtungsbereich (102) der Vakuumbeschichtungsanlage (100); – Transportieren des Substrats in einen Abkühlbereich (104) der Vakuumbeschichtungsanlage (100); – Abkühlen des Substrats innerhalb des Abkühlbereichs (104) der Vakuumbeschichtungsanlage (100) mittels eines Gases; – Transportieren des Substrats in einen zweiten Beschichtungsbereich (106) der Vakuumbeschichtungsanlage (100); und – Beschichten des Substrats innerhalb des zweiten Beschichtungsbereichs (106) der Vakuumbeschichtungsanlage (100), – wobei der erste Beschichtungsbereich (102), der Abkühlbereich (104) und der zweite Beschichtungsbereich (106) ein gemeinsames Vakuumsystem bilden.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 15, ferner aufweisend: Einbringen eines Gases in den Abkühlbereich (104) derart, dass der Gasdruck in dem Abkühlbereich in einem Bereich von ungefähr 0,1 mbar bis ungefähr 900 mbar liegt.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, ferner aufweisend: Schließen einer Ventilanordnung (110a, 110b) nachdem das Substrat in den Abkühlbereich (104) transportiert wurde und bevor das Gas in den Abkühlbereich (104) eingebracht wird, so dass der Abkühlbereich (104) von den Beschichtungsbereichen (102, 106) gasdicht separiert ist.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, ferner aufweisend: Evakuieren des Abkühlbereichs (104) mittels einer Pumpenanordnung, nachdem das Substrat in dem Abkühlbereich (104) abgekühlt wurde.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, ferner aufweisend: Öffnen der Ventilanordnung, so dass das in dem Abkühlbereich (104) abgekühlte Substrat nach dem Evakuieren des Abkühlbereichs (104) in den zweiten Beschichtungsbereich (106) transportiert werden kann.
  20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, ferner aufweisend: Kühlen des in den Abkühlbereich (104) eingebrachten Gases.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, ferner aufweisend: Separieren des Abkühlbereichs (104) von den Beschichtungsbereichen (102, 106) mittels einer differentiellen Pumpenanordnung, wobei innerhalb des Abkühlbereichs (106) ein höherer Gasdruck bereitgestellt ist, als in den Beschichtungsbereichen (102, 106).
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