DE102013106788A1

DE102013106788A1 - Vakuumkammerdurchführung, Vakuumbehandlungsanlage mit Vakuumkammerdurchführung und Verwendung einer Vakuumkammerdurchführung

Info

Publication number: DE102013106788A1
Application number: DE102013106788.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Hofmann; Torsten Dsaak; Steffen Mosshammer; Thomas Meyer; Jan Kircheis
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2033-06-29
Also published as: DE102013106788B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuumkammerdurchführung 11 mit einem Übertragungsmittel 12 und einer Ausrichteinheit 13 zur Positionierung des Übertragungsmittels 12. Sie betrifft auch eine Vakuumbehandlungsanlage 1, die einen Vakuumraum 2, der durch eine Vakuumkammerwandung 3 von der Atmosphäre getrennt ist, und zumindest eine Vakuumkammerdurchführung 11 in der Vakuumkammerwandung 3 aufweist, sowie die Verwendung einer Vakuumkammerdurchführung 11 zur Positionierung eines Übertragungsmittels 12. Um eine genaue Ausrichtung eines Übertragungsmittels 12 auch über große Neigungswinkel 14 ohne Vakuumunterbrechung zu ermöglichen, so dass einen gewünschten Zielort 8 möglichst präzise eingewirkt und/oder dieser fehlerfrei analysiert werden kann, umfasst die Ausrichteinheit 13 ein Kugelgelenk 16 und einen Flansch 17 zur Montage der Ausrichteinheit 13 an einer Vakuumkammerwandung 3. Das Übertragungsmittel 12 verläuft durch das Kugelgelenk 16.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumkammerdurchführung mit einem Übertragungsmittel und einer Ausrichteinheit zur Positionierung des Übertragungsmittels.
Die Erfindung betrifft auch eine Vakuumbehandlungsanlage, die einen Vakuumraum, der durch eine Vakuumkammerwandung von der Atmosphäre getrennt ist, und zumindest eine Vakuumkammerdurchführung in der Vakuumkammerwandung aufweist, sowie die Verwendung einer Vakuumkammerdurchführung zur Positionierung eines Übertragungsmittels.
Es ist bekannt, Substrate in Vakuumkammern Verfahren zu unterziehen, die die Substratoberfläche oder die Substratbeschaffenheit gezielt beeinflussen. So ist es möglich, Substrate im Vakuum zu beschichten, Schichten von Substraten zu entfernen oder Substrate zu tempern.
In aller Regel besteht die Notwendigkeit, Maschinenelemente oder andere Vorrichtungen, wie z. B. empfindliche Analyseeinrichtungen, außerhalb der Vakuumkammer anzuordnen, so dass für die Übertragung der entsprechenden Größe, beispielsweise einer Kraft oder eines Analysesignals, eine entsprechende Vakuumkammerdurchführung, durch die ein geeignetes Übertragungsmittel verläuft, notwendig ist.
Zudem soll die Übertragung der entsprechenden Größe häufig nicht einfach nur in die Vakuumkammer, sondern zu einem spezifizierten Zielort erfolgen. Der Zielort ist daher diejenige Position, z. B. auf dem Substrat oder dessen Beschichtung, welche analysiert werden soll oder auf die eine Krafteinwirkung erfolgen soll. Die korrekte Ausrichtung des Übertragungsmittels auf den gewünschten Zielort stellt regelmäßig eine Herausforderung dar.
Alle Vakuumbehandlungen sind technologisch anspruchsvolle und kostenintensive Prozesse, die einer Überwachung und Regelung bedürfen, um Abweichungen vom gewünschten Prozessverlauf möglichst frühzeitig zu erkennen und optimale Produkteigenschaften einstellen zu können. Daher verfügen Vakuumkammern in aller Regel über mindestens ein Übertragungsmittel, das mit unterschiedlichsten Analyseeinrichtungen verbunden werden kann und zur Übermittlung eines Analysesignals und/oder der Anordnung eines Sensors in Substratnähe dient.
Dabei dürfen einerseits die Substratbehandlung und der Substrattransport nicht gestört werden, andererseits muss eine hohe Zuverlässigkeit der erhaltenen Analyseergebnisse sichergestellt werden. Des Weiteren ist aus ökonomischen Gründen eine möglichst lange Kampagnendauer erwünscht, d. h., die Ausrichtung des Übertragungsmittels sollte möglichst ohne Unterbrechung des Vakuums erfolgen.
Eine Vakuumkammerdurchführung zur Übermittlung eines Analysesignals aus der Vakuumkammer zu einer außerhalb angeordneten Analyseeinrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2012 207 512 A1 bekannt. Die beschriebene Vakuumkammerdurchführung verfügt zudem über eine angrenzende Ausrichteinheit, die der Ausrichtung eines durch die Vakuumkammerdurchführung verlaufenden Übertragungsmittels dient. Die Ausrichtung erfolgt dabei durch eine Neigung des Übertragungsmittels.
Die beschriebene Methode ist jedoch lediglich für die Korrektur von geringen Positionsabweichungen, wie sie beispielsweise durch Druckänderungen in der Vakuumkammer und die dadurch bedingte Verformung der Wände der Vakuumkammer hervorgerufen werden, geeignet, da die maximale Neigung durch die Anordnung begrenzt ist.
Zum Schutz der Optik eines als Analyseeinrichtung dienenden Pyrometers wird beispielsweise in der DE 10 2010 040 640 A1 beschrieben, das Übertragungsmittel für die Übertragung des Analysesignals, welches in Form eines Rohres ausgebildet ist, weiter in die Vakuumkammer zu führen, so dass Streudampfteilchen, Plasma und ähnliche Einflüsse nicht direkt auf die Empfangseinrichtung einer mit dem Analysekanal verbundenen Analyseeinrichtung einwirken können. Aus der DE 10 2012 004 505 B3 ist bekannt, das Ende eines solchen Rohres mit einer transparenten Trennwand als Partikelschutzscheibe zu versehen, wodurch das Eindringen von Substratbruch, Partikeln sowie Streudampf verhindert und eine optische Beeinträchtigung der Messung durch Verschmutzung unterbunden wird.
Insbesondere die Substrattemperatur und/oder die Temperatur der Beschichtung spielt bei allen Vakuumbehandlungsprozessen eine entscheidende Rolle. So werden beispielsweise bei einer Substratbeschichtung die erzielbaren Schichteigenschaften wie Farbe, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Lichtdurchlässigkeit erheblich von der Temperatur beeinflusst. Speziell bei großflächigen flachen Substraten, die in einer Vakuumkammer beschichtet werden, spielt die gezielte Einstellung der Schichteigenschaften sowohl in Längsrichtung, d. h. in Transportrichtung der Substrate, als auch in Querrichtung eine entscheidende Rolle. Dabei sind in aller Regel entweder homogene Schichteigenschaften oder Schichteigenschaften mit einer definierten Schichtdickenverteilung über der Substratoberfläche gewünscht. Dazu ist eine gezielte Beeinflussung der Vakuumbehandlung u. a. durch eine Kontrolle der Substrat- bzw. Schichttemperatur zwingend erforderlich.
Zur Messung der Temperatur ist der Einsatz von Pyrometern bekannt. Das Prinzip dieser Temperaturmessung besteht darin, dass die von einem Körper ausgehende Wärmestrahlung gemessen und von dem Analysesignal auf die Temperatur geschlossen wird. Das Verfahren setzt die Kenntnis des Emissionsvermögens des zu analysierenden, d. h. des emittierenden Körpers voraus. Weiterhin ist zur Erzielung eines ausreichenden Analysesignals im Pyrometer eine Mindestemission des zu messenden Körpers erforderlich. Hochreflektierende Schichten, wie zum Beispiel gesputterte Metallschichten, sind daher dafür ungeeignet.
Da sich während einer Vakuumbehandlung die Eigenschaften der zu behandelnden Oberfläche und somit auch deren Emissivität ständig ändern, ist eine zuverlässige und genaue pyrometrische Temperaturbestimmung an dieser Position kaum möglich. Daher behilft man sich, indem die Temperatur an Oberflächenteilen des Substrates gemessen wird, die nicht durch Vakuumbehandlungsprozesse beeinflusst werden. Bei der Beschichtung eines Substrates mit einer Funktionsschicht kann die Temperatur beispielsweise an der Substratrückseite erfasst werden, da das Substrat sehr oft nur von einer Seite beschichtet wird. Die Temperaturdifferenzen zwischen der Substratrückseite und der aufzubringenden Schicht werden dabei vernachlässigt, insbesondere bei der Verwendung von dünnen Gläsern mit nur einigen Millimetern Dicke als Substrat.
Vakuumdurchführungen sind auch in Form von mechanischen Durchführungen zur Übertragung von Kräften bzw. Momenten bekannt. Auch hierbei kann es notwendig sein, dass in die Durchführung eingebrachte Übertragungsmittel ausrichten zu können, um beispielsweise eine Krafteinwirkung an einem definierten Zielort zu erreichen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit anzugeben, bei der eine genaue Ausrichtung eines Übertragungsmittels auch über große Neigungswinkel ohne Vakuumunterbrechung erfolgen kann, so dass auf einen gewünschten Zielort möglichst präzise eingewirkt und/oder dieser möglichst fehlerfrei analysiert werden kann.
Zur Lösung der Aufgabenstellung wird eine Vakuumkammerdurchführung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Anspruch 13 betrifft eine erfindungsgemäße Vakuumbehandlungsanlage. Die jeweils darauf bezogenen Unteransprüche beinhalten bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösungen.
Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vakuumkammerdurchführung mit einem Übertragungsmittel und einer Ausrichteinheit zur Positionierung des Übertragungsmittels. Es ist weiter vorgesehen, dass die Ausrichteinheit ein Kugelgelenk und einen Flansch zur Montage der Ausrichteinheit an einer Vakuumkammerwandung umfasst, wobei das Übertragungsmittel durch das Kugelgelenk verläuft.
Die Ausrichteinheit ist mit der Vakuumkammerdurchführung in einer Vakuumkammerwandung mit Hilfe eines dafür geeigneten Flansches vakuumdicht eingebracht und dient der Positionierung des Übertragungsmittels. Insbesondere ist eine Neigung des Übertragungsmittels mit einem Neigungswinkel von bis zu ±35° zwischen der Längsachse des Übertragungsmittels und einer gedachten Linie senkrecht zur Substratebene möglich. Unter Substratebene wird dabei die Ebene in der Vakuumkammer verstanden, in der sich das Substrat während der Vakuumbehandlung befindet.
Dadurch ist eine schnelle und unkomplizierte Ausrichtung des Übertragungsmittels auf unterschiedliche Zielorte durch die Realisierung großer Neigungswinkel bei laufendem Betrieb der Vakuumbehandlungsanlage möglich. Dies ist insbesondere in Hinblick auf den zunehmenden Trend zur Behandlung von Substraten unterschiedlicher Breite in derselben Vakuumbehandlungsanlage von Bedeutung, da dies eine entsprechende Anpassung der/des Übertragungsmittel/s erfordert.
Das Übertragungsmittel besitzt bevorzugt eine längliche Form und kann z. B. der Übertragung von Kräften oder Analysesignalen dienen. Entsprechend erfolgt am Zielort in der Substratebene beispielsweise die Analyse bestimmter Eigenschaften oder eine gezielte Krafteinwirkung.
Die erfindungsgemäße Vakuumkammerdurchführung kann auch zwei oder mehr Übertragungsmittel umfassen, denen eine gemeinsame Ausrichteinheit oder zumindest zwei separate Ausrichteinheiten zugeordnet sind.
Zur Sicherstellung der Vakuumdichtheit sind entsprechende Abdichtungen des Kugelgelenks vorgesehen, während der Flansch der Ausrichteinheit der Abdichtung gegenüber der Vakuumkammerwandung dient. Selbstverständlich verläuft auch das Übertragungsmittel vakuumdicht durch das Kugelgelenk, entweder indem das Übertragungsmittel als Öffnung im Kugelgelenk ausgebildet ist und daher eine separate Vakuumabdichtung zwischen Kugelgelenk und Übertragungsmittel weder notwendig noch möglich ist oder indem entsprechende Dichtungen zwischen Kugelgelenk und Übertragungsmittel eingebracht werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist insbesondere für die Analyse von Substraten mit unterschiedlicher Breite geeignet, da das Übertragungsmittel schnell und einfach auf verschiedenste Zielorte eingestellt werden kann. Zudem ist in der Praxis unter Umständen eine exakt vertikale Positionierung des Übertragungsmittels unter dem Zielort aus Platzgründen nicht möglich. Die Erfindung ermöglicht in diesem Fall eine abweichende Positionierung des Übertragungsmittels, da dieses dennoch entsprechend auf den Zielort eingestellt werden kann.
Da sich die Ausrichteinheit direkt in der Vakuumkammerdurchführung befindet, ist gewährleistet, dass für Übertragungen jeweils die gesamte, gleichbleibende Querschnittsfläche des Übertragungsmittels genutzt werden kann, wodurch sich anderenfalls notwendige Korrekturen, insbesondere bei der Übertragung von Analysesignalen, erübrigen.
Gemäß einer Ausführungsvariante verläuft das Übertragungsmittel entweder zentral oder dezentral durch das Kugelgelenk. Zentraler Verlauf bedeutet, dass die Längsachse des Übertragungsmittels durch den Mittelpunkt des Kugelgelenks verläuft. Somit ist das Übertragungsmittel unter Nutzung der drei Freiheitsgrade des Kugelgelenks exakt auf den Zielort, insbesondere auf einen Zielort zwischen zwei Transportrollen, ausrichtbar. Bei einem dezentralen Verlauf verläuft die Längsachse des Übertragungsmittels nicht exakt durch den Mittelpunkt des Kugelgelenks. Dieser Verlauf kann für bestimmte Einbausituationen, bei denen ein zentraler Verlauf nicht möglich ist, vorteilhaft sein.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Freiheitsgrade des Kugelgelenks der Ausrichteinheit auf zwei Freiheitsgrade beschränkbar sind. Bevorzugt erfolgt die Beschränkung auf die Freiheitsgrade senkrecht und parallel zur Substrattransportrichtung, während eine Rotation parallel zur Längsachse des Übertragungsmittels verhindert wird. Damit ist beispielsweise eine optimale Einstellbarkeit des Übertragungsmittels nur zur Substratausrichtung, d. h. parallel oder senkrecht zu dessen Transportrichtung, erzielbar.
Alternativ sind die Freiheitsgrade des Kugelgelenks der Ausrichteinheit auf nur einen Freiheitsgrad beschränkbar. Bevorzugt ist dies der Freiheitsgrad senkrecht zur Substrattransportrichtung. Damit kann eine Einstellung des Übertragungsmittels auf unterschiedliche Substratbreiten vorgenommen werden, ohne dass sich die Position des Übertragungsmittels relativ zur Substrattransportrichtung ändert. Aber auch andere Freiheitsgrade mit 90° oder einem anderen Winkel zur Substrattransportrichtung sind möglich.
Ein Bezug auf die Substrattransportrichtung ist häufig von Bedeutung, da sich in Transportrichtung die Substrat- und/oder Beschichtungseigenschaften durch fortschreitende Beschichtungsprozesse ändern. Zur Regelung der Beschichtungsprozesse ist eine genaue Analyse der entsprechenden Eigenschaft notwendig, die als Grundlage der Ermittlung notwendiger Änderungen dient. Die Analyse muss daher zu einem genau bestimmten Zeitpunkt während des Beschichtungsprozesses, mithin einer genau bestimmten Position in Substrattransportrichtung, erfolgen. Die erfindungsgemäße Beschränkung der Freiheitsgrade verhindert somit eine Positionsänderung in Substrattransportrichtung, die zu fehlerhaften Analyseergebnissen führen kann.
Zudem ist eine unveränderliche Positionierung in Substrattransportrichtung insbesondere dann sinnvoll, wenn eine gleichbleibende relative Ausrichtung des Übertragungsmittels gegenüber weiteren Einrichtungen, wie z. B. Kühlrippen und/oder Transportrollen, notwendig ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist das Übertragungsmittels in einer Ausrichtposition fixierbar, d. h. die Freiheitsgrade des Kugelgelenks sind auf null Freiheitsgrade beschränkbar. Damit wird eine unbeabsichtigte Positionsänderung verhindert, so dass z. B. einem auf einer Analyse basierenden Regelkreislauf immer der gleiche Zielort zu Grunde liegt oder eine Krafteinwirkung immer an der gleichen Position in Bezug auf die Vakuumkammer stattfindet.
Die Möglichkeiten der Beschränkung der Freiheitsgrade sowie der Fixierung sind bezüglich ihres Auftretens sowie ihrer Reihenfolge nicht beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, zunächst alle Freiheitsgrade des Kugelgelenks für eine Grobeinstellung der Ausrichtposition zu nutzen. Anschließend erfolgt eine schrittweise Beschränkung der Freiheitsgrade bis hin zur vollständigen Fixierung des Kugelgelenks. Entsprechend kann zur erneuten Änderung der Ausrichtposition, z. B. aufgrund einer geänderten Substratbreite, die Beschränkung von wahlweise ein, zwei oder drei Freiheitsgraden zunächst wieder aufgehoben und anschließend wieder eingeführt werden. Die Beschränkung der Freiheitsgrade kann beispielsweise durch eine entsprechende Lagerung des Kugelgelenks im Flansch realisiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das Übertragungsmittels von einem Abschirmrohr zumindest abschnittsweise beabstandet umgeben. Das Abschirmrohr ist dabei bevorzugt am in die Vakuumkammer ragenden Ende des Übertragungsmittels angebracht. Es dient als Wärmeschutzhülse, welche einerseits die Verfälschung der Analysen und andererseits eine Beschädigung des Materials der Ausrichteinheit aufgrund zu hoher Temperatur weitgehend verhindert. Durch die Beabstandung wird eine effektive Isolation erreicht, da aufgrund der herrschenden Druckbedingungen ein Vakuumpolster zwischen Übertragungsmittel und Abschirmrohr vorherrscht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung verfügt dieses Abschirmrohr über eine oder mehrere Aussparungen. Diese sind vorzugsweise an der substratabgewandten Seite angeordnet und können beispielsweise an Kühlrippen angrenzen, so dass das Übertragungsmittel gekühlt werden kann. Damit wird ein effektiverer Schutz in Hinblick auf die Verfälschung von übertragenen Signalen und mögliche Beschädigungen des Übertragungsmittels sowie der Ausrichteinheit durch einen zu hohen Wärmeeintrag gewährleistet.
Weiterhin kann das Abschirmrohr um die Längsachse des Übertragungsmittels drehbar sein, um z. B. vorhandene Aussparungen bei einer Neupositionierung des Übertragungsmittels neu ausrichten zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das Abschirmrohr eine Verdrehsicherung. Damit werden eine unbeabsichtigte Verdrehung des Abschirmrohres sowie ein Verrutschen relativ zum Übertragungsmittel, und somit eine Positionsänderung, z. B. der Aussparungen gegenüber angrenzenden Kühlrippen, verhindert, so dass die relative Position des Abschirmrohrs gegenüber dem Übertragungsmittel auch bei einer Positionsänderung des Übertragungsmittels durch die Ausrichteinheit bestehen bleibt. Eine Verdrehsicherung kann beispielsweise durch eine Aussparung am in die Vakuumkammer ragenden Ende des Übertragungsmittels und einen dazu korrespondierenden Stift am entsprechenden Ende des Abschirmrohrs gebildet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist das Abschirmrohr mehrlagig aufgebaut. Dadurch wird die Wärmeschutzwirkung in Anlehnung an das so genannte Zwiebelschalenprinzip durch den Aufbau weiterer Vakuumpolster weiter verbessert.
Im Abschirmrohr kann des Weiteren eine Aufnahme für eine mechanische Einstellhilfe angeordnet sein. Diese Einstellhilfe dient der exakten Positionierung des Übertragungsmittels. Die Einstellhilfe umfasst in einer Ausführungsform eine Skale zum Ablesen bestimmter Positionen sowie einen Stift, über den die Einstellhilfe mit dem Übertragungsmittel verbunden werden kann.
Zur Positionierung des Übertragungsmittels wird die Einstellhilfe zunächst bezüglich eines bekannten Punktes genau ausgerichtet. Dies kann beispielsweise durch Ausrichtung der Einstellhilfe in der Substratebene einer Durchlauf-Vakuumbehandlungsanlage oder unmittelbar benachbart zur Substratebene erfolgen, indem die Einstellhilfe mittig zwischen zwei Transportrollen und in einem bestimmten Abstand zur Kammerwandung positioniert wird. Anschließend wird die Einstellhilfe über besagten Stift mit dem Abschirmrohr des Übertragungsmittels verbunden und dabei das Übertragungsmittel mithilfe der Ausrichteinheit auf die Position des Fußpunkts des Stifts an der Einstellhilfe ausgerichtet.
Das Kugelgelenk, durch welches das Übertragungsmittel verläuft, ist in der Ausrichteinheit während dieser Ausrichtung in den dazu erforderlichen Freiheitsgraden, bevorzugt allen drei, frei beweglich. Erst nach Erreichen der gewünschten Position, die mit Hilfe der Skale der Einstellhilfe festgelegt wird, erfolgt zumindest eine teilweise Fixierung des Kugelgelenks durch die Beschränkung einer entsprechenden Anzahl an Freiheitsgraden. Anschließend werden Einstellhilfe und Abschirmrohr wieder voneinander getrennt.
Neben der beschriebenen Variante sind auch andere Möglichkeiten zur Positionierung des Übertragungsmittels mit Hilfe der Einstellhilfe denkbar. So muss die Einstellhilfe beispielsweise nicht in oder an der Substratebene angeordnet sein, sondern es kann jeder feststehende Punkt als Referenzpunkt für die Ausrichtung genutzt werden.
Die erfindungsgemäße Vakuumkammerdurchführung kann für die Übertragung von Kräften bzw. Momenten genutzt werden. Dazu verfügt das Kugelgelenk über eine mechanische Durchführung, in der sich das Übertragungsmittel, z. B. eine Welle, befindet. Für die Übertragung von rotatorischen Bewegungen ist die mechanische Durchführung als Vakuumdrehdurchführung, für die Übertragung von translatorischen Bewegungen als Vakuumlineardurchführung ausgebildet. Auch eine Kombination beider Varianten ist möglich.
Zur Gewährleistung der Vakuumdichtheit und/oder zur Verhinderung eines Gasaustauschs, sofern die Atmosphäre auf beiden Seiten der Vakuumkammerwandung unterschiedlich zusammengesetzt ist, muss die Vakuumdurchführung entsprechende Dichtungen umfassen. Besonders geeignet sind dafür Ferrofluid- oder Doppellippendichtungen. Für eine Drehdurchführung vorteilhaft nutzbare Doppellippendichtungen werden z. B. in den Druckschriften DE 10 2009 014 214 A1 und DE 10 2010 027 757 A1 beschrieben, welche vollumfänglich zum Bestandteil der vorliegenden Beschreibung erklärt werden.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann der Zielort, auf den die zu übertragenden Kräfte bzw. Momente einwirken sollen, genau eingestellt werden, indem die Ausrichtung des Übertragungsmittels mit Hilfe des in der Ausrichteinheit eingebrachten Kugelgelenks erfolgt.
Das außerhalb der Vakuumkammer gelegene Ende des Übertragungsmittels kann mit einem antreibenden Maschinenelement, beispielsweise einer Antriebseinrichtung, verbunden werden, um ein zweites Maschinenelement innerhalb der Vakuumkammer, beispielsweise ein rotierendes Target, anzutreiben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist das Übertragungsmittel zur Übertragung eines Analysesignals nutzbar. Dazu ist das Übertragungsmittel als bevorzugt kreiszylindrischer Analysekanal ausgebildet. Es sind jedoch auch andere Ausformungen, z. B. mit einer eckigen Querschnittsfläche denkbar. Die Form des Analysekanals kann sich zudem auch über dessen Länge ändern oder beispielsweise die Form eines Kegelstumpfs annehmen.
Der Analysekanal dient dem Transport eines vom Substrat oder dessen Beschichtung ausgehenden Analysesignals und/oder des gerichteten Transports eines Analysesignals, welches von einer an das außerhalb der Vakuumkammer liegende Ende des Analysekanals anzuschließenden Analyseeinrichtung ausgesandt wird. Als Analysesignal kommt in erster Linie elektromagnetische Strahlung, insbesondere Wärmestrahlung, in Betracht, wobei auch andere Analysesignale, z. B. elektrische Signale denkbar sind. Weiterhin ist es auch möglich, einen Sensor oder den Messkopf eines Sensors im Analysekanal anzuordnen.
Da der Analysekanal in erster Linie dem Signaltransport durch die Vakuumkammerwandung hindurch dient, ergibt sich, dass dieser entweder nur innerhalb des Kugelgelenks verlaufen kann oder optional an beiden Seiten, d. h. innerhalb und/oder außerhalb der Vakuumkammer, verlängerbar ist. Die Verlängerung kann dabei mit Hilfe eines entsprechend geeigneten Rohres erfolgen. Ein in die Vakuumkammer hinein verlängerter Analysekanal schützt z. B. die angebundene Analyseeinrichtung vor dem Eindringen von Fremdkörpern. Zudem wird die Erfassung von unerwünschten Fremdsignalen vermindert.
Das außerhalb der Vakuumkammer gelegene Ende des Analysekanals kann mit einer der Vakuumbehandlungsanlage zugeordneten Analyseeinrichtung verbunden werden, welche Analysesignale vom Substrat und/oder der Beschichtung erhält und diese verarbeitet. Optional kann die Analyseeinrichtung auch selbst ein Signal aussenden, was nach Wechselwirkung mit dem Substrat und/oder der Beschichtung wieder empfangen und verarbeitet wird. Selbstverständlich kann eine Analyseeinrichtung auch mehrere Signale gleichzeitig oder zeitversetzt aussenden bzw. empfangen. Beispiele für derartige Analyseeinrichtungen sind Temperaturmessmittel, wie Pyrometer oder andere, Mikroskope, Spektrometer oder Ellipsometer sowie allgemein solche Analyseeinrichtungen, die ein oder mehr, insbesondere optisch, übertragbare Größen erfassen, aus denen sich ein Messsignal gewinnen lässt.
Die Vakuumdichtheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise durch das Einbringen von einem oder mehreren Fenstern in den Analysekanal, welche für das Analysesignal durchlässig sind, durch eine vakuumdichte Ausführung der an den Analysekanal anzuschließenden Analyseeinrichtung oder durch eine Vakuumdichtung zwischen Analysekanal und Analyseeinrichtung, z. B. im Flansch, erreicht werden.
Optional kann der Analysekanal über ein Vakuumventil verfügen, so dass beispielsweise die Verbindung mit unterschiedlichen Analyseeinrichtungen unter Beibehaltung des Vakuums in der Vakuumkammer möglich ist.
Der Analysekanal ist beispielsweise für die Anordnung eines Pyrometermesskopfes geeignet. Dadurch ist eine besonders genaue Positionierung des Pyrometermesskopfes, d. h. eine exakte Ausrichtung auf den Zielort, möglich. Somit wird die Erfassung von Fremdstrahlung, z. B. von den vorhandenen Heizeinrichtungen, weitgehend vermieden und eine Verfälschung des Analyseergebnisses verhindert.
Dies ist insbesondere bei dem Betrieb einer Durchlauf-Vakuumbehandlungsanlage wichtig, bei der üblicherweise das Transportsystem für Substrate aus abstandsweise quer zur Längserstreckung liegenden Transportrollen besteht, so dass zur Temperaturbestimmung der Substratrückseite nur ein vergleichsweise kleiner Spalt von ca. 30 mm zwischen zwei Transportrollen zur Verfügung steht. Eine nicht korrekte Ausrichtung des Pyrometermesskopfes führt ansonsten dazu, dass im Pyrometer neben der Strahlung vom Substrat zum Teil auch Strahlung von einer Transportrolle erfasst wird.
Ein in die Vakuumbehandlungsanlage hineinreichender Analysekanal verringert zudem ein Verschmutzen der Pyrometeroptik durch Fremdkörper.
Unter bestimmten Bedingungen ist außerdem die Verwendung eines speziellen Pyrometers empfehlenswert, um den Einfluss von Fremdstrahlung weiter zu reduzieren. Da die zu bestimmende Substrattemperatur üblicherweise erheblich unter der Heizertemperatur liegt, die Heizer zumeist jedoch zwischen Substrat und Pyrometer angeordnet sind, ist die Einspiegelung von Wärmestrahlung der Heizer in die Pyrometeroptik möglich. Dies kann zu einer weiteren Verfälschung der Temperaturmessergebnisse führen.
Das spezielle Pyrometer nutzt zur Temperaturbestimmung lediglich Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 7,5 und 7,85 µm. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von entsprechenden Bandfiltern gewährleistet werden. In diesem engen Spektralbereich reflektiert Glas, das sehr häufig als Substratmaterial eingesetzt wird, mit einer vernachlässigbaren Intensität unabhängig vom Einfallswinkel, so dass die Erfassung von Fremdstrahlung in der Pyrometeroptik weitgehend vermieden wird. Entsprechende Pyrometer werden beispielsweise von der Firma HEITRONICS hergestellt und vertrieben.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vakuumbehandlungsanlage, die einen Vakuumraum, der durch eine Vakuumkammerwandung von der Atmosphäre getrennt ist, und zumindest eine Vakuumkammerdurchführung in der Vakuumkammerwandung umfasst. Mindestens eine Vakuumkammerdurchführung ist dabei wie oben beschrieben ausgebildet.
Die Vakuumbehandlungsanlage kann für verschiedenste Substratbehandlungen im Vakuumraum, insbesondere Beschichtungen, genutzt werden, wobei die spezielle Kammerdurchführung eine gezielte Analyse eines gewünschten Zielorts ermöglicht. Außerdem ermöglicht dies eine effektive Behandlung von Substraten unterschiedlicher Breite, da das Vakuum zur Positionierung des Analysekanals nicht unterbrochen werden muss.
Die Vakuumbehandlungsanlage kann vorteilhaft als Durchlauf-Vakuumbehandlungsanlage gestaltet sein, welche über ein Transportsystem zum Transport des Substrats in einer Substratebene der Vakuumbehandlungsanlage verfügt. Der Analysekanal ist dabei auf einen Zielort ausrichtbar, der in der Substratebene liegt. Das Transportsystem kann beispielsweise aus quer zur längserstreckten Substrattransportrichtung angeordneten beabstandeten Transportrollen bestehen, von denen zumindest einige als angetriebene Transportrollen ausgebildet sind, wobei auch andere, dem Fachmann bekannte Lösungen zum Substrattransport zur Verfügung stehen.
Durchlauf-Vakuumbehandlungsanlagen arbeiten im Vergleich zu Batch-Anlagen wesentlich kostengünstiger, da das Vakuum für einen Substratwechsel nicht unterbrochen werden muss. Jedoch sind für diesen Anlagentyp eine genaue Bestimmung von Analysewerten und eine darauf ausgerichtete Prozessregelung unerlässlich, um die gewünschten, langen Kampagnendauern zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung trägt dazu insbesondere aufgrund der hohen Substratbreitenvariabilität der Analysekanalausrichtung ohne Vakuumunterbrechung bei.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst die Vakuumbehandlungsanlage über eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Vakuumkammerdurchführungen, beispielsweise sechs Vakuumkammerdurchführungen, welche in einer geraden Linie angeordnet sind. Bevorzugt verläuft diese Linie senkrecht zur Substrattransportrichtung, um die Eigenschaften möglichst lückenlos zu einem bestimmten Behandlungszeitpunkt und somit an einem bestimmten Ort innerhalb der Vakuumbehandlungsanlage auch bei besonders breiten Substraten bestimmen zu können.
Es ist jedoch auch denkbar, die Mehrzahl der erfindungsgemäßen Vakuumkammerdurchführungen in einer geraden Linie in Substrattransportrichtung oder in einem bestimmten Winkel anzuordnen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigt
1 Querschnitt durch eine Vakuumbehandlungsanlage quer zur Substrattransportrichtung
2 Querschnitt durch eine Vakuumbehandlungsanlage in Substrattransportrichtung
In den 1 und 2 ist, mit der Schnittebene senkrecht und parallel zur Substrattransportrichtung 5, eine Vakuumbehandlungsanlage 1 als eine Durchlauf-Vakuumbehandlungsanlage dargestellt, die einen Vakuumraum 2 aufweist, der durch eine Vakuumkammerwandung 3 von der Atmosphäre getrennt ist. Diese Vakuumbehandlungsanlage 1 ist mit einem Transportsystem 4 zum Substrattransport versehen. Das Transportsystem 4 besteht im Beispiel aus quer zur längserstreckten Substrattransportrichtung 5 angeordneten Transportrollen, wobei einige als angetriebene Transportrollen ausgebildet sind. Alternativ können auch andere Transportlösungen genutzt werden. Im Beispiel erfolgen der Substrattransport sowie die Substratbehandlung bei horizontaler, d. h. liegender Substratausrichtung. Alternativ sind auch ein senkrechter, d. h. stehender Substrattransport sowie Substratbehandlung möglich.
Die Substratebene 6 stellt die Ebene dar, in welcher sich die Substrate 7 während der Vakuumbehandlung befinden. Der Zielort 8, im Ausführungsbeispiel zur Analyse des Substrats 7, liegt dabei zwischen zwei Transportrollen.
In der Vakuumkammerwandung 3 befindet sich eine Vakuumkammerdurchführung 11 mit einem Übertragungsmittel 12 und einer Ausrichteinheit 13. Die Ausrichteinheit 13 umfasst ein Kugelgelenk 16 und einen Flansch 17, so dass die Ausrichteinheit vakuumdicht in die Vakuumkammerwandung 3 eingebracht ist. Auch das Kugelgelenk 16 verfügt über eine entsprechende Vakuumdichtung. Das Übertragungsmittel 12 ist im Ausführungsbeispiel als Analysekanal ausgebildet und besteht aus einem Rohr mit kreisrundem Querschnitt, welches zentral, d. h. durch den Mittelpunkt des Kugelgelenks 16, verläuft. Das Übertragungsmittel 12 lässt sich mit Hilfe des Kugelgelenks 16 auf einen bestimmten Zielort 8 in der Substratebene 6 ausrichten. Der Neigungswinkel 14, d. h. der Winkel, der zwischen der Längsachse des Übertragungsmittels 12 und einer gedachten Linie senkrecht zur Substratebene 6 liegt, beträgt im Ausführungsbeispiel bis zu ±35°.
Das Übertragungsmittel 12 ist zunächst unter Nutzung aller drei Freiheitsgrade des Kugelgelenks auf einen Zielort 8 zwischen zwei Transportrollen ausrichtbar. Anschließend werden die Freiheitsgrade des Kugelgelenks 16 auf den Freiheitsgrad senkrecht zur Substrattransportrichtung 5 der Substrate 7 beschränkt, so dass die Ausrichtung nur noch parallel zu den Transportrollen erfolgt. Zudem ist das Übertragungsmittel 12 in einer Ausrichtposition fixierbar.
Weiterhin reicht das als Analysekanal ausgebildete Übertragungsmittel 12 über das Kugelgelenk hinaus in den Vakuumraum 2 der Vakuumkammer 10. An seinem in die Vakuumkammer 10 ragenden Ende ist das Übertragungsmittel 12 von einem Abschirmrohr 15 beabstandet umgeben. Dieses Abschirmrohr 15 verfügt zudem über zwei gegenüberliegende Aussparungen 19, die an Kühlrippen 20 angrenzen. Außerdem umfasst das Abschirmrohr 15 eine Verdrehsicherung 18. Das Abschirmrohr 18 ist des Weiteren um die Längsachse des Übertragungsmittels 12 drehbar, sofern die Verdrehsicherung deaktiviert ist.
Außerhalb der Vakuumbehandlungsanlage 1 befindet sich eine Analyseeinrichtung 9, die über eine geeignete Verbindung mit dem Übertragungsmittel 12 verbunden ist. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei der Analyseeinrichtung 9 um ein Pyrometer. Zur Vakuumabdichtung umfasst die Verbindung von Übertragungsmittel 12 und Pyrometer eine Vakuumdichtung aus Glas, die für die im Beispiel zu analysierende Wärmestrahlung transparent ist. Alternativ kann die Vakuumdichtung auch im Pyrometer selbst lokalisiert sein.
Das Pyrometer dient der Temperaturbestimmung der Substratrückseite am Zielort 8 und nutzt zur Temperaturbestimmung lediglich Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 7,5 und 7,85 µm. Alternativ sind jedoch auch andere Pyrometer, die bei einem abweichenden Wellenlängenbereich arbeiten, verwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Vakuumbehandlungsanlage
2: Vakuumraum
3: Vakuumkammerwandung
4: Transportsystem
5: Substrattransportrichtung
6: Substratebene
7: Substrat
8: Zielort
9: Analyseeinrichtung
10: Vakuumkammer
11: Vakuumkammerdurchführung
12: Übertragungsmittel
13: Ausrichteinheit
14: Neigungswinkel
15: Abschirmrohr
16: Kugelgelenk
17: Flansch
18: Verdrehsicherung
19: Aussparung
20: Kühlrippe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012207512 A1 [0008]
DE 102010040640 A1 [0010]
DE 102012004505 B3 [0010]
DE 102009014214 A1 [0041]
DE 102010027757 A1 [0041]

Claims

Vakuumkammerdurchführung (11) mit einem Übertragungsmittel (12) und einer Ausrichteinheit (13) zur Positionierung des Übertragungsmittels (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinheit (13) ein Kugelgelenk (16) und einen Flansch (17) zur Montage der Ausrichteinheit (13) an einer Vakuumkammerwandung (3) umfasst und dass das Übertragungsmittel (12) durch das Kugelgelenk (16) verläuft.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel entweder zentral oder dezentral durch das Kugelgelenk verläuft.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiheitsgrade des Kugelgelenks (16) der Ausrichteinheit (13) auf zwei Freiheitsgrade oder einen Freiheitsgrad beschränkbar sind.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel (12) in einer Ausrichtposition fixierbar ist.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel (12) von einem Abschirmrohr (15) beabstandet zumindest abschnittsweise umhüllt ist.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmrohr (15) über eine oder mehrere Aussparungen verfügt.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmrohr (15) um die Längsachse des Übertragungsmittels (12) drehbar ist.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmrohr (15) eine Verdrehsicherung (18) umfasst.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmrohr mehrlagig aufgebaut ist.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahme der mechanischen Einstellhilfe im Abschirmrohr (15) angeordnet ist.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Übertragungsmittels (12) Kräfte in die Vakuumkammer übertragbar sind.
Vakuumkammerdurchführung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Übertragungsmittels (12) ein Analysesignal in die Vakuumkammer übertragbar ist.
Vakuumbehandlungsanlage (1), die einen Vakuumraum (2), der durch eine Vakuumkammerwandung (3) von der Atmosphäre getrennt ist, und zumindest eine Vakuumkammerdurchführung (11) in der Vakuumkammerwandung (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vakuumkammerdurchführung (11) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Vakuumbehandlungsanlage (1) nach Anspruch 13, wobei die Vakuumbehandlungsanlage (1) als Durchlauf-Vakuumbehandlungsanlage mit einem Transportsystem (4) zum Transport des Substrats (7) in einer Substratebene (6) der Vakuumbehandlungsanlage (1) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmittel (12) auf einen Zielort (8) ausrichtbar ist, der in der Substratebene (6) liegt.
Vakuumbehandlungsanlage (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Vakuumkammerdurchführungen (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einer geraden Linie angeordnet sind.