DE102013107167B4

DE102013107167B4 - Anordnung zum Schutz von Einbauten in Vakuumkammern

Info

Publication number: DE102013107167B4
Application number: DE102013107167.8A
Authority: DE
Inventors: Torsten Dsaak; Michael Hofmann; Steffen Mosshammer; Thomas Meyer; Jan Kircheis
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: DE102013107167A1

Abstract

Anordnung zum Schutz von Einbauten in Vakuumkammern vor unerwünschten Ablagerungen, mit Transportwalzen zum Transport von Substraten in der Vakuumkammer, sowie Heizelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (3) in der Vakuumkammer jeweils zwischen und unter den Transportwalzen (1) verteilt angeordnet sind, dass zwischen den Heizelementen (3) und den Transportwalzen (1) eine mehrteilige Abschirmung (4) aus lose miteinander verbundenen Blechteilen aufgehängt ist, die sich lückenlos zwischen den Heizelementen (3) und den Transportwalzen (1) in der Vakuumkammer erstreckt und bei der die einzelnen Blechteile derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Heizelemente (3) vom Prozessraum (2) in der Vakuumkammer gasdicht abgekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz von Einbauten in Vakuumkammern, insbesondere von Heizeinrichtungen vor unerwünschten Ablagerungen, mit Transportwalzen zum Transport von Substraten in der Vakuumkammer, sowie Heizelementen.
Sputtereinrichtungen werden zum Herstellen von unterschiedlichen Beschichtungen auf Substraten, wie Glas- oder Metallbändern, eingesetzt, wobei die Substrate erhebliche Flächenabmessungen bis zu mehreren Metern aufweisen können. Für die Bearbeitung von besonders großen Substraten werden auch sogenannte In-Line-Anlagen, oder Durchlaufanlagen, eingesetzt, bei denen das Substrat mit einer Transportvorrichtung durch eine Vakuumschleuse in die Vakuumkammer eingebracht und durch eine weitere Vakuumschleuse aus der Vakuumkammer heraus transportiert werden, wobei die Beschichtung des Substrates während des kontinuierlichen Transportes durch die Vakuumkammer erfolgt. Beispiele für solche In-Line-Anlagen gehen aus der DE 10 2004 020 466 A1 und der DE 10 2004 060 670 A1 hervor.
Während des Sputterprozesses werden die Substrate mit der Heizeinrichtung, zumeist mittels Mantelrohrheizern, die zu Heizspiralen gewendelt sind, auf die erforderliche Prozesstemperatur aufgeheizt. Da die Mantelrohrheizer, die einen Widerstandsheizdraht enthalten, in unterschiedlichen Leistungsstufen und Längen zur Verfügung stehen, versteht es sich, dass bei großflächigen Substraten im Interesse einer homogenen Temperaturverteilung eine Vielzahl solcher Mantelrohrheizer in einem Heizerfeld unterhalb des Substrates angeordnet werden müssen.
Das besondere Problem bei Sputterprozessen entsteht einerseits durch reduzierende oder oxidierende Prozessgase, z.B. beim reaktiven Sputtern, welche die in der Vakuumkammer befindlichen Bauteile einschließlich der Kammerwand schädigen können. Andererseits lagern sich die während des Sputterprozesses freigesetzten Partikel nur zum Teil wie gewünscht auf dem Substrat ab, sondern bilden mehr oder weniger feste Schichten auf der Kammerwand und den übrigen in der Vakuumkammer befindlichen Bauteilen. Die Folge ist eine Verunreinigung der Vakuumkammer, die zur Störung des Sputterprozesses, oder zum Verschleppen von Partikeln in nachfolgende Prozesseinrichtungen führen kann, so dass eine häufige und aufwändige Reinigung notwendig ist.
Weiterhin kann die Anlagerung von Partikeln am Mantelrohrheizer in Verbindung mit den häufig aggressiven Prozessgasen zu einem Ausfall desselben führen, sofern diese nicht, wie in der DE 10 2010 028 734 A1 vorgeschlagen, außerhalb der Beschichtungskammer angeordnet werden können. Auch führt die unerwünschte Beschichtung des Mantelrohrheizers zu einer zunehmenden Dämpfung der abgegebenen Wärmestrahlung, die einhergeht mit einem zunehmenden Wärmestau im Mantelrohrheizer, der schließlich beispielsweise zu einem Bruch des im Mantelrohrheizer befindlichen Widerstandsheizdrahtes führen kann. Zumindest kann die Heizeinrichtung dann nicht mehr ihre Aufgabe erfüllen, das Substrat auf einer konstanten Temperatur zu halten, da die Wärmestrahlung bei Prozesstemperaturen um etwa 350 °C–500 °C eine entscheidende Rolle spielt. Die Folge sind aufwändige Reparaturarbeiten, weil die in der Vakuumkammer befindlichen Einbauteile zumindest teilweise demontiert und anschließend wieder montiert werden müssen, um den defekten Mantelrohrheizer austauschen zu können. Gleiches trifft für andere Ausführungen von Heizelementen zu, die in der Prozesskammer zur Erwärmung des Substrats angeordnet sind ( US 2011/0033638 A1 ).
Da die Generierung von Partikeln beim Sputterprozess notwendig ist, wird versucht, die Ausbreitung der Partikel möglichst auf den notwendigen Prozessraum zu beschränken. So ist aus der DE 38 84 158 T2 eine Sputteranlage mit einer Vakuumkammer mit Kammerschutzplatten; einem Magnetron, einem in der Vakuumkammer angeordneten Substrat und Heizeinrichtungen bekannt geworden. Um die Ausbreitung von Partikeln zu begrenzen, ist hier eine deckelförmige Schutzplatte vorgesehen, die das Substrat größtenteils umgibt.
Eine solche Lösung ist allerdings nur für kleinflächige Substrate geeignet, die einzeln beschichtet werden sollen. Für großflächige Substrate, die im Durchlaufverfahren beschichtet werden sollen, ist eine derartige Lösung allerdings ungeeignet.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Schutz von Einbauten in Vakuumkammern, insbesondere von Heizeinrichtungen zu schaffen, die eine dichte Abtrennung des Prozessraumes von der Heizeinrichtung ermöglicht und die einfach und schnell montiert und demontiert werden kann, zudem ist gewünscht, dass die Anordnung für besagte Temperaturbereiche geeignet ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Anordnung zum Schutz von Einbauten in Vakuumkammern, insbesondere von Heizeinrichtungen, vor unerwünschten Ablagerungen, mit Transportwalzen zum Transport von Substrates in der Vakuumkammer, sowie Heizelementen, dadurch gelöst, dass in der Vakuumkammer zwischen den Heizelementen und den Transportwalzen eine mehrteilige Abschirmung aus aus lose miteinander verbundenen Blechteilen aufgehängt ist, bei der die einzelnen Teile derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Heizelemente jeweils zwischen und unter den Transportwalzen verteilt angeordnet sind vom Prozessraum in der Vakuumkammer gasdicht abgekoppelt sind. Die mehrteilige Abschirmung erstreckt sich lückenlos zwischen den Heizelementen und den Transportwalzen in der Vakuumkammer, sie ist in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung mäanderähnlich ausgebildet, und schützt somit die Heizelemente zuverlässig vor Ablagerung von teils aggressiven Partikeln.
Die Abschirmung besteht aus Seitenblechen, die längs abgewinkelt sind und am jeweiligen unteren Ende mit einem Aufnahmefalz zur Aufnahme eines Bodenbleches zwischen den Seitenblechen versehen sind, sowie Deckblechen, die die Seitenbleche am oberen Ende miteinander verbinden. Die Seitenbleche umschließen teilweise die Transportrollen, derart, dass die Bodenbleche sich jeweils oberhalb eines unter jeder Transportrolle befindlichen Heizelementes erstrecken.
Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität weisen die Deckbleche abgerundete Seiten auf, die jeweils in einen Dichtrand auslaufen, der von oben an die Seitenbleche anlegbar ist, wobei die Seitenbleche mehrfach längs abgewinkelt sind.
Zur Aufhängung der Abschirmung sind in der Vakuumkammer eine Mehrzahl von beidseitig der Transportrollen in Reihen angeordnete Tragsäulen vorgesehen, die mit Bodenplatten der Vakuumkammer fest verbunden sind und wobei am oberen Ende jedes Tragrohres ein Aufnahmeelement höheneinstellbar befestigt ist.
Weiterhin ist das Aufnahmeelement u-förmig gekröpft und läuft am oberen Ende in eine Auflage zur Unterstützung des jeweiligen Seitenblechs der Abschirmung aus, wobei aus der Stirnseite der Auflage mittig ein Riegel hervorsteht.
In einer weiteren Fortführung der Erfindung weisen die Seitenbleche jeweils am oberen Ende einen horizontal abgewinkelten Rand zur Abstützung auf der Auflage des Aufnahmeelementes auf, wobei zur Lagefixierung des Seitenblechs an der Auflage zwei Hakenelemente im Bereich jeder Aufnahme aus dem Rand des Seitenblechs) hervorstehen, die die Auflage beidseits des Riegels umgreifen.
Schließlich sind unterhalb der Deckbleche Winkelbleche befestigt, deren rechtwinklig nach unten hervor stehender Teil mit einem einseitig offenen Schlitz zur Aufnahme des Riegels des Aufnahmeelementes versehen ist.
Um das Deckblech leicht auf die Riegel aufschieben zu können, läuft der Schlitz im Winkelblech an einem Ende in eine gabelförmige Öffnung aus.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist für die Verwendung in einer Sputtereinrichtung besonders geeignet.
Vorteil der verschiedenen Ausführungen ist die Formstabilität der Anordnung bei thermisch bedingten Bewegungen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass dadurch eine homogene Temperaturverteilung unterhalb des Substrates erreicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
1: eine schematische Seitenansicht einer Sputteranlage mit Transportrollen zum Transport von Substraten in einer Transportebene und einem darüber befindlichen Sputterbereich sowie Heizelementen unterhalb der Transportebene;
2: einen vergrößerten Ausschnitt von 1 ohne Transportrollen mit einer mäanderähnlich ausgebildeten Abschirmung, die sich über die Heizelemente erstreckt;
3: eine vergrößerte Detaildarstellung eines Halteelementes für die Abschirmung; und
4: die Abschirmung ohne Heizelemente, von unten gesehen.
In der Sputteranlage nach 1, 2 befinden sich mehrere Transportwalzen 1 zum Transport von Substraten in einer Transportebene 1.1, wobei die Transportwalzen 1 abstandsweise nebeneinander angeordnet sind. Über den Transportwalzen 1 befindet sich der eigentliche Sputterbereich 2 mit einem zugehörigen Magnetron 2.1 und einer zugehörigen Abschirmung 2.2, in den während des Sputterprozesses Prozessgase eingeleitet und mittels eines Plasmas Partikel von einem nicht dargestellten Target abgelöst und auf einem auf den Transportwalzen 1 befindlichen nicht dargestellten Substrat abgeschieden werden.
Die für die Erzeugung der erforderlichen Prozesstemperatur im Bereich zwischen 350 °C und 460 °C vorgesehenen Heizelemente 3 befinden sich unterhalb der Transportebene 1.1. Um eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in der Transportebene zu erreichen, sind die Heizelemente 3 jeweils zwischen und unter den Transportwalzen 1 in unterschiedlichen Höhen in der Sputteranlage verteilt angeordnet.
Um die Heizelemente 3 vom Sputterbereich abzugrenzen und vor Partikeln zu schützen, die beim Sputterprozess entstehen, ist eine mäanderähnlich ausgebildete Abschirmung 4 vorgesehen, die sich lückenlos zwischen den Heizelementen 3 und den Transportwalzen 1 in der Sputteranlage erstreckt. Die Abschirmung 4 bildet somit eine Gegensputterebene, die den Sputterbereich nach unten begrenzt. Gleichzeitig wird durch die Abschirmung 4 eine Homogenisierung der Wärmestrahlung in Transportrichtung erreicht.
Im Interesse einer leichten Demontage der Abschirmung 4 ist diese mehrteilig ausgeführt und besteht aus Seitenblechen 5, die längs abgewinkelt sind und am jeweiligen unteren Ende mit einem Aufnahmefalz 6 zur Aufnahme eines Bodenbleches 7 zwischen den Seitenblechen 5 versehen sind. Die Seitenbleche 5 umschließen teilweise die Transportrollen 1, derart, dass die Bodenbleche 7 sich jeweils oberhalb des unter jeder Transportwalze 1 befindlichen Heizelementes 3 erstrecken. Die Bodenbleche 7 werden durch Konsolenhaken in den Aufnahmefalzen 6 beim Einschieben geführt und fixiert. Durch die mehrfache Abwinklung der Seitenbleche 5 wird deren Stabilität erhöht.
Die jeweils oberen Heizelemente 3 befinden sich zwischen Seitenblechen 5 zwischen den Transportwalzen 1. Die Abdeckung der oberen Heizelemente 3 erfolgt jeweils mit einem Deckblech 8, das abgerundete Seiten aufweist, die jeweils in einen Dichtrand 9 auslaufen, der oben am Seitenblech 5 anliegt. Durch diese Formgebung des Deckblechs 8 wird zugleich dessen mechanische Stabilität erhöht.
Im Interesse einer möglichst geringen thermischen Trägheit sollten die Blechteile der Abschirmung 4 so dünn wie möglich ausgeführt sein.
Für die Aufhängung der Abschirmung 4 sind in Reihen angeordnete Tragsäulen 10 beidseitig der Transportwalzen 1 vorgesehen, die mit Bodenplatten 11 der Sputteranlage fest verbunden sind. Am oberen Ende jedes Tragrohres 10 ist ein Aufnahmeelement 12 durch eine Verschraubung 13 höhenjustierbar befestigt (3).
Das Aufnahmeelement 12 ist u-förmig gekröpft und läuft am zeichnungsgemäß oberen Ende in eine Auflage 14 zur Unterstützung des jeweiligen Seitenblechs 5 der Abschirmung 4 aus, wobei aus der Stirnseite der Auflage 14 mittig ein Riegel 15 hervorsteht.
Dazu besitzen die Seitenbleche 5 jeweils am (zeichnungsgemäß) oberen Ende einen horizontal abgewinkelten Rand 16 zur Abstützung auf der Auflage 14 des Aufnahmeelementes 12. Zur Lagefixierung des Seitenblechs 5 an der Auflage 14 stehen zwei Hakenelemente 17, 18 im Bereich jeder Aufnahme 14 aus dem Rand 16 hervor, die die Auflage 14 beidseits des Riegels 15 umgreifen.
Die Befestigung des Deckblechs 8 erfolgt mit Winkelblechen 19, die unterhalb des Deckblechs 8 angeschweißt sind und deren rechtwinklig nach unten hervor stehender Teil einen einseitig offenen Schlitz 20 zur Aufnahme des Riegels 15 Aufnahmeelementes 12 versehen ist. Um das Winkelblech 19 leicht in Längsrichtung des Deckblechs 8 auf den Riegel 15 aufschieben zu können, läuft der Schlitz 20 an einem Ende in eine gabelförmige Öffnung 21 aus.
Im montierten Zustand liegt der Dichtrand 9 des Deckblechs 8 dichtend auf dem abgewinkelten Rand 16 der Seitenbleche 5 auf. Auf diese Weise wird in Verbindung mit der Fixierung der Bodenbleche eine insgesamt sehr dichte Abschirmung 4 ausgebildet, ihrer Aufgabe als „Dreckfänger“ vollkommen gerecht wird. Darüber hinaus lässt sich die Abschirmung 4 ohne Zuhilfenahme von Werkzeugen montieren und demontieren.
Ein weiterer Vorteil der „losen“ Verbindung der Einzelteile der Abschirmung 4 und deren Befestigung an den Tragsäulen 10 ist darin zu sehen, dass einerseits eine sichere Fixierung erreicht wird, andererseits bieten die Verbindungen genügend Freiraum für thermisch bedingte Bewegungen.
Die vorstehend beschriebene Abschirmung wurde zwar im Zusammenhang mit einer Sputteranlage beschrieben, lässt sich aber gleichermaßen für ähnliche Prozesse einsetzen, bei denen Partikel generiert werden und bei denen die zu bearbeitenden Substrate auf eine vorgegebene Prozesstemperatur aufgeheizt werden müssen.
Bezugszeichenliste

1: Transportwalze
1.1: Transportebene
2: Sputterbereich / Prozessraum
2.1: Magnetron
2.2: Abschirmung
3: Heizelement
4: Abschirmung
5: Seitenblech
6: Aufnahmefalz
7: Bodenblech
8: Deckblech
9: Dichtrand
10: Tragsäule
11: Bodenplatte
12: Aufnahmeelement
13: Verschraubung
14: Auflage
15: Riegel
16: Rand
17: Hakenelement
18: Hakenelement
19: Winkelblech
20: Schlitz
21: Öffnung

Claims

Anordnung zum Schutz von Einbauten in Vakuumkammern vor unerwünschten Ablagerungen, mit Transportwalzen zum Transport von Substraten in der Vakuumkammer, sowie Heizelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (3) in der Vakuumkammer jeweils zwischen und unter den Transportwalzen (1) verteilt angeordnet sind, dass zwischen den Heizelementen (3) und den Transportwalzen (1) eine mehrteilige Abschirmung (4) aus lose miteinander verbundenen Blechteilen aufgehängt ist, die sich lückenlos zwischen den Heizelementen (3) und den Transportwalzen (1) in der Vakuumkammer erstreckt und bei der die einzelnen Blechteile derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Heizelemente (3) vom Prozessraum (2) in der Vakuumkammer gasdicht abgekoppelt sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (4) aus Seitenblechen (5), die längs abgewinkelt sind und am jeweiligen unteren Ende mit einem Aufnahmefalz (6) zur Aufnahme eines Bodenbleches (7) zwischen den Seitenblechen (5) versehen sind, sowie Deckblechen (8), die die Seitenbleche am oberen Ende miteinander verbinden, bestehen und wobei die Seitenbleche (5) teilweise die Transportwalzen (1) umschließen, derart, dass die Bodenbleche (7) sich jeweils oberhalb des unter jeder Transportwalze (1) befindlichen Heizelementes (3) erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbleche (8) abgerundete Seiten aufweisen, die jeweils in einen Dichtrand (9) auslaufen, der an die Seitenbleche (5) von oben anlegbar ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenbleche (5) mehrfach längs abgewinkelt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufhängung der Abschirmung (4) in der Vakuumkammer eine Mehrzahl von beidseitig der Transportwalzen (1) in Reihen angeordnete Tragsäulen (10) vorgesehen sind, die mit Bodenplatten (11) der Vakuumkammer fest verbunden sind und wobei am oberen Ende jedes Tragrohres (10) ein Aufnahmeelement (12) höhenjustierbar befestigt ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeelement (12) u-förmig gekröpft ist und am oberen Ende in eine Auflage (14) zur Unterstützung des jeweiligen Seitenblechs (5) der Abschirmung (4) ausläuft, wobei aus der Stirnseite der Auflage (14) mittig ein Riegel (15) hervorsteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenbleche (5) jeweils am oberen Ende einen horizontal abgewinkelten Rand (16) zur Abstützung auf der Auflage (14) des Aufnahmeelementes (12) aufweisen, wobei zur Lagefixierung des Seitenblechs (5) an der Auflage (14) zwei Hakenelemente (17, 18) im Bereich jeder Aufnahme (14) aus dem Rand (16) hervorstehen, die die Auflage (14) beidseits des Riegels (15) umgreifen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Deckbleche (8) Winkelbleche (19) befestigt sind, deren rechtwinklig nach unten hervor stehender Teil mit einem einseitig offenen Schlitz (20) zur Aufnahme des Riegels (15) des Aufnahmeelementes (12) versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (20) im Winkelblech (19) an einem Ende in eine gabelförmige Öffnung (21) ausläuft.