DE102017109245A1

DE102017109245A1 - Prozesskammeranordnung, Prozessiervorrichtung und deren Verwendung zum Prozessieren von Substraten

Info

Publication number: DE102017109245A1
Application number: DE102017109245.5A
Authority: DE
Inventors: Hubertus VON DER WAYDBRINK; Michael Huhn; Sven Heinrich
Original assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-10-31

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozesskammeranordnung (100) Folgendes aufweisen: eine erste Prozesskammer (102a) aufweisend einen ersten Prozessierbereich (104a) zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines ersten Substrats; eine zweite Prozesskammer (102b) aufweisend einen zweiten Prozessierbereich (104b) zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines zweiten Substrats, wobei der erste Prozessierbereich (104a) und der zweite Prozessierbereich (104b) mittels der beiden Prozesskammern (102a, 102b) voneinander separiert sind; einen ersten Heizgaskanal (106a), einen zweiten Heizgaskanal (106b) und einen dritten Heizgaskanal (106c), wobei die erste Prozesskammer (102a) zwischen dem ersten Heizgaskanal (106a) und dem zweiten Heizgaskanal (106b) angeordnet ist und wobei die zweite Prozesskammer (102b) zwischen dem zweiten Heizgaskanal (106b) und dem dritten Heizgaskanal (106c) angeordnet ist; eine Prozessgasführung (108) zum Führen von Prozessgas (108g) in die erste Prozesskammer (102a) und in die zweite Prozesskammer (102b); eine Heizgasführung (110) zum Führen von Heizgas (110g) in dem ersten Heizgaskanal (106a), dem zweiten Heizgaskanal (106b) und dem dritten Heizgaskanal (106c) zum Heizen der ersten Prozesskammer (102a) und der zweiten Prozesskammer (102b).

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen eine Prozesskammeranordnung, eine Prozessiervorrichtung und deren Verwendung zum Prozessieren von Substraten.
Im Allgemeinen werden viele verschiedene Verfahren zum Prozessieren von Substraten verwendet. Als Substrate können beispielsweise Glasscheiben, Kunststoffplatten, Metallbänder, Folien, Wafer, Werkstücke oder Ähnliches verwendet werden. Herkömmlicherweise können Substrate beispielsweise mittels einer Prozessiervorrichtung, z.B. einer Vakuum-Prozessieranlage, einer Atmosphärendruck-Prozessieranlage oder einer Überdruck-Prozessieranlage, einzeln oder im Verbund prozessiert werden. Vergleichsweise kleine Substrate, zum Beispiel mit einer Ausdehnung von weniger als einem halben Meter, oder robuste Substrate, zum Beispiel mit einer Substratdicke von mindestens mehreren Millimetern, können aus prozessökonomischen Gründen in einem Verbund von mehreren Substraten prozessiert werden. Vergleichsweise große Substrate, zum Beispiel Glasplatten oder andere Substrate, z.B. im Anwendungsbereich des Architekturglases oder der Solarindustrie, können beispielsweise in einer sogenannten Inline-Prozessieranlage prozessiert werden, wobei sich die Substrate während des Prozessierens kontinuierlich durch die Inline-Prozessieranlage hindurchbewegen. Das Prozessieren von Substraten in einer modularen bzw. speziell ausgestalteten Inline-Prozessieranlage kann prozesstechnologische Vorteile mit sich bringen, zum Beispiel können einzelne nacheinander durchgeführte Prozesse, wie beispielsweise Reinigen, Beschichten, Ätzen, Heizen, Kühlen, etc., sehr präzise kontrolliert werden. In einigen Fällen können diese Vorteile jedoch von den hohen Kosten sowohl in der Anschaffung als auch in dem Betrieb derartiger Inline-Prozessieranlagen kompensiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Prozesskammeranordnung bzw. eine Prozessiervorrichtung aufweisend eine Prozesskammeranordnung bereitgestellt, mittels derer mehrere Substrate gleichzeitig kostengünstig prozessiert werden können. Dabei kann die Prozesskammeranordnung bzw. die Prozessiervorrichtung derart ausgestaltet sein, dass die Substrate mittels eines Prozessgases prozessiert werden können. Die Substrate können beispielsweise mittels eines Prozessgases, zum Beispiel mittels Stickstoff oder eines Edelgases, getrocknet werden. Beispielsweise kann ein Substrat eine lösungsmittelhaltige Beschichtung aufweisen, wobei diese lösungsmittelhaltige Beschichtung mittels eines Prozessgases getrocknet werden soll. Dabei kann es zum Trocknen eines Substrats hilfreich sein, dieses während des Trocknens zu erwärmen, zum Beispiel auf eine Temperatur von mehr als 50°C, zum Beispiel auf eine Temperatur in einem Bereich von ungefähr 50°C bis ungefähr 400°C. Alternativ dazu können die Substrate beispielsweise mittels eines Prozessgases, zum Beispiel mittels eines Reaktivgases und/oder mittels eines Materialdampfs, anderweitig prozessiert werden, zum Beispiel gereinigt werden, beschichtet werden, strukturiert werden, oder Ähnliches. Dabei kann es hilfreich sein, die Substrate während des Prozessierens zu erwärmen, zum Beispiel auf eine Temperatur von mehr als 50°C, zum Beispiel auf eine Temperatur in einem Bereich von ungefähr 100°C bis ungefähr 600°C.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozesskammeranordnung bzw. die Prozessiervorrichtung derart ausgestaltet sein, dass die zu prozessierenden Substrate mittels eines heißen Gasstroms indirekt erwärmt werden können. Ein indirektes Erwärmen der Substrate kann beispielsweise hilfreich oder notwendig sein, wenn empfindliche Substrate, zum Beispiel vergleichsweise dünne Substrate (zum Beispiel mit einer Substratdicke von weniger als ungefähr 1 mm), erwärmt werden sollen, da diese beispielsweise beschädigt werden können, wenn sie einem direkten heißen Gasstrom ausgesetzt werden.
Im Vergleich zu einem reinen Strahlungsheizer (zum Beispiel einer Halogenlampe, einer Blitzlampe oder einem Laser), mittels dessen beispielsweise Substrate in einem Vakuum erwärmt werden können, kann mittels eines heißen Gasstromes die Wärme gleichmäßiger auf ein oder mehrere Substrate übertragen werden. Der heiße Gasstrom ermöglicht beispielsweise eine Wärmeübertragung durch Konvektion. Ein zum Wärmeübertragen (d.h. anschaulich zum Heizen) verwendetes Gas wird hierin als Heizgas bezeichnet. Es versteht sich, dass ein entsprechend temperaturstabiles Gas als Heizgas verwendet wird. Kostengünstigerweise kann beispielsweise Luft als Heizgas verwendet werden. Mittels des Heizgases (bzw. des heißen Gasstroms) können insbesondere Substrate mit einer vergleichsweise hohen Wärmekapazität ausreichend schnell vollständig erwärmt werden. Ferner kann das gleichzeitige Erwärmen mehrerer Substrate mittels eines reinen Strahlungsheizer aufgrund von Abschattungseffekten schwierig sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das indirekte Erwärmen der zu prozessierenden Substrate dadurch erfolgen, dass die zu prozessierenden Substrate in mehrere separate Prozesskammern eingebracht werden, und dass die mehreren separaten Prozesskammern von außen mittels eines heißen Gasstromes erwärmt werden. Der heiße Gasstrom ermöglicht beispielsweise ein schnelles und gleichförmiges Erwärmen der Prozesskammern selbst, d.h. anschaulich ein Erwärmen der Wandung, welche die jeweilige Prozesskammer bildet. Ein Substrat, das beispielsweise in der jeweiligen Prozesskammer angeordnet ist, kann indirekt von der erwärmten Prozesskammer, die das jeweilige Substrat umgibt, erwärmt werden. Die Wärme wird beispielsweise von der Prozesskammer mittels Wärmestrahlung und/oder mittels Konvektion (z.B. unterstützt durch ein Prozessgas, das in der Prozesskammer eingebracht ist oder in diese eingeleitet wird) an das in der Prozesskammer angeordnete Substrat übertragen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die jeweilige Wandung der Prozesskammern (z.B. von außen nach innen durchgehend) thermisch leitfähig sein. Beispielsweise können die Prozesskammern aus einem Metall gefertigt sein, z.B. Edelstahl.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessiervorrichtung Folgendes aufweisen: ein Kammergehäuse (auch als Ofengehäuse bezeichnet), eine Vielzahl von Prozesskammern (auch als Behälter oder Kassetten bezeichnet), die in dem Kammergehäuse angeordnet sind, wobei jede Prozesskammer der Vielzahl von Prozesskammern einen separaten Prozessierbereich aufweist zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines Substrats, und wobei jeweils zwischen zwei einander benachbarten Prozesskammern der Vielzahl von Prozesskammern mindestens ein Heizgaskanal zum Führen eines Heizgases bereitgestellt ist; eine Prozessgaszuführung, welche derart eingerichtet ist, dass ein Prozessgas in jede Prozesskammer der Vielzahl von Prozesskammern geführt werden kann; und eine Heizgaszuführung, welche derart eingerichtet ist, dass ein Heizgas in den jeweiligen Heizgaskanal geführt werden kann zum Heizen der Vielzahl von Prozesskammern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessiervorrichtung Folgendes aufweisen: ein Kammergehäuse, einen ersten Behälter und einen zweiten Behälter, welche in dem Kammergehäuse angeordnet sind, wobei der erste Behälter einen ersten Prozessierbereich aufweist zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines Substrats und wobei der zweite Behälter einen zweiten Prozessierbereich aufweist zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines Substrats, wobei der erste Prozessierbereich und der zweite Prozessierbereich mittels der beiden Behälter voneinander separiert sind, und wobei zwischen den beiden Behältern mindestens ein Heizgaskanal zum Führen eines Heizgases bereitgestellt ist; eine Prozessgasführung zum Führen von Prozessgas in den ersten Behälter und in den zweiten Behälter; und eine Heizgasführung zum Führen von Heizgas in den jeweiligen Heizgaskanal zum Heizen des ersten Behälters und des zweiten Behälters.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessiervorrichtung Folgendes aufweisen: ein Kammergehäuse aufweisend einen Heizraum innerhalb des Kammergehäuses, eine erste Prozesskammer und eine zweite Prozesskammer, welche in dem Heizraum angeordnet sind, wobei die erste Prozesskammer einen ersten Prozessierbereich aufweist zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines Substrats und wobei die zweite Prozesskammer einen zweiten Prozessierbereich aufweist zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines Substrats, wobei der erste Prozessierbereich und der zweite Prozessierbereich mittels der beiden Prozesskammern voneinander separiert sind und wobei zwischen den beiden Prozesskammern mindestens ein Heizgaskanal zum Führen eines Heizgases bereitgestellt ist; eine Prozessgasführung zum Führen von Prozessgas in die erste Prozesskammer und in die zweite Prozesskammer; und eine Heizgasführung zum Führen von Heizgas in den jeweiligen Heizgaskanal zum Heizen der ersten Prozesskammer und der zweiten Prozesskammer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Prozesskammer (oder Kassetten) vom selben Heizgas umströmt werden, damit in allen Prozesskammer im Wesentlichen dieselbe Temperatur herrscht. Ferner können auch alle Prozesskammer (oder Kassetten) vom selben Prozessgas durchströmt werden, damit in allen Prozesskammer im Wesentlichen dieselbe Atmosphäre herrscht. Alternativ dazu können die Kassetten jeweils separat mit voneinander verschiedenen Gasen durchströmt werden, z.B. für zwei unterschiedliche technologische Prozessschritte.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozesskammeranordnung Folgendes aufweisen: eine Vielzahl von Prozesskammern, wobei jede Prozesskammer der Vielzahl von Prozesskammern einen separaten Prozessierbereich aufweist zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines Substrats, eine Vielzahl von Heizgaskanälen, wobei jede Prozesskammer der Vielzahl von Prozesskammern zwischen zwei Heizgaskanälen der Vielzahl von Heizgaskanälen angeordnet ist; eine Prozessgaszuführung, welche derart eingerichtet ist, dass ein Prozessgas in jede Prozesskammer der Vielzahl von Prozesskammern geführt werden kann; und eine Heizgaszuführung, welche derart eingerichtet ist, dass ein Heizgas in jeden Heizgaskanal der Vielzahl von Heizgaskanälen geführt werden kann zum Heizen der Vielzahl von Prozesskammern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozesskammeranordnung Folgendes aufweisen: eine erste Prozesskammer aufweisend einen ersten Prozessierbereich zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines ersten Substrats; eine zweite Prozesskammer aufweisend einen zweiten Prozessierbereich zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines zweiten Substrats, wobei der erste Prozessierbereich und der zweite Prozessierbereich mittels der beiden Prozesskammern voneinander (anschaulich gastechnisch) separiert sind; einen ersten Heizgaskanal, einen zweiten Heizgaskanal und einen dritten Heizgaskanal, wobei die erste Prozesskammer zwischen dem ersten Heizgaskanal und dem zweiten Heizgaskanal angeordnet ist und wobei die zweite Prozesskammer zwischen dem zweiten Heizgaskanal und dem dritten Heizgaskanal angeordnet ist; eine Prozessgasführung zum Führen von Prozessgas in die erste Prozesskammer und in die zweite Prozesskammer; und eine Heizgasführung zum Führen von Heizgas in dem ersten Heizgaskanal, dem zweiten Heizgaskanal und dem dritten Heizgaskanal zum Heizen der ersten Prozesskammer und der zweiten Prozesskammer.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessiervorrichtung Folgendes aufweisen: ein Ofengehäuse; und eine in dem Ofengehäuse angeordnete Prozesskammeranordnung, wie hierin beschrieben ist.
Ein Heizgaskanal kann beispielsweise auch in mehrere Segmente segmentiert sein.
Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 eine Prozesskammeranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2 eine Prozesskammeranordnung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3 eine Prozessiervorrichtung in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 eine Prozesskammer in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
5 eine Prozessiervorrichtung in einer schematischen Detaildarstellung, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Im Folgenden wird eine kostengünstige Prozesskammeranordnung beschrieben, in welcher mehrere Substrate gleichzeitig einer Wärmebehandlung unterzogen werden können. Dabei ist die Prozesskammeranordnung derart ausgestaltet, dass die Substrate möglichst homogen erwärmt werden. Beispielsweise ist die Prozesskammeranordnung derart ausgestaltet, dass die Substrate einen möglichst geringen Temperaturgradienten entlang einer Richtung parallel zur Substratoberfläche aufweisen. Anschaulich sollen mittels der Prozesskammeranordnung gleichzeitig mehrere Substrate großflächig und homogen erwärmt werden können.
1 veranschaulicht eine Prozesskammeranordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Die Prozesskammeranordnung 100 kann beispielsweise mehrere Prozesskammern 102 aufweisen, wobei in 1 beispielhaft zwei Prozesskammern 102 dargestellt sind. Die erste Prozesskammer 102a kann einen ersten Prozessierbereich 104a aufweisen zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines ersten Substrats und die zweite Prozesskammer 102b kann einen zweiten Prozessierbereich 104b zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines zweiten Substrats. Dabei sind der erste Prozessierbereich 104a und der zweite Prozessierbereich 104b mittels der beiden Prozesskammern 102a, 102b (anschaulich mittels der Kammerwandungen 102w der Prozesskammern 102) voneinander separiert. Die Prozesskammern 102 können beispielsweise im Wesentlichen quaderförmig sein. Die Prozesskammern 102 können beispielsweise übereinander angeordnet sein oder werden.
Ferner kann die Prozesskammeranordnung 100 mehrere Heizgaskanäle 106 aufweisen, wobei in 1 beispielhaft drei Heizgaskanäle 106 dargestellt sind. Dabei ist die erste Prozesskammer 102a zwischen dem ersten Heizgaskanal 106a und dem zweiten Heizgaskanal 106b angeordnet. Ferner ist die zweite Prozesskammer 102b zwischen dem zweiten Heizgaskanal 106b und dem dritten Heizgaskanal 106c angeordnet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind die mehreren Heizgaskanäle 106 derart relativ zu den mehreren Prozesskammern 102 angeordnet, dass jeweils zwei einander gegenüberliegende Kammerwandabschnitte 102w zweier einander benachbarter Prozesskammern 102 an einen der Heizgaskanäle 106 angrenzen. Anschaulich kann beispielsweise jede der Prozesskammern 102 zwischen zwei Heizgaskanälen 106 angeordnet sein, so dass zum Heizen von einer Anzahl N Prozesskammern 102 mindestens eine Anzahl von N+1 Heizgaskanälen 106 benötigt wird.
Ferner kann die Prozesskammeranordnung 100 eine Prozessgasführung 108 aufweisen zum Führen von Prozessgas 108g in die jeweiligen Prozesskammern 102, z.B. in die erste Prozesskammer 102a und in die zweite Prozesskammer. Anschaulich kann das Prozessgas 108g durch jede der Prozesskammern 102 geleitete werden. Dabei kann ein gemeinsamer Prozessgasstrom auf die verschiedenen Prozesskammern 102 aufgeteilt werden. Alternativ dazu kann aber auch für jede Prozesskammer 102 eine separate Prozessgasversorgung verwendet werden. Es versteht sich, dass eine Prozessgasführung 108 mittels entsprechender Leitungen, Ventile, Abzweigungen, etc., entsprechend wie gewünscht bereitgestellt werden kann. Zum kontrollierten Einleiten des Prozessgases 108g in die Prozesskammern 102 kann beispielsweise eine entsprechende Steuerung verwendet werden, wobei der Gasfluss (z.B. Gasvolumen pro Zeit) mittels eines so genannten Flussreglers oder einer entsprechenden Umwälzvorrichtung eingestellt bzw. geregelt werden kann.
Das jeweils im Betrieb der Prozesskammeranordnung 100 verwendete Prozessgas 108g wird entsprechend dem durchzuführenden Prozess gewählt, mittels dessen die jeweiligen Substrate in den Prozesskammern 102 prozessiert werden sollen.
Ferner kann die Prozesskammeranordnung 100 eine Heizgasführung 110 aufweisen zum Führen von Heizgas 110g in die jeweiligen Heizgaskanäle 106, z.B. in den ersten Heizgaskanal 106a, in den zweiten Heizgaskanal 106b und in den dritten Heizgaskanal 106c. Anschaulich kann das Heizgas 110g durch jeden der Heizgaskanäle 106 geleitete werden. Dabei kann ein gemeinsamer Heizgasstrom auf die verschiedenen Heizgaskanäle 106 aufgeteilt werden. Alternativ dazu kann aber auch für jeden der Heizgaskanäle 106 eine separate Heizgasversorgung verwendet werden. Es versteht sich, dass eine Heizgasführung 110 mittels entsprechender Leitungen, Ventile, Abzweigungen, etc., entsprechend bereitgestellt werden kann. Zum kontrollierten Einleiten des Heizgases 110g in die Heizgaskanäle 106 kann beispielsweise eine entsprechende Steuerung verwendet werden, wobei der Gasfluss mittels eines so genannten Flussreglers oder einer entsprechenden Umwälzvorrichtung eingestellt bzw. geregelt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Kassetten, sofern hilfreich, auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Dazu kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, der Gasfluss für die Heizgaskanäle 106 separat entsprechend gesteuert oder geregelt werden.
Mittels des in die Heizgaskanäle 106 eingeleiteten Heizgases 110g können die Prozesskammern 102 auf eine vordefinierte Temperatur erwärmt werden. Sofern alle Heizgaskanäle 106 mittels eines gemeinsamen Heizgasstroms versorgt werden, können alle Prozesskammern 102 im Wesentlichen auf die gleiche Temperatur gebracht werden. Daher kann es hilfreich sein, dass die Temperatursteuerung für das Heizgas derart eingerichtet ist, dass das Heizgas bzw. die Prozesskammer im Wesentlichen auf die Solltemperatur gebracht werden, auf welche die Substrate zu erwärmen sind. Anschaulich werden daher die Substrate asymptotisch auf die Solltemperatur erwärmt. Während des Betriebs der Prozesskammeranordnung 100 stellen die Prozesskammern 102 eine ausreichende thermische Masse bereit, so dass beim Einbringen von Substraten in die Prozesskammern 102 hinein und/oder beim Entnehmen von Substraten aus den Prozesskammern 102 heraus Temperaturschwankungen reduziert sein können bzw. vermieden werden können. Der Temperaturabfall der Kassette kann beispielsweise eintreten, wenn das kalte Substrat in der Kassette abgelegt wird. Der Abkühlung der Kassette kann beispielsweise begegnet werden, indem eine genügend hohe Strömungsgeschwindigkeit des Heizgases gewählt wird, z.B. in einem Bereich von 10 m/s bis 25 m/s.
Innerhalb der Heizgaskanäle 106 selbst (zum Beispiel in einem Bereich zwischen den jeweiligen Prozesskammern 102) kann beispielsweise kein aktives Heizelement vorgesehen sein, da dies eine kompliziertere Temperatursteuerung bedingen würde.
Anschaulich kann der Heizgasstrom 210g auf eine vordefinierte Temperatur gebracht werden, zum Beispiel mittels nur einer einzigen Temperatursteuerung bzw. Temperaturregelung und danach erst durch die Heizgaskanäle 106 geleitet werden. Dabei kann sich der Heizgasstrom 210g auf die mehreren Heizgaskanäle 106 aufteilen. Im Anschluss kann der aus den Heizgaskanälen 106 austretende aufgeteilte Heizgasstrom 210g wieder zusammengeführt werden und erneut auf die vordefinierte Temperatur gebracht werden, wie beispielsweise in 2 in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt ist. Anschaulich kann die Heizgasführung 110 als ein geschlossener Heizgaskreislauf ausgestaltet sein.
3 veranschaulicht eine Prozessiervorrichtung 300 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Die Prozessiervorrichtung 300 kann beispielsweise ein Ofengehäuse 302 aufweisen und eine in dem Ofengehäuse 302 angeordnete Prozesskammeranordnung 100, wie hierin beschrieben ist. Das Ofengehäuse 302 kann dabei derart eingerichtet sein, dass dieses Teil der Heizgasführung 110 ist. Beispielsweise können die Kammerwände 302w des Ofengehäuses 302 zumindest abschnittsweise den Heizgasstrom 210g innerhalb des Ofengehäuses 302 führen. Ferner können beispielsweise innerhalb des Ofengehäuses 302 ein oder mehrere Gasleitbleche 302g angeordnet sein zum entsprechenden Führen des Heizgasstroms 210g innerhalb des Ofengehäuses 302.
Das Ofengehäuse 302 kann beispielsweise mittels einer thermischen Isolierung isoliert sein bzw. eine thermische Isolierung aufweisen, z.B. kann Mineralwolle oder Glaswolle zur thermischen Isolierung verwendet werden.
Innerhalb des Ofengehäuses 302 kann eine Heizer-Anordnung 312 und eine Umwälzvorrichtung 314 angeordnet sein, so dass der Heizgasstrom 210g in einem geschlossenen Kreislauf geführt werden kann. Als Umwälzvorrichtung 314 kann beispielsweise ein Gebläse oder Ähnliches verwendet werden. In einer derartigen Konfiguration kann beispielsweise nur eine Heizer-Anordnung 312 und nur eine Umwälzvorrichtung 314 ausreichen, um die Vielzahl von Prozesskammern 102 gleichzeitig zu temperieren (wobei in 3 beispielhaft fünf Prozesskammern 102 dargestellt sind).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können beispielsweise zehn bis dreißig Prozesskammern 102 in dem Ofengehäuse 302 (beispielsweise übereinander) angeordnet sein und gleichzeitig mittels eines gemeinsamen Heizgasstroms 210g erwärmt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ofengehäuse 302 eine Höhe von mehr als 1 m aufweisen, sowie eine Breite und Tiefe von jeweils mehr als 1 m.
Wie beispielsweise in 3 dargestellt ist, können die Prozesskammern 102 übereinander angeordnet sein. Die Ausrichtung der Prozesskammern 102 relativ zu dem Ofengehäuse 302 kann sich aus der Form der zu prozessieren Substrate ergeben. Ferner kann die Art der Lagerung der Substrate innerhalb der Prozesskammern 102 bei der Ausrichtung der Prozesskammern 102 berücksichtigt sein.
4 veranschaulicht beispielhaft eine der Prozesskammern 102 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Prozesskammern 102 der Prozesskammeranordnung 100 können alle im Wesentlichen die gleiche Form und Größe aufweisen. Mit anderen Worten kann eine Vielzahl von im Wesentlichen identischen Prozesskammern 102 in der Prozesskammeranordnung 100 angeordnet sein. Dies ermöglicht beispielsweise einen kostengünstigen Aufbau bzw. eine kostengünstige Wartung bzw. Reparatur der Prozesskammeranordnung 100. Die Prozesskammern 102 können beispielsweise lösbar in dem Ofengehäuse 302 montiert sein oder werden.
Die Prozesskammer 102 umgibt einen Prozessierbereich 104 zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines Substrats 420. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozesskammer 102 derart eingerichtet sein, dass der Prozessierbereich 104 im Wesentlichen gasdicht abgeschlossen ist. Beispielsweise kann die Prozesskammer 102 derart eingerichtet sein, dass ein Vermischen des Prozessgases und des Heizgases vermieden wird. Somit kann beispielsweise in der Prozesskammer 102 eine Reinraumatmosphäre bereitgestellt sein oder werden (z.B. eine Stickstoff-Atmosphäre mit weniger als 1 ppm Sauerstoff, weniger als 1 ppm Wasser, und einer maximalen Partikelverunreinigung entsprechend der ISO Reinraumklasse 4 oder besser). Dabei kann die Prozessgasführung 108 derart eingerichtet sein, dass innerhalb der Prozesskammer 102 eine laminare Strömung des Prozessgases 108g bereitgestellt werden kann. Zum Beispiel können (z.B. sowohl zum Zuführen 406z des Prozessgases 108g in die Prozesskammer 102 hinein als auch zum Abführen 406a des Prozessgases 108g aus der Prozesskammer 102 heraus) Durchflussdrosseln verwendet werden, um eine laminare Strömung des Prozessgases 108g in dem Prozessierbereich 104 bzw. innerhalb der Prozesskammer 102 zu erzeugen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine perforierte Metallplatte als Durchflussdrossel verwendet werden. Alternativ dazu können geeignete Reinraum gerechte Konstruktionsprinzipien verwendet werden, um wirbelfreie laminare Gasströme zu gewährleisten und eine effektive Reinigung der inneren Oberflächen zu ermöglichen. Beispielsweise können abgerundete Ecken und Strömungswiderstände verwendet werden. Ferner können zur Vergleichmäßigung des Prozessgasstroms in der Kassette Stromverengungen in Gestalt von Lavaldüsen verwendet werden.
Die Prozesskammer 102 kann beispielsweise eine Auflagestruktur 414 aufweisen zum Auflegen des mindestens einen Substrats 420. Anschaulich kann beispielsweise nur ein Substrat in jeder der Prozesskammern 102 aufgenommen und prozessiert werden oder es können mehrere nebeneinander angeordnete Substrate in jeder der Prozesskammern 102 aufgenommen und prozessiert werden. Die Auflagestruktur 414 kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass das mindestens eine Substrat 420 nur von einer Seite her körperlich kontaktiert wird. Beispielsweise kann eine Substratrückseite 420r des jeweiligen Substrats 420 abschnittsweise mittels der Auflagestruktur 414 gestützt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Abmaße der Prozesskammern 102 an die Abmaße der zu prozessierenden Substrate 420 angepasst sein oder werden. Das zu prozessierende Substrat kann beispielsweise im Wesentlichen plattenförmig sein und eine Substratdicke von weniger als ungefähr 1 mm, eine Länge in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 5 m und eine Breite in einem Bereich von ungefähr 0,5 m bis ungefähr 5 m aufweisen. Die hierin beschriebene Prozesskammeranordnung 100 eignet sich besonders zum Prozessieren von dünnen Substraten, da diese während des Prozessierens innerhalb der jeweiligen Prozesskammer ausreichend geschützt sind. Allerdings können auch dickere Substrate prozessiert werden, wobei sich dabei mit zunehmender Substratdicke entsprechend die Aufheizzeit verlängern kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann je nach zu prozessierendem Substrat eine geeignete Lagerstruktur zum Lagern des Substrats in der Prozesskammer 102 verwendet werden.
5 veranschaulicht beispielhaft eine Detaildarstellung der Prozessiervorrichtung 300 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessiervorrichtung 300 derart eingerichtet sein, dass die Prozesskammern 102 der Prozesskammeranordnung 100 an zumindest eine Kammerwand 302w des Ofengehäuses 302 angrenzen. Dabei sind in der Kammerwand 302w des Ofengehäuses 302 und in der jeweiligen Prozesskammer 102 passend zueinander Durchgangsöffnungen 502 bereitgestellt zum Einbringen mindestens eines Substrats in die Prozesskammer 102 hinein und/oder zum Entnehmen mindestens eines Substrats aus der Prozesskammer 102 heraus. Die Prozessiervorrichtung 300 kann eine Klappenanordnung 504 aufweisen zum Verschließen der jeweiligen Durchgangsöffnungen 502. Wie in 5 dargestellt ist, kann die Durchgangsöffnung 502 beispielsweise mittels einer schwenkbar gelagerten Klappe 504 abgedeckt werden. Die Kammerwand 302w des Ofengehäuses 302, durch welche hindurch die Substrate in die Prozesskammern 102 hinein und aus diesen heraus transportiert werden, kann auch als Vorderfront des Ofengehäuses 302 bzw. der Prozessiervorrichtung bezeichnet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozessiervorrichtung 300 als ein atmosphärischer Ofen für eine Wärmebehandlung von dünnen Glassubstraten (auch als Glasscheiben bezeichnet) verwendet werden. Das Format der Glassubstrate kann beispielsweise im Quadratmeterbereich liegen und wesentlich darüber. Die Wärmebehandlung erfolgt beispielsweise in einer Inertgas-Atmosphäre mit geringen Gehalten an Partikeln und geringen Gehalten an Fremdgasen, insbesondere mit geringen Gehalten an Wasser, Sauerstoff und organischen Dämpfen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine zusätzliche Heizer-Anordnung, z.B. mit niedriger Maximalleistung, im Bereich der Durchgangsöffnung 502 verwendet werden, um eventuell entstehende laterale Temperaturgradienten auszugleichen.
Die hierin beschriebene Prozessiervorrichtung 300 kann als kostengünstiger Temperofen für die Temperung von dünnen Glasplatten (z.B. mit einer Dicke von weniger als 1 mm) verwendet werden bei gleichzeitiger Einhaltung niedriger Gehalte an Fremdstoffen und unter Minimierung lateraler Temperaturunterschiede.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erfolgt das Aufheizen der Glasplatten in Kassetten (hierin als Prozesskammern 102 bezeichnet), deren Temperatur durch konvektive Wärmeübertragung konstant gehalten wird, z.B. bei einer konstanten Temperatur aus dem Bereich von ungefähr 50 C bis ungefähr 400°C. Dabei kann die konvektive Kassettenheizung (d.h. die Heizgasführung 110) vom Prozessgaskreislauf (z.B. einem Inertgas-Kreislauf bzw. der Prozessgasführung 108) im Inneren der Kassetten 102 getrennt sein.
Die Glasplatten (bzw. andere Substrate) nehmen die Temperatur der sie umgebenden Kassettenwände an, wenn die Glasplatten in der jeweiligen Kassette 102 angeordnet sind. Wärmeübertragungsmechanismen sind dabei die Wärmestrahlung ausgehend von den Kassettenwänden zur der Glasplatte und konvektive Wärmeübertragung aufgrund des Prozessgases 108g in der Kassette 102 zwischen der Glasplatte und den horizontalen Kassettenwänden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ermöglicht, dass eine gleichmäßige Beheizung der Kassetten auf einfache und kostengünstige Weise erfolgen kann, da beispielsweise nur ein Gaskreislauf für das Heizgas benötigt wird. Die Alternative, die Kassetten durch einzelne Heizer zu beheizen, wäre wesentlich aufwendiger, da eine Vielzahl von Heizkreisen benötigt würde und dadurch Mehrkosten verursacht würden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Inertgas-Kreislauf (bzw. die Prozessgasführung 108) von dem Heizkreislauf (bzw. von der Heizgasführung 110) separiert, so dass der Inertgas-Kreislauf 108 nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Beheizung hat und deshalb auf die prozesstechnologischen Notwendigkeiten abgestimmt werden kann. Die konvektive Beheizung 110 kann, da diese beispielsweise völlig abgetrennt vom Inertgas ist, optimiert werden. Insbesondere können sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten (z.B. in einem Bereich von ungefähr 2 m/s bis ungefähr 10 m/s) zum Zwecke der schnellen Aufheizung der Kassetten 102 sowie der Erreichung einer ausreichenden lateralen Temperaturhomogenität (z.B. in einem Bereich von +/- 2 K) gefahren werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zu beheizende Substrat beidseitig von den jeweiligen temperierten Kassettenwänden der Kassette 102 umgeben sein, so dass eine schnelle und gleichmäßige Wärmeübertragung von den Kassettenwänden zum Substrat gewährleistet ist. Alternative Ansätze, bei denen die Substrate direkt einem Heizgasstrom ausgesetzt sind, können im Falle von dünnen Substraten kritisch sein, da sich dünne Substrate unter dem Einfluss eines direkten Gasstromes schon bei vergleichsweise geringen Gasströmungsgeschwindigkeiten stark bewegen können. Derartige Bewegungen können im Bereich der Auflage der Substrate zur Bildung von Partikeln führen, was bei einigen Anwendungen vermieden werden soll.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessgas mittels einer Gasfilteranordnung gereinigt werden, z.B. mittels eines Schwebstoff-(HEPA)-Filters. Ferner kann auch das Prozessgas vorgeheizt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Prozessgas 108g in den Kassetten 102 mit einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit strömen, als das Heizgas 110g in den Heizgaskanälen 106. Beispielsweise kann das Prozessgas 108g in den Kassetten 102 mit einer Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ungefähr 0,1 m/s bis ungefähr 1 m/s fließen, z.B. mit einer Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich von ungefähr 0,3 m/s bis ungefähr 0,5 m/s.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zum Einbringen der Substrate in die Kassetten 102 und zum Entnehmen der Substrate aus den Kassetten 102 ein automatisiertes Transportsystem verwendet werden, z.B. ein Roboterarm mit einer Gabel. Dabei kann das Transportsystem in einem separaten Transportsystemgehäuse angeordnet sein, welches mit dem Ofengehäuse 302 verbunden sein kann. Das Transportsystemgehäuse kann dann beispielsweise ebenfalls mit dem Prozessgas 108g (z.B. mit Inertgas) gefüllt sein oder werden, so dass beim Öffnen der Klappen 504 zum Einbringen und Entnehmen der Substrate keine Verunreinigungen in die Kassetten 102 hineingelangen können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Ofengehäuse 302 aus Edelstahl gefertigt sein.
Im Folgenden werden einige optionale Details zur Ausgestaltung der Prozesskammeranordnung 100 bzw. der Prozessiervorrichtung 300 beschrieben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Prozesskammeranordnung 100 zum Prozessieren von gedruckten organischen Leuchtdioden (OLEDs) auf Dünnglas-Substraten verwendet werden. Insbesondere zum Ausheizen von Polymer OLEDs oder solution based small molecule OLEDs. Dabei kann mittels des Ausheizens Restlösungsmittel ausgetrieben werden, oder es können OLED-Strukturen fixiert oder gebildet werden.
In der Fertigungslinie von OLEDs können beispielsweise mehrere thermische Behandlungen notwendig sein, z.B. bei Temperaturen in einem Bereich von ungefähr 100°C bis ungefähr 300°C. Die thermische Behandlungsdauer kann, abhängig vom jeweiligen Prozessschritt, im Bereich von einigen Minuten bis zu ungefähr einer Stunde liegen.
Für diese Anwendung können die Glassubstrate beispielsweise ein Format von ungefähr 1500 × 1850 mm² aufweisen, und eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 0,4 mm bis ungefähr 0,7 mm. Für diese Anwendung können beispielsweise nur niedrige Partikelgehalte in der Ofenatmosphäre (d.h. innerhalb der Prozesskammern 102 in dem jeweiligen Prozessierbereich 104) erlaubt sein, z.B. Reinraumklasse 4 (ISO 14644, z.B. in der Version 14644-1 von 2015) oder besser.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Prozesskammern 102 im Wesentlichen gasdicht ausgestaltet sein, z.B. die Anforderungen der Norm ISO 10648 (z.B. in der Version 10648-1 von 1997) - Gasdichtigkeit von inerten Einrichtungen (O₂ Leckage von weniger als 0.005 Vol%/h) erfüllen.
Um den Partikelgehalt des Prozessgases in den Prozesskammern 102 in Größe und Zahl unter den Werten gemäß Reinraumklasse 4 (ISO 14644) zu halten, kann beispielsweise der Volumenstrom zumindest teilweise durch einen oder mehrerer HEPA-Filter (H13 oder H14) geleitet werden.
Wenn in den Prozesskammern 102 eine Inertgas-Atmosphäre verwendet wird, z.B. aufweisend oder bestehend aus N₂, kann diese mit einem statischen Überdruck (z.B. von 100 Pa) gegenüber der jeweils außerhalb der Prozesskammern 102 herrschenden Atmosphäre bereitgestellt sein oder werden, Dadurch kann beispielsweise ein Eindringen von unerwünschten Gasen, Dämpfen und Partikeln in die Prozesskammern 102 hinein vermieden werden, da die Dichtungen eine der Norm entsprechende Leckage aufweisen bzw. auch aufweisen dürfen, um den technischen Aufwand, wie er dagegen in der Hochvakuumtechnik zwingend notwendig, ökonomisch halten zu können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Prozesskammern 102 derart eingerichtet sein, dass diese eine Überdruckfestigkeit bis ungefähr 1000 Pa aufweisen.
Bei einer thermischen Behandlung der Glasplatten kann es beispielsweise zur Freisetzung von Gasen bzw. Dämpfen kommen. Das sind beispielsweise organische Dämpfe und/oder Wasserdampf. Diese Verunreinigungen werden mittels des Prozessgases (z.B. des Inertgases) abtransportiert und beispielsweise mittels eines oder mehreren Gasreinigungsgeräten aus dem Prozessgases entfernt. Üblicherweise kann es ausreichen, nur eine Teilmenge des Gesamtgasstromes dem Gasreinigungsgerät zuzuführen und gereinigt dem Hauptstrom wieder zuzuführen.
Wie beispielsweise in 3 dargestellt ist, können die übereinander gestapelten Kassetten (als Prozesskammern 102 bezeichnet), in denen jeweils eine Dünnglasplatte 420 auf Pins 414 abgelegt wird (siehe 4), mittels eines Luftstroms 210g beheizt werden. Der Luftstrom 210g wird beispielsweise von einem oder auch mehreren Radialgebläsen 314 erzeugt und durch ein oder auch mehrere Heizregister 312 gefördert. Der Luftstrom 210g wird auf der Zieltemperatur für die Dünnglasplatte 420 gehalten. Die Dünnglasplatte 420 nimmt beispielsweise die Temperatur der Kassettenwände an. Nach dem Einschleusen der auf Raumtemperatur befindlichen Dünnglasplatten 420 in die auf Zieltemperatur befindlichen Kassetten 102 nehmen die Dünnglasplatten 420 nach einiger Zeit die Kassettentemperatur an. Die dafür notwendige Zeit hängt ab von der Wärmekapazität der Dünnglasplatten 420 und den wirksamen Wärmeübertragungsmechanismen, und zwar Wärmestrahlung und Konvektionswärmeübertragung. Die Größe der Wärmestrahlungsleistung von den Kassettenwänden in Richtung der jeweiligen Dünnglasplatten 420 hängt von der Temperatur der Kassettenwände und den Emissionswerten aller Oberflächen ab. Das Emissionsvermögen der Glasunterseite liegt beispielsweise bei mindestens 90%. Das Emissionsvermögen der Schichtseite liegt je nach Beschichtung typischerweise bei kleineren Werten. Das Emissionsvermögen der Innseiten der Kassetten 102, die beispielsweise in Edelstahl gefertigt sind, ist von der Oberflächenbearbeitung sehr stark abhängig. Es kann sinnvoll sein, insbesondere dann, wenn kurze Aufheizzeiten erreich werden sollen (also hohe Wärmestrahlungsleistungen von den Wänden in Richtung Substrat), den Emissionsgrad der Innenwände zu erhöhen. Beispielsweise mittels Hochtemperaturbehandlungen kann die Emission der Edelstahlwände auf Werte um 80% eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Emissionswerte aller am Strahlungsaustausch beteiligten Flächen bei nur 30% läge (mit Ausnahme der Glasunterseite, deren Emissionswert bei 90% liegt), würde sich eine Glasplatte der Dicke 0,7 mm innerhalb von 10 Minuten von Raumtemperatur auf 248°C erwärmen bei einer konstanten Kassettentemperatur von 250°C. Die parallel wirksame konvektive Wärmeübertragung kommt noch hinzu, so dass sich tatsächlich für das Beispiel kürzere Heizzeiten ergeben. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von beispielsweise 0,5 m/s des Prozessgases innerhalb der Kassetten 102 ergibt zusammen mit der Wärmestrahlung beispielsweise eine Heizzeit von ungefähr 5 min. Für dünneres Glas, z.B. mit einer Dicke von 0,4 mm, verkürzt sich die Aufheizzeit beispielsweise auf ungefähr 3 min.
Die Kassetten können mit Heizluftgeschwindigkeiten im Bereich von beispielsweise 10 m/s bis 30m/s beheizt werden, abhängig von verschiedenen Randbedingungen. Für schnelle Aufheizgeschwindigkeiten des Ofens, z.B. nach Wartungen sind sowohl hohe Heizluftgeschwindigkeiten als auch hohe Leistungen notwendig, entsprechend der auf Temperatur zu bringenden thermischen Massen.
Die übereinanderliegenden Kassetten mit einer lichten Höhe von beispielsweise 80 mm können mit einem ausreichenden Abstand zueinander angeordnet sein, z.B. mit einem Abstand von einander von ungefähr 50 mm. Der Heizluftstrom durchströmt die beispielsweise 50 mm hohen Schlitze 106 zwischen den Kassetten 102 und erwärmt die Kassetten 102 bzw. hält diese auf der erforderlichen Temperatur, z.B. auf 250°C. Insbesondere während des Aufheizvorgangs zur Vorbereitung der Produktion ergibt sich naturgemäß ein Temperaturabfall über die Kassettenlänge. Nach Erreichen der mittleren Zieltemperatur der Kassetten wird die Heizlufttemperatur auf Zieltemperatur eingestellt.
Je nach Strömungsgeschwindigkeit und thermischer Masse des Systems, insbesondere der Kassetten 102, kann zur Erreichung der lateralen Temperaturhomogenität eine Heizdauer zum Aufheizen der Substrate 420 von ungefähr 10 min notwendig sein. Dabei kann beispielsweise eine Temperaturhomogenität entlang der Oberfläche der Substrate 420 von +/-(2 bis 3) K erreicht werden.
Die laterale Temperaturhomogenität wird insbesondere dann leicht zu erreichen sein, wenn die Kassetten 102 quasi adiabatisch aufgehängt sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die jeweilige Kassette 102 thermisch leitfähig mit der Vorderfront des Ofengehäuses 302 verbunden sein (siehe 5). Damit ist ein Temperaturabfall der Kassette 102 in Richtung Kassettentür bzw. Vorderfront verbunden, was beispielsweise einen Temperaturabfall auf einer in der Kassette 102 angeordneten Glasplatte 420 unmittelbar zur Folge haben kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein wärmeleitender Kontakt zwischen den Kassetten 102 und dem Ofengehäuse 302 konstruktiv minimiert sein oder werden, z.B. können Distanzbleche zwischen der jeweiligen Kassette 102 und der Kassettentür bzw. Vorderfront angeordnet sein oder werden.
Weiterhin kann beispielsweise mittels genügend langer Distanzbleche der thermische Widerstand vergrößert werden und damit der Temperaturabfall reduziert werden.
Eine weitere Maßnahme zur Kompensierung des Temperaturabfalls kann beispielsweise eine genügend große Heizluftversorgung im Bereich thermisch leitfähiger Strecken sein, d.h. in diesen Bereichen können höhere Heizluftgeschwindigkeiten vorgesehen sein. Ferner kann, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, eine Gegenheizung mittels zusätzlichen Heizern erfolgen, die den türnahen Bereich der Kassetten 102 mit Heizleistung versorgen und so einem Temperaturabfall entgegenwirken können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Radialgebläse zum Führen des Heizgases innerhalb des Ofengehäuses 302 verwendet werden, wie beispielsweise in 3 schematisch dargestellt ist. Das Radialgebläse kann beispielsweise derart eingerichtet sein, dass dieses die Rücklaufluft durch das Heizregister ansaugt und die nachgeheizte Luft in den Einlass-Luftkasten, der sich vor den Kassetten 102 befindet, presst. Nach dem Passieren der Kassetten 102 wird der Heizluftstrom 210g im Auslass-Luftkasten beispielsweise gesammelt und erneut dem Heizregister/Gebläse zugeführt.
Der Luftstrom kann beispielsweise derart verteilt werden, dass die Kassetten 102 ungefähr gleichmäßig umströmt werden. Zur Vergleichmäßigung kann ein Strömungswiderstand (z.B. in Form eines perforierten Bleches) vor den Kassetten 102 (d.h. auf der Einlass-Seite) installiert werden, desgleichen kann ein ebensolcher Strömungswiderstand auch auf der Auslass-Seite installiert werden. Damit wird beispielsweise gewährleistet, dass die Kassetten gleichmäßig umströmt werden und es nicht zur Ausbildung von toten Bereichen (auch als Totwassergebiete oder -zonen bezeichnet) kommt.
Die zum Heizen der Kassetten 102 verwendete Luftströmung muss in den jeweiligen Heizgaskanälen 106 nicht zwingend identisch sein. Es kommt aber beispielsweise darauf an, alle Kassetten 102 mit einer genügend großen Heizluftmenge zu versorgen, so dass alle Kassetten 102 im Wesentlichen auf der gewünschten Solltemperatur gehalten werden können. Der Heizluftstrom zirkuliert um die Kassetten 102 in den Heizgaskanälen 106 des Ofengehäuses 302. Der Wärmeabfluss über das wärmeisolierte Ofengehäuse 302 kann beispielsweise minimiert sein oder werden, um abzusichern, dass alle Kassetten 102 mit der gleichen Lufttemperatur versorgt werden. Damit wird beispielsweise erreicht, dass alle Kassetten 102 im Wesentlichen die gleiche Temperatur annehmen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede Kassette 102 einen Einlass-Verteiler und einen Auslass-Sammler aufweisen zum Führen des Prozessgases 108g innerhalb der Kassette 102. Mittels des Einlass-Verteilers und des Auslass-Sammlers kann beispielsweise eine gleichmäßige Überströmung der Substrate 420 in den Kassetten 102 erreicht werden. Als Einlass-Verteiler und Auslass-Sammler können beispielsweise perforierte Bleche verwendet werden. Das Prozessgas 108g kann beispielsweise vom Auslass-Sammler zu einem Filter geführt werden und danach zu einem Gebläse. Das Gebläse kann dann das gefilterte Gas über die Einlassleitung wieder in die einzelnen Kassetten pressen. Anschaulich kann die Prozessgasführung 108 als ein Prozessgaskreislauf ausgestaltet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann nur ein Teil des gesamten Abgasstromes des Prozessgases 108g, z.B. weniger als 50%, z.B. 5% bis 20%, zu einem Gasreinigungsgerät bzw. durch ein Gasreinigungsgerät hindurch geleitet werden. Ein Gasreinigungsgerät kann beispielsweise mindestens einen Partikelfilter, einen Gasfilter oder Ähnliches aufweisen. Dabei kann dieser Teil des Gasstroms vor dem Eintreten in das Gasreinigungsgerät abgekühlt werden, z.B. auf eine Temperatur von weniger als 50°C, z.B. auf ungefähr 30°C, und nach dem Passieren des Gasreinigungsgerätes wieder aufgeheizt werden, z.B. auf die Solltemperatur zum Heizen der Kassetten 102, und anschließend wieder in den Haupt-Prozessgasstrom eingespeist werden.
Die gleichmäßige Beheizung der Kassetten 102 ist mittels der hierin beschriebenen Prozesskammeranordnung 100 einfach gestaltet, da nur ein Heizgaskreislauf dafür benötigt wird. Das Konzept erlaubt beispielsweise sowohl eine kostengünstige Lösung als auch eine sehr gute laterale Temperaturhomogenität der erwärmten Substrate. Die prozesstechnologischen Bedingungen am Substrat, wie z.B. die Prozessgasatmosphäre, die Gasgeschwindigkeit und der Partikelgehalt des Gases können in weiten Grenzen variiert werden, da die konvektive Beheizung der Kassetten vollständig separiert ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die hierin beschriebene Prozesskammeranordnung 100 für eine thermische Behandlung (auch als Tempern oder Annealing bezeichnet) von Substraten verwendet werden. Die thermische Behandlung kann dabei beispielsweise in partikelarmer Inertgas-Atmosphäre erfolgen. Das hierin beschriebene Ofenkonzept ist insbesondere zur thermischen Behandlung dünner Substrate, z.B. dünner Glassubstrate, geeignet. Ferner ist das hierin beschriebene Ofenkonzept insbesondere zur thermischen Behandlung von Substraten, die speziellen Gasen oder Dämpfen ausgesetzt werden sollen, geeignet. Ferner ist das hierin beschriebene Ofenkonzept insbesondere zur thermischen Behandlung von Substraten, von denen gasförmiges Material emittiert wird, geeignet.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben, die sich auf das vorangehend Beschriebene und das in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist eine Prozesskammeranordnung 100, aufweisend: eine erste Prozesskammer 102a aufweisend einen ersten Prozessierbereich 104a zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines ersten Substrats; eine zweite Prozesskammer 102b aufweisend einen zweiten Prozessierbereich 104b zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines zweiten Substrats, wobei der erste Prozessierbereich 104a und der zweite Prozessierbereich 104b mittels der beiden Prozesskammern 102a, 102b voneinander separiert sind; einen ersten Heizgaskanal 106a, einen zweiten Heizgaskanal 106b und einen dritten Heizgaskanal 106c, wobei die erste Prozesskammer 102a zwischen dem ersten Heizgaskanal 106a und dem zweiten Heizgaskanal 106b angeordnet ist und wobei die zweite Prozesskammer 102b zwischen dem zweiten Heizgaskanal 106b und dem dritten Heizgaskanal 106c angeordnet ist; eine Prozessgasführung 108 zum Führen von Prozessgas 108g in die erste Prozesskammer 102a und in die zweite Prozesskammer 102b; und eine Heizgasführung 110 zum Führen von Heizgas 110g in dem ersten Heizgaskanal 106a, dem zweiten Heizgaskanal 106b und dem dritten Heizgaskanal 106c zum Heizen der ersten Prozesskammer 102a und der zweiten Prozesskammer 102b.
In Beispiel 2 kann die Prozesskammeranordnung gemäß Beispiel 1 optional aufweisen, dass die erste Prozesskammer 102a eine erste Auflagestruktur 414 aufweist zum Auflegen des mindestens einen ersten Substrats 420, und dass die zweite Prozesskammer 102b eine zweite Auflagestruktur 414 aufweist zum Auflegen des mindestens einen zweiten Substrats 420.
In Beispiel 3 kann die Prozesskammeranordnung gemäß Beispiel 2 optional aufweisen, dass die beiden Auflagestrukturen 414 derart eingerichtet sind, dass das mindestens eine erste Substrat 420 und das mindestens eine zweite Substrat 420 jeweils nur auf einer ihrer Substratoberflächen 420r körperlich kontaktiert werden.
In Beispiel 4 kann die Prozesskammeranordnung gemäß Beispiel 2 oder 3 optional aufweisen, dass die beiden Auflagestrukturen 414 derart eingerichtet sind, dass innerhalb der jeweiligen Prozesskammer 102a, 102b nur eine Auflageebene bereitgestellt ist.
In Beispiel 5 kann die Prozesskammeranordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 4 optional aufweisen, dass die Prozessgasführung 108 als ein geschlossener erster Gaskreislauf derart ausgestaltet ist, dass die erste Prozesskammer 102a und die zweite Prozesskammer 102b von dem Prozessgas 108g durchströmt werden.
In Beispiel 6 kann die Prozesskammeranordnung gemäß Beispiel 5 optional aufweisen, dass die Prozessgasführung 108 eine Gasreinigungsvorrichtung aufweist zum Reinigen des Prozessgases.
In Beispiel 7 kann die Prozesskammeranordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 6 optional aufweisen, dass die Prozessgasführung 108 mehrere Durchflussdrosseln aufweist durch welche Prozessgas in die jeweilige Prozesskammer 102a, 102b hineinströmt und aus dieser herausströmt zum Bereitstellen einer gleichmäßigen Strömung des Prozessgases innerhalb der jeweiligen Prozesskammer.
In Beispiel 8 kann die Prozesskammeranordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 7 optional aufweisen, dass das Prozessgas 108g ein Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, ist.
In Beispiel 9 kann die Prozesskammeranordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 8 optional aufweisen, dass die Heizgasführung 110 eine Umwälzvorrichtung 314 und eine Heizer-Anordnung 312 aufweist zum Aufheizen des Heizgases 110g außerhalb der jeweiligen Gaskanäle 106 und zum Führen des aufgeheizten Heizgases durch die jeweiligen Gaskanäle 106 hindurch.
In Beispiel 10 kann die Prozesskammeranordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 9 optional aufweisen, dass die Heizgasführung 110 als ein geschlossener zweiter Gaskreislauf ausgestaltet ist.
In Beispiel 11 kann die Prozesskammeranordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 10 optional aufweisen, dass die Prozessgasführung 108 und die Heizgasführung 110 gastechnisch voneinander separiert sind.
In Beispiel 12 kann die Prozesskammeranordnung gemäß einem der Beispiele 1 bis 11 optional aufweisen, dass ein erster Kammerwandabschnitt der ersten Prozesskammer 102a und ein zweiter Kammerwandabschnitt der zweiten Prozesskammer 102b gemeinsam zumindest einen Teil des zweiten Heizgaskanals 106b bilden.
Beispiel 13 ist eine Prozessiervorrichtung 300 aufweisend: ein Ofengehäuse 302; und eine in dem Ofengehäuse 302 angeordnete Prozesskammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 12.
In Beispiel 14 kann die Prozessiervorrichtung gemäß Beispiel 13 optional aufweisen, dass die Heizer-Anordnung 312 und die Umwälzvorrichtung 314 der Heizgasführung 110 innerhalb des Ofengehäuses 302 angeordnete sind.
In Beispiel 15 kann die Prozessiervorrichtung gemäß Beispiel 13 oder 14 optional aufweisen, dass die Prozesskammeranordnung 100 derart bereitgestellt ist, dass außerhalb der Prozesskammeranordnung 100 in dem Ofengehäuse 302 ein gemeinsamer Heizgasstrom 210g bereitgestellt wird, welcher die jeweiligen Heizgaskanäle 106 der Prozesskammeranordnung 100 aufgeteilt durchströmt. Ferner kann das Heizgas nach dem Durchströmen der jeweiligen Heizgaskanäle 106 wieder zu einem gemeinsamen Heizgasstrom 210g zusammengeführt werden.
In Beispiel 16 kann die Prozessiervorrichtung gemäß einem der Beispiele 13 bis 15 optional aufweisen, dass in einem Kammerwandabschnitt des Ofengehäuses 302 passend den Prozesskammern 102 der Prozesskammeranordnung 100 jeweils eine Durchgangsöffnung 502 bereitgestellt ist zum Einbringen mindestens eines Substrats 420 in die jeweilige Prozesskammer 102 hinein und/oder zum Entnehmen mindestens eines Substrats 420 aus der jeweiligen Prozesskammer 102 heraus.
In Beispiel 14 kann die Prozessiervorrichtung gemäß Beispiel 16 ferner Folgendes aufweisen: eine Klappenanordnung 504 zum Verschließen der Durchgangsöffnungen 502.
Beispiel 18 ist das Verwenden einer Prozesskammeranordnung 100 gemäß einem der Beispiele 1 bis 12 oder einer Prozessiervorrichtung 300 gemäß einem der Beispiele 13 bis 17 zum Prozessieren von Substraten 420 in den Prozesskammern 102, wobei die Substrate 420 eine Substratdicke von weniger als 1 mm aufweisen.
Beispiel 19 ist das Verwenden der Prozesskammeranordnung 100 gemäß Beispiel 18, wobei das Prozessieren ein Trocknen der Substrate 420 mit einem Inertgas als Prozessgas 108g aufweist, oder wobei das Prozessieren ein Behandeln der Substrate 420 mittels eines Reaktivgases als Prozessgas 108g aufweist; oder wobei das Prozessieren ein Beschichten der Substrate 420 mittels eines Materialdampfs als Prozessgas 108g aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 14644 [0060, 0062]
Norm ISO 10648 [0061]

Claims

Prozesskammeranordnung (100) aufweisend: • eine erste Prozesskammer (102a) aufweisend einen ersten Prozessierbereich (104a) zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines ersten Substrats; • eine zweite Prozesskammer (102b) aufweisend einen zweiten Prozessierbereich (104b) zum Aufnehmen und Prozessieren mindestens eines zweiten Substrats, wobei der erste Prozessierbereich (104a) und der zweite Prozessierbereich (104b) mittels der beiden Prozesskammern (102a, 102b) voneinander separiert sind; • einen ersten Heizgaskanal (106a), einen zweiten Heizgaskanal (106b) und einen dritten Heizgaskanal (106c), wobei die erste Prozesskammer (102a) zwischen dem ersten Heizgaskanal (106a) und dem zweiten Heizgaskanal (106b) angeordnet ist und wobei die zweite Prozesskammer (102b) zwischen dem zweiten Heizgaskanal (106b) und dem dritten Heizgaskanal (106c) angeordnet ist; • eine Prozessgasführung (108) zum Führen von Prozessgas (108g) in die erste Prozesskammer (102a) und in die zweite Prozesskammer (102b); • eine Heizgasführung (110) zum Führen von Heizgas (110g) in dem ersten Heizgaskanal (106a), dem zweiten Heizgaskanal (106b) und dem dritten Heizgaskanal (106c) zum Heizen der ersten Prozesskammer (102a) und der zweiten Prozesskammer (102b).
Prozesskammeranordnung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Prozesskammer (102a) eine erste Auflagestruktur (414) aufweist zum Auflegen des mindestens einen ersten Substrats (420), und wobei die zweite Prozesskammer (102b) eine zweite Auflagestruktur (414) aufweist zum Auflegen des mindestens einen zweiten Substrats (420), wobei die beiden Auflagestrukturen (414) derart eingerichtet sind, dass das mindestens eine erste Substrat (420) und das mindestens eine zweite Substrat (420) jeweils nur auf einer ihrer Substratoberflächen (420r) körperlich kontaktiert werden.
Prozesskammeranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Prozessgasführung (108) als ein geschlossener erster Gaskreislauf derart ausgestaltet ist, dass die erste Prozesskammer (102a) und die zweite Prozesskammer (102b) von dem Prozessgas (108g) durchströmt werden.
Prozesskammeranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Prozessgasführung (108) mehrere Durchflussdrosseln aufweist durch welche Prozessgas in die jeweilige Prozesskammer (102a, 102b) hineinströmt und aus dieser herausströmt.
Prozesskammeranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Prozessgas (108g) ein Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, ist.
Prozesskammeranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Heizgasführung (110) eine Umwälzvorrichtung (314) und eine Heizer-Anordnung (312) aufweist zum Aufheizen des Heizgases (110g) außerhalb der jeweiligen Gaskanäle (106a, 106b, 106c) und zum Führen des aufgeheizten Heizgases durch die jeweiligen Gaskanäle (106a, 106b, 106c) hindurch.
Prozesskammeranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Heizgasführung (110) als ein geschlossener zweiter Gaskreislauf ausgestaltet ist, wobei die Prozessgasführung (108) und die Heizgasführung (110) gastechnisch voneinander separiert sind.
Prozessiervorrichtung (300) aufweisend, ein Ofengehäuse (302); und eine in dem Ofengehäuse (302) angeordnete Prozesskammeranordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
Prozessiervorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Prozesskammeranordnung (100) derart bereitgestellt ist, dass außerhalb der Prozesskammeranordnung (100) in dem Ofengehäuse (302) ein gemeinsamer Heizgasstrom (210g) bereitgestellt wird, welcher die jeweiligen Heizgaskanäle (106) der Prozesskammeranordnung (100) aufgeteilt durchströmt.
Verwenden einer Prozesskammeranordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder einer Prozessiervorrichtung (300) gemäß Anspruch 8 oder 9 zum Prozessieren von Substraten (420) in den beiden Prozesskammern (102a, 102b), wobei die Substrate (420) eine Substratdicke von weniger als 1 mm aufweisen, wobei das Prozessieren ein Trocknen der Substrate (420) mit einem Inertgas als Prozessgas (108g) aufweist, oder wobei das Prozessieren ein Behandeln der Substrate (420) mittels eines Reaktivgases als Prozessgas (108g) aufweist; oder wobei das Prozessieren ein Beschichten der Substrate (420) mittels eines Materialdampfs als Prozessgas (108g) aufweist.