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Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer horizontalen Durchlauf-Substratbehandlungsanlage zur Behandlung, beispielsweise Beschichtung, plattenförmiger Substrate, beispielsweise Glasplatten, wobei die Substrate mit oder ohne Substrathalter auf einer Transporteinrichtung liegend, d.h. in horizontaler Ausrichtung, durch eine von Kammerwänden begrenzte Anlagenkammer oder eine Anordnung mehrerer hintereinander angeordneter Anlagenkammern einer Substratbehandlungsanlage hindurch transportiert werden, wobei die Substrate der Einwirkung mindestens einer Substratbehandlungseinrichtung, wie beispielsweise Beschichtungseinrichtungen, Ätzeinrichtungen usw. ausgesetzt werden. Die Substratbehandlung findet einerseits oft unter einem gegenüber dem Atmosphärendruck geringeren Druck (Prozessvakuum) und andererseits auch oft in einem gewählten, oftmals gesteuert eingelassenen Gas oder Gasgemisch statt (Prozessatmosphäre).
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Bei Durchlauf-Substratbehandlungsanlagen sind, im Gegensatz zu sogenannten Batch-Substratbehandlungsanlagen der Anlagenkammer oder einer Anordnung mehrerer hintereinander angeordneter Anlagenkammern, die beispielsweise als Prozesskammern, Pumpkammern, Transferkammern usw. ausgebildet sein können, im Allgemeinen mindestens je eine als Schleusenkammer ausgebildete Anlagenkammer vor- und nachgelagert, und eine Transporteinrichtung ist im Innern der Substratbehandlungsanlage so angeordnet, dass sie sich durch die beiden Schleusenkammern sowie alle anderen, dazwischen angeordneten Anlagenkammern erstreckt.
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Dadurch können Substrate in einer Transportrichtung durch die Substratbehandlungsanlage bewegt werden, indem sie mittels einer ersten Schleusenkammer in die Substratbehandlungsanlage eingeschleust, mittels der Transporteinrichtung durch die gesamte Anordnung hintereinander angeordneter Anlagenkammern hindurch transportiert und mittels einer zweiten Schleusenkammer aus der Substratbehandlungsanlage ausgeschleust werden. Dabei werden die Substrate in mindestens einer Prozesskammer auch an einer darin angeordneten Substratbehandlungseinrichtung vorbei bewegt und dabei der gewünschten Substratbehandlung ausgesetzt.
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Für die Behandlung plattenförmiger Substrate haben sich Transporteinrichtungen bewährt, die eine Mehrzahl von quer zur Transportrichtung der Substrate angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen umfassen, deren oberste Mantellinien eine horizontale Transportebene für die Substrate definieren und von denen wenigstens ein Teil antreibbar ist. Findet die gewünschte Substratbehandlung unter erhöhten Prozesstemperaturen, beispielsweise 400, 600 oder 800 °C, statt, hat es sich bewährt, die Transportwalzen aus hitzebeständigen Werkstoffen, beispielsweise Keramik, herzustellen oder mit einem hitzebeständigen Werkstoff zu überziehen.
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Für die Beschichtung beispielsweise plattenförmiger Substrate sind verschiedene Dampfquellen bekannt. Die Dampfquelle oder ein mit einer Dampfquelle verbundener Dampfverteiler kann in einer Anlage des oben beschriebenen Typs quer zur Substrattransportrichtung beispielsweise so angeordnet sein, dass ein ca. 5 cm breiter Bereich des Substrats quer über die Substratbreite mit Dampf beaufschlagt wird.
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Das Beschichtungsmaterial kann beispielsweise in Pulverform mittels eines Trägergases an den Ort der Verdampfung gebracht werden. Der Tiegel der Dampfquelle, die das Schmelzen und Verdampfen des Beschichtungsmaterials realisiert, kann beispielsweise aus aufgeheizten Keramikrohren gebildet sein. Der Tiegel kann beispielsweise selbst Dampfaustrittsöffnungen aufweisen und so gleichzeitig als Dampfverteiler dienen. Alternativ können zusätzliche, dampfleitend an den oder die Tiegel angeschlossene Dampfverteiler dafür sorgen, dass das Beschichtungsmaterial aus der Dampfquelle in Richtung Substrat austritt. Dies führt zu einer Verteilung des Dampfes im gesamten Beschichtungsbereich der Anlage. Es entsteht eine Art Nebel, der sich im Beschichtungsbereich der Anlage, beispielsweise in einem sogenannten Kompartment, ausbreitet.
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Ein beispielhaftes Kompartment kann beispielsweise 12 Transportwalzen aufweisen, während die Dampfquelle inklusive Absaugrohren den Platz von zwei Transportwalzen in Anspruch nimmt. Beidseitig der Dampfquelle befinden sich Absaugrohre. Diese entziehen dem Kompartment überwiegend das Trägergas, können aber keine ausreichende Sogwirkung auf den Nebel entfalten.
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Ein Problem ist die sich aus dem Nebel ergebende ungewollte Beschichtung sämtlicher Bauteile, die etwas kälter sind (z.B. unter 600°C), da das Beschichtungsmaterial dort kondensiert (vorrangig Transportwalzen und Kammerwände). Die zu sogenannten „Dogbones“ anwachsenden Transportwalzen eignen sich mit der Zeit immer weniger zum Substrattransport. Auch sie müssen gereinigt oder ausgewechselt werden.
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In
DE 10 2013 206 598 werden bekannte Beschichtungseinrichtungen und Vakuumbeschichtungsanlagen dahingehend verbessert, dass die Verunreinigung und die Beschädigung der erzeugten Schichten auf der Oberfläche des zu beschichtenden Substrats verhindert werden.
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Dazu wird bei einer Beschichtungseinrichtung für eine Vakuumbeschichtungsanlage, die eine beheizbare Dampfquelle zur Aufnahme und Verdampfung eines Beschichtungsmaterials sowie mindestens eine Dampfaustrittsöffnung umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie dem verdampften Beschichtungsmaterial eine mittlere Dampfaustrittsrichtung verleiht, vorgeschlagen, dass die mittlere Dampfaustrittsrichtung ungleich der Gravitationsrichtung ist. Um zu verhindern, dass herabfallende Flocken kondensierten Beschichtungsmaterials auf das Substrat treffen, kann vorgesehen sein, dass unterhalb der mindestens einen Dampfaustrittsöffnung ein Auffangmittel für herabfallendes Kondensat angeordnet ist. Dieses Auffangmittel, das vorzugsweise als ein weit entfernt von der Austrittsöffnung, beispielsweise unmittelbar über dem Substrat, angeordnete Wanne oder ein quer zur Transportrichtung bewegbares Transportelement ausgebildet ist, sorgt dafür, dass die Flocken die auf dem Substrat abgeschiedene Schicht von kondensiertem Beschichtungsmaterial weder beschädigen noch verunreinigen können.
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Ein weiteres Problem ist die noch zu verbessernde Schichtqualität auf dem Substrat. Der Schwerpunkt liegt auf der Gleichverteilung des Beschichtungsmaterials, insbesondere quer zur Substrattransportrichtung (sogenannte Querverteilung).
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In einer parallelen Patentanmeldung wird vorgeschlagen, den Bereich des Dampfverteilers durch einen Kastenrahmen zu begrenzen, der sich selbst von unerwünschten Beschichtungen reinigt. Die Dampfquelle kann, um eine möglichst gleichmäßige Beschichtung zu erreichen, breiter als das Substrat ausgeführt sein. Im Randbereich außerhalb des Substrats, auf den der Dampfverteiler daher auch einwirkt, ist davon auszugehen, dass Dampfkonzentration sowie Temperatur- und Druckverhältnisse nicht mehr denen über dem Substrat entsprechen. Infolgedessen kann es dazu kommen, dass die Schichtdicke am Substratrand gegenüber der Mitte des Substrats abweicht.
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Die Aufgabe, das oben benannte Problem zu lösen, wird durch eine Durchlauf-Substratbehandlungsanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine Durchlauf-Substratbehandlungsanlage zur Beschichtung plattenförmiger Substrate in horizontaler Ausrichtung, umfassend mindestens eine von Kammerwänden begrenzte Anlagenkammer, eine durch die mindestens eine Anlagenkammer erstreckte Transporteinrichtung, die eine Mehrzahl von quer zur Transportrichtung der Substrate angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen umfasst, deren oberste Mantellinien eine horizontale Substrattransportebene definieren und von denen wenigstens ein Teil antreibbar ist, sowie mindestens einen oberhalb der Transporteinrichtung angeordneten Dampfverteiler einer Beschichtungseinrichtung, der die Substrate beidseitig überragt, und beiderseits der Substrate mindestens je eine unterhalb der Substrattransportebene angeordnete statische Blende, wobei die statischen Blenden unterhalb des Dampfverteilers je eine Aussparung oder Unterbrechung aufweisen und unterhalb der statischen Blenden je eine die Aussparung oder Unterbrechung überdeckende drehbare Blende angeordnet ist.
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Die aufgezeigten Probleme werden erfindungsgemäß dadurch behoben, dass sich die Ausbreitung, Konzentration und Kondensation des Beschichtungsmaterials im besagten Randbereich ähnlich wie unmittelbar über dem Substrat gestaltet. Das damit verbundene Problem, d.h. ein zu stark bedampfter Randbereich, wird dadurch gelöst, dass im Randbereich das Beschichtungsmaterial auf einer zusätzlichen Blende zunächst kondensiert und wieder von der Blende entfernt wird, um die Querverteilung zu homogenisieren. Die Blende soll so gut wie möglich den Dampf von den Transportwalzen und der Rückseite des Substrates fernhalten, um die Bildung von „Dogbones“ auf den Transportwalzen zu verhindern.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die statischen Blenden Begrenzungswände eines den Dampfverteiler umschließenden Kastenrahmens sind. Näheres hierzu ist in einer parallelen Patentanmeldung beschrieben.
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Dabei können die parallel zur Substrattransportrichtung verlaufenden Begrenzungswände des Kastenrahmens im Querschnitt ein L-Profil mit einem horizontalen und einem vertikalen Schenkel aufweisen, wobei der jeweilige horizontale Schenkel Aussparung oder Unterbrechung aufweist. L-Profile haben je einen vertikalen und einen horizontalen Schenkel und stellen daher gleichzeitig vertikale Begrenzungswände und horizontale Blenden bereit.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die drehbaren Blenden zumindest in ihrem die Aussparung oder Unterbrechung nicht überdeckenden Bereich beheizbar sind. Damit wird das auf der drehbaren Blende abgeschiedene Beschichtungsmaterial aus dem Substratbereich fortwährend abtransportiert und in einem gewissen Abstand zum Substrat wieder verdampft, um es durch Absaugen aus der Anlagenkammer abtransportieren zu können. Hierzu kann eine Heizeinrichtung auf diesen Bereich der drehbaren Blende einwirken. Außerdem können im Bereich der Heizeinrichtung Absaugmündungen angeordnet sein, durch die das wieder verdampfte Beschichtungsmaterial in Saugleitungen gesogen und anschließend aus der Anlagenkammer abtransportiert wird.
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In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Transportwalzen jeweils einen mittleren Bereich und Endbereiche aufweisen, wobei der Durchmesser des mittleren Bereichs größer ist der Durchmesser der Endbereiche, und der mittlere Bereich kürzer ist als die Breite der Substrate. Dadurch liegen die Substrate nur auf dem mittleren Bereich auf, der wegen seiner gegenüber der Substratbreite geringeren Länge vor Streudampf geschützt ist, während die dünneren Endbereiche gleichzeitig die Möglichkeit eröffnen, die statischen Blenden mit den Substratkanten überlappen zu lassen, so dass Streudampf daran gehindert wird, die Substratrückseite zu erreichen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind unterhalb der Substrattransportebene zwischen je zwei Transportwalzen eine Blende oder/und ein Heizstab angeordnet und der Kastenrahmen auf den Blenden oder/und Heizstäben abgestützt. Blenden, die auch in Heizstäbe integriert sein können, oder Heizstäbe mit oder ohne integrierte Blenden füllen den Raum zwischen benachbarten Transportwalzen zumindest teilweise aus, so dass einerseits eine fast geschlossene Fläche unterhalb des Substrats entsteht und gleichzeitig eine Stützeinrichtung für statische Blenden, beispielsweise einen Kastenrahmen, geschaffen wird.
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Die vorgeschlagene Lösung umfasst eine drehbare Blende im Bereich seitlich der Substrattransportebene. Die drehbare Blende kann beispielsweise aus CFC gefertigt sein. Vorteilhaft wird die drehbare Blende mit einer mittleren Umfangsgeschwindigkeit gedreht, die in etwa der Substratgeschwindigkeit entspricht.
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Ein kleinerer Teil der drehbaren Blende überdeckt die Aussparung oder Unterbrechung der statischen Blende, ein größerer befindet sich entfernt von der statischen Blende, beispielsweise außerhalb des Kastenrahmens.
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Die drehbare Blende bildet eine Verlängerung des Substrates über den Substratrand hinaus, und dabei um die Substratdicke nach unten versetzt. Die drehbare Blende befindet sich damit knapp unter dem Substrat.
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Im Bereich der Aussparung oder Unterbrechung der statischen Blende, beispielsweise im Bereich eines Kastenrahmens, kondensiert das Beschichtungsmaterial, die drehbare Blende dreht sich und bringt kontinuierlich das Beschichtungsmaterial aus dem Bereich der Aussparung oder Unterbrechung der statischen Blende, beispielsweise im Bereich eines Kastenrahmens, außerhalb wird es von der drehbaren Blende „heruntergedampft“. Gleichzeitig wird die drehbare Blende im Bereich der Aussparung oder Unterbrechung der statischen Blende, beispielsweise im Bereich eines Kastenrahmens, auf Substrattemperatur gehalten.
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Die Transportwalzen können nach außen hin in Endbereichen gegenüber dem mittleren Bereich so verjüngt sein, dass das Substrat ca. 2 cm über den Rand des mittleren Bereichs übersteht. So lässt sich ausgehend von diesem Rand nach oben zur Kammerwand eine geschlossene Fläche oder zur Seite knapp über den Transportwalzen schaffen, auf der der Kastenrahmen dann abgestellt wird. Damit verbleiben lediglich kleine Spalte oder Öffnungen, die sich zudem von der Verdampfungsquelle aus gesehen hinter dem Substratrand befinden. Ein grundlegender Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass die drehbare Blende seitlich vom Substrat die Dampfausbreitung, Konzentration und Temperatur weitestgehend ähnlich gestalten lassen. Damit kann eine verbesserte Querverteilung der abgeschiedenen Schicht über die Substratbreite erzielt werden.
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An der drehbaren Blende können die Temperaturen so eingestellt werden, dass in dem Kastenrahmen (innen) beispielsweise ca. 600°C (Substrattemperatur) und außerhalb des Kastenrahmens (außen) beispielsweise ca. 700°C bis 800°C anliegen.
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Der Abstand zwischen Dampfverteiler und Substrat kann beispielsweise 2 bis 3 cm betragen. Um den Randbereich seitlich des Substrats möglichst gut zu homogenisieren, kann dieser vorteilhaft 1 bis 2 mal so breit wie der Abstand des Dampfverteilers zum Substrat gewählt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine schematische Draufsicht auf die Substrattransportebene im Bereich der Beschichtungseinrichtung.
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Gezeigt ist eine innerhalb einer Anlagenkammer angeordnete Transporteinrichtung, die eine Mehrzahl von quer zur Transportrichtung der Substrate 1 angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen 2 umfasst, deren oberste Mantellinien eine horizontale Substrattransportebene definieren.
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Die Transportwalzen 2 weisen jeweils einen mittleren Bereich 21 und Endbereiche 22 auf, wobei der Durchmesser des mittleren Bereichs 21 größer ist der Durchmesser der Endbereiche 22, und der mittlere Bereich 21 kürzer ist als die Breite der Substrate 1.
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Auf dem mittleren Bereich 21 der Transportwalzen 2 liegend werden plattenförmige Substrate 1 in einer Transportrichtung 3 durch die Anlagenkammer und dabei an einer Beschichtungseinrichtung vorbei bewegt. Die Beschichtungseinrichtung weist einen (nicht dargestellten) Tiegel zum Verdampfen des Beschichtungsmaterials sowie einen mit dem Tiegel dampfleitend verbundenen Dampfverteiler 4 auf. Der Dampfverteiler 4 ist breiter als das Substrat 1 und erstreckt sich oberhalb der Substrattransportebene quer zur Substrattransportrichtung 3, wobei der Dampfverteiler 4 länger ist als die Substratbreite, so dass er das Substrat 1 beidseitig überragt.
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Oberhalb der Endbereiche 22 der Transportwalzen 2 sind auf beiden Substratseiten statische Blenden 5 angeordnet, die je eine Unterbrechung 51 aufweisen. Die statischen Blenden 5 sind dabei unterhalb der Substratebene so angeordnet, dass ihre inneren Ränder die Substratränder überlappen.
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Unterhalb der statischen Blenden 5 sind je eine drehbare, kreisrunde, scheibenförmige Blende 6 so angeordnet, dass sie die jeweilige Unterbrechung 51 der statischen Blende 5 überdecken. Oberhalb der statischen Blenden 5 ist parallel zur Substrattransportrichtung 3 je ein Heizstab 7 so angeordnet, dass er die statische Blende 5 sowie – durch die Unterbrechung 51 der statischen Blende 5 hindurch – die drehbare Blende 6 beheizt.
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Außerhalb einer mit einem seitlichen Abstand zur Substrattransportebene angeordneten Wärmeisolation 8, die sich parallel zur Substrattransportrichtung 3 erstreckt, um die (nicht dargestellten) Lager der Transportwalzen 2 und die Kammerwände 9 der Anlagenkammer zu schützen, befindet sich eine (nicht dargestellte) Heizeinrichtung, die einen beheizbaren Bereich 61 der drehbaren Blende 6 beheizt, um das darauf abgeschiedene Beschichtungsmaterial wieder zu verdampfen und anschließend entfernen zu können.
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Die statische Blende 6 könnte Bestandteil eines den Dampfverteiler 4 umschließenden Kastenrahmens sein, beispielsweise den horizontalen Schenkel eines zu einem derartigen Kastenrahmen gehörigen L-Profils darstellen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Substrat
- 2
- Transportwalze
- 21
- mittlerer Bereich
- 22
- Endbereich
- 3
- Substrattransportrichtung
- 4
- Dampfverteiler
- 5
- statische Blende
- 51
- Unterbrechung
- 6
- drehbare Blende
- 61
- beheizbarer Bereich
- 7
- Heizstab
- 8
- Wärmeisolation
- 9
- Kammerwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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