DE102013108405A1

DE102013108405A1 - Durchlauf-Substratbehandlungsanlage und Reinigungsverfahren

Info

Publication number: DE102013108405A1
Application number: DE102013108405.2A
Authority: DE
Inventors: Hubertus von der Waydbrink; Steffen GROSSER; Michael Hentschel; Daniel Stange; Thomas Meyer
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2033-08-06
Also published as: US9452456B2; US20140076362A1; DE102013108405B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Substratbehandlungsanlage, umfassend eine von Kammerwänden begrenzte Prozesskammer und in der Prozesskammer eine Substrattransporteinrichtung zum horizontalen Transport plattenförmiger Substrate in einer Transportebene und in einer Transportrichtung, wobei die Substrattransporteinrichtung eine Anordnung von quer zur Transportrichtung angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen umfasst, deren oberste Mantellinien die Transportebene definieren sowie mindestens eine oberhalb der Transportebene angeordnete Substratbehandlungseinrichtung sowie mindestens einen Gaseinlass, wobei im Bereich der Substratbehandlungseinrichtung unterhalb der Transportebene mindestens eine Zusatz-Heizeinrichtung und unter der Substrattransporteinrichtung eine Kondensationseinrichtung angeordnet ist.

Description

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).
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.
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.
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.
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.
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.
Ein beispielhaftes Kompartment kann beispielsweise 12 Transportwalzen aufweisen, während die Dampfquelle inklusive Absaugrohren den Platz von vier 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.
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 „dog bones“ anwachsenden Transportwalzen eignen sich mit der Zeit immer weniger zum Substrattransport. Auch sie müssen gereinigt oder ausgewechselt werden.
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.
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.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Substratbehandlungsanlage, umfassend eine von Kammerwänden begrenzte Prozesskammer und in der Prozesskammer eine Substrattransporteinrichtung zum horizontalen Transport plattenförmiger Substrate in einer Transportebene und in einer Transportrichtung, wobei die Substrattransporteinrichtung eine Anordnung von quer zur Transportrichtung angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen umfasst, deren oberste Mantellinien die Transportebene definieren sowie mindestens eine oberhalb der Transportebene angeordnete Substratbehandlungseinrichtung und mindestens einen Gaseinlass.
Es ist bekannt, dass sich auf Transportwalzen in einer von Prozesskammerwänden begrenzten Prozesskammer, welche zur Erzeugung erhöhter Prozesstemperaturen eine Heizvorrichtung aufweisen kann, wobei die Prozesskammerwände mittels einer Wärmeschutzisolation vor den erhöhten Prozesstemperaturen geschützt werden, im Bereich einer Substratbehandlungseinrichtung unerwünschte Beschichtungen ablagern, sobald sich die Substratlücke unter der Substratbehandlungseinrichtung befindet und so die Transportwalzen kurzzeitig einem Teilchenstrom der Substratbehandlungseinrichtung ausgesetzt sind. Die Substratbehandlungseinrichtung kann beispielsweise als ein Magnetron zum Absputtern eines Materials oder als Verdampfungsquelle oder einer sonstigen Einrichtung zum Abscheiden eines Materials auf ein Substrat ausgebildet sein. Eine Prozesskammer mit einer Substratbehandlungseinrichtung, mit jeweils über und unter den Transportwalzen angeordneten Heizvorrichtungen sowie Wärmeisolationen, ist zumindest abschnittsweise in 1 dargestellt. Erfolgt beispielsweise eine Verdampfung mit Trägergas, kommt es zu Stößen der Dampfteilchen mit dem Trägergas und die Teilchen können zum Teil auch die Transportwalzenbereiche unterhalb des Substrats erreichen, insbesondere die Bereiche neben und unter der Substratkante längs der Transportrichtung. Auch wenn die Transportwalzen als Trommel ausgebildet werden, erreichen die Dampfteilchen insbesondere die Enden der Trommeln und es kann sich ein sogenanntes „dog bone“ Schichtwachstum auf den Transportwalzen ausbilden.
Aufgrund der unterschiedlich dicken Beschichtungen auf den Transportwalzen kann es zu Transportproblemen kommen, da die Substrate nicht mehr vollflächig auf den Transportwalzen aufliegen, wodurch keine gute Führung der Substrate mehr möglich ist und es zu Abweichungen vom Geradelauf der Substrate durch die Prozesskammer kommt.
Infolge der Durchmesserzunahme der Transportwalzen aufgrund der unerwünschten Beschichtung kommt es zu höheren Umlaufgeschwindigkeiten der Transportwalzen unter der Substratbehandlungseinrichtung und damit zu einer Zunahme der Transportgeschwindigkeit und somit zu schwankenden Schichtdicken entlang der Transportrichtung der Substrate.
Ziel der Erfindung ist es, eine Reinigungsvorrichtung in Form einer Zusatz-Heizeinrichtung und einer Kondensationseinrichtung sowie ein Reinigungsverfahren zur Beseitigung von Belägen in Form unerwünschter Beschichtungen auf den Transportwalzen in einer Prozesskammer zur Verfügung zu stellen, um die Transportwalzen zwecks Reinigung nicht ausbauen zu müssen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Bereich der mindestens einen Substratbehandlungseinrichtung unterhalb der Transportebene mindestens eine Zusatz-Heizeinrichtung und unter der Substrattransporteinrichtung eine Kondensationseinrichtung angeordnet ist. Damit sollen die Beläge durch die Beheizung der Transportwalzen zum Verdampfen oder Sublimieren oder zum Schmelzen und ggf. Abtropfen gebracht werden.
Um die Reinigung möglichst kurz zu gestalten, sind hohe Temperaturen anzustreben. Somit müssen die Komponenten, wie Transportwalzen, Wärmeschutzisolation und andere Einbauten den hohen Temperaturen widerstehen können.
Die Heizleistung der Zusatz-Heizeinrichtung muss hoch genug sein, um ausreichend hohe Temperaturen zu erreichen.
Eine Zusatz-Heizeinrichtung ist dabei zwischen mindestens zwei Transportwalzen derart angeordnet, dass eine parallel zur Transportebene erstreckte Basisfläche der Zusatz-Heizeinrichtung in der Transportrichtung gemessen eine Ausdehnung aufweist, die größer ist als der lichte Abstand zwischen den beiden Transportwalzen. Der lichte Abstand ist dabei der kürzeste Abstand zwischen zwei benachbarten Transportwalzen.
Die Basisfläche der Zusatz-Heizeinrichtung kann dabei durch eine an der Zusatz-Heizeinrichtung angeordnete Blende gebildet werden. Die Zusatz-Heizeinrichtung kann als ein Quarzglasrohr-Heizer ausgebildet sein, wobei für die Blende eine geeignete Materialauswahl zu treffen ist, um die Zusatz-Heizeinrichtung bei hohen Temperaturen betreiben zu können. Z.B. eignet sich dafür CFC, das bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden kann, aber auch andere hochtemperaturbeständige Werkstoffe sind einsetzbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Zusatz-Heizeinrichtung gegenüber der Substratbehandlungseinrichtung unterhalb der Transportebene auf der der Transportebene abgewandten Seite der Transportwalzen angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, kann die Zusatz-Heizeinrichtung auch in Form eines Heizstreifens aus CFC ausgebildet sein. Diese kann dort, wo das Heizen der Transportwalzen beabsichtig ist, in geeigneter Weise strukturiert oder abgedünnt werden, um eine hochohmige Heizstrecke zu erzeugen. Die unbearbeiteten Bereiche des CFC-Streifens dienen als niederohmige Stromzuführung.
Zum Schutz der elektrischen Anschlusspunkte der Zusatz-Heizeinrichtung ist eine Wärmeschutzisolation parallel zu mindestens einer Kammerwand ausgebildet, wobei sich die elektrischen Anschlüsse der Zusatz-Heizeinrichtung zwischen der Wärmeschutzisolation und der Kammerwand in einem kälteren Bereich gegenüber dem Innenraum der Prozesskammer befinden.
Die Substratbehandlungsanlage umfasst weiter eine Kondensationseinrichtung, die einen Abflusskanal, einen Kondensator sowie eine Pumpeinrichtung aufweist, um das durch die Zusatz-Heizeinrichtung abgedampfte Material gezielt abführen zu können.
Verfahrensseitig wird die Aufgabe entsprechend dadurch gelöst, dass eine Gasströmung eines Trägergases über den Gaseinlass vor und hinter der Substratbehandlungseinrichtung so ausgebildet ist, dass ein Gasgemisch aus Trägergas und Material der unerwünschten Beschichtungen in den Abflusskanal transportiert wird. Das mit dem eingeleiteten Trägergas mitgeführte abgedampfte Material der unerwünschten Beläge gelangt durch den Abflusskanal nach außen, durch die Wärmeisolation und die Prozesskammerwand hindurch und wird außerhalb der Prozesskammer in einem Kondensator zum Kondensieren gebracht und von einer Pumpe abgesaugt.
Der Kondensator ist so vorzusehen, dass dieser zwecks Reinigung leicht herausnehmbar ist. Die Kondensatoreinrichtung ist so auszuführen, dass ein möglichst hoher Dampfanteil auskondensiert und nicht in die Pumpleitung gelangt.
Das Reinigungsverfahren umfasst die Beheizung der unerwünscht beschichteten Transportwalzen, die Verdampfung oder Sublimierung oder das Schmelzen der Beläge der beschichteten Transportwalzen, dass Einbringen eines Trägergases durch einen Gaseinlass, den Abtransport des Gasgemisches aus Trägergas und abgedampftem Material, das Kondensieren des abgeführten Gases an einem Kondensator sowie das Abpumpen des Kondensats mittels einer Pumpe.
Dieses Reinigungsverfahren ist für heiße und kalte Anlagen anwendbar.
Die Erfindung soll nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
1 Prozesskammer mit jeweils über und unter den Transportwalzen angeordneten Heizeinrichtungen sowie Wärmeisolationen.
2 Position der Zusatz-Heizeinrichtung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen den Transportwalzen.
3 Position der Zusatz-Heizeinrichtung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unterhalb der Transportwalzen.
4 Ausgestaltungsformen der Zusatz-Heizeinrichtung zwischen den Transportwalzen und unterhalb der Substrattransportebene.
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Zusatz-Heizeinrichtung 7 zwischen benachbarten Transportwalzen 4 im Bereich der Substratbehandlungseinrichtung 1 angeordnet (2). Die Transportwalzen 4 werden geheizt und das eingeleitete Trägergas mit dem abgedampften Material wird über einen Abflusskanal 10 aus der Prozesskammer gefördert. Das abgedampfte Material wird vom Trägergasstrom mitgeführt. Für die zu reinigenden Transportwalzen 4 sind jeweils eine Zusatz-Heizeinrichtung 7 und ein Abflusskanal 10 vorzusehen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt 3. Die betreffenden Transportwalzen 4 werden von unten geheizt und das eingeleitete Trägergas mit dem abgedampften Material wird über einen Abflusskanal 10 aus der Prozesskammer gefördert. Das abgedampfte Material wird vom Trägergasstrom mitgeführt. Für die zu reinigenden Transportwalzen 4 sind jeweils eine Zusatz-Heizeinrichtung 7 und ein Abflusskanal 10 vorzusehen.
4 zeigt weitere Ausführungsformen der Zusatz-Heizeinrichtung 7. Zwischen je zwei benachbarten Transportwalzen 4 einer Transporteinrichtung für plattenförmige Substrate 3 Heizstäbe einer Zusatz-Heizeinrichtung 7 angeordnet, um einerseits das Substrat 3 gleichmäßig zu beheizen, andererseits unerwünschte Schichten von den Transportwalzen 4 wieder zu verdampfen. Die Heizstäbe 7 umfassen dabei Quarzrohrheizer 71, wobei das Heizelement aus einem Wolframfaden gebildet ist, der in einem Quarzrohr 72 eingebettet ist. Der ganz rechts dargestellte Heizstab 7 stellt eine einfache Ausführungsform dar, bei der ein doppelter Quarzrohrheizer 71 mit einem 8-förmigen Querschnitt in einem Schutzrohr 72 angeordnet ist, so dass der verbleibende Raum zwischen Transportwalze 4 und Heizstab 7 immer noch recht groß ist.
Demgegenüber weisen die Schutzrohre 72 der linken und mittleren Darstellung jeweils seitlich erstreckte Blenden 12 auf, die in der mittleren Darstellung in Form einfacher Plattenstreifen und in der linken Darstellung im Querschnitt keilförmig ausgeführt sind, und die zur Verringerung des Abstands zu benachbarten Transportwalzen 4 dienen. Die Blenden 12 können aus einer Keramik, beispielsweise SiC, oder aus CFC bestehen, da die Blenden 12 hohen Temperaturen, beispielsweise 700°C bis 800°C, standhalten müssen.
Bezugszeichenliste

1: Substratbehandlungseinrichtung
2: Wärmeschutzisolation
3: Substrat
4: Transportwalze
5: Heizer
6: Gaseinlass
7: Zusatz-Heizeinrichtung
71: Quarzrohrheizer
72: Schutzrohr
8: Pumpe
9: Kondensator
10: Abflusskanal
11: Kammerwand
12: Blende

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013206598 [0009]

Claims

Substratbehandlungsanlage, umfassend eine von Kammerwänden (11) begrenzte Prozesskammer und in der Prozesskammer – eine Substrattransporteinrichtung (1) zum horizontalen Transport plattenförmiger Substrate in einer Transportebene und in einer Transportrichtung, wobei die Substrattransporteinrichtung (1) eine Anordnung von quer zur Transportrichtung angeordneten, drehbar gelagerten, zylindrischen Transportwalzen (4) umfasst, deren oberste Mantellinien die Transportebene definieren sowie mindestens eine oberhalb der Transportebene angeordnete Substratbehandlungseinrichtung (1) und mindestens einen Gaseinlass (6), dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der mindestens einen Substratbehandlungseinrichtung (1) unterhalb der Transportebene mindestens eine Zusatz-Heizeinrichtung (7) und unter der Substrattransporteinrichtung (1) eine Kondensationseinrichtung angeordnet ist.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatz-Heizeinrichtung (7) zwischen mindestens zwei Transportwalzen (4) derart angeordnet ist, dass eine parallel zur Transportebene erstreckte Basisfläche der Zusatz-Heizeinrichtung (4) in der Transportrichtung gemessen eine Ausdehnung aufweist, die größer ist als der lichte Abstand zwischen den beiden Transportwalzen (4).
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfläche der Zusatz-Heizeinrichtung (7) durch mindestens eine an der Zusatz-Heizeinrichtung (7) angeordnete Blende (12) gebildet ist.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zusatz-Heizeinrichtung (7) gegenüber der Substratbehandlungseinrichtung (1) unterhalb der Transportebene auf der der Transportebene abgewandten Seite der Transportwalzen (4) angeordnet ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine parallel zu mindestens einer Kammerwand (11) angeordnete Wärmeschutzisolation (2) ausgebildet ist, wobei elektrische Anschlüsse der Zusatz-Heizeinrichtung (7) zwischen der Wärmeschutzisolation (2) und der Kammerwand (11) angeordnet sind.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationseinrichtung einen Abflusskanal (10), einen Kondensator (9) sowie eine Pumpeinrichtung (8) umfasst.
Reinigungsverfahren für eine Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unerwünschte Beschichtungen auf den Transportwalzen (4) der Substrattransporteinrichtung (1) mittels der Zusatz-Heizeinrichtung (7) verdampft oder sublimiert oder geschmolzen werden.
Reinigungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gasströmung eines Trägergases über den Gaseinlass (6) vor und hinter der Substratbehandlungseinrichtung (1) so ausgebildet ist, dass ein Gasgemisch aus Trägergas und Material der unerwünschten Beschichtungen in den Abflusskanal (10) transportiert wird.
Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch aus Trägergas und Material der unerwünschten Beschichtungen im Kondensator (9) kondensiert wird.
Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Reste des Gasgemisches mittels der Pumpeinrichtung (8) abgesaugt werden.