DE10332163A1 - Vakuumbeschichtungsanlage mit in Clustern angeordneten Prozessstationen - Google Patents

Abstract

Der Erfindung, die eine Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Ein- und einer Ausgabestation und mehreren Prozessstationen, die in einem ersten und zweiten Cluster an jeweils einer Handlerkammer angeordnet sind, wobei die Cluster miteinander durch Verbindungselemente und einer Koppelkammer verbunden sind, betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, den anlagentechnischen Aufwand für Cluster-Beschichtungsanlagen bei gleichzeitiger Verbesserung der Gesamtauslastung der Cluster zu reduzieren. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Ein- und die Ausgabestation (9, 10) an der Koppelkammer (7) angeordnet sind (Fig. 1).

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Ein- und einer Ausgabestation und mehreren Prozessstationen, die in einem ersten und zweiten Cluster angeordnet sind, wobei die Cluster miteinander durch Verbindungselemente und einer Koppelkammer verbunden sind.
• Cluster-Beschichtungsanlagen dieser Art werden eingesetzt für die Beschichtung von Glassubstraten mit mehreren, in Beschaffenheit, Stapelfolge und Dicke sehr unterschiedlichen Schichten, wie zum Beispiel bei der Beschichtung von Fotovoltaik-Solarzellen oder Displays von Flachbildschirmen. Vakuumbeschichtungen von Substraten mit solchen Funktionsschichtsystemen gewinnen zunehmend an Bedeutung in der Bildschirmtechnik und in der Photovoltaiktechnik. Für diese Funktionsschichtsysteme werden Schichten mit Dicken von bis zu einigen 100 nm mittels PVD- und PECVD-Beschichtungsverfahren abgeschieden, wie zum Beispiel die halbleitende amorphe Siliziumlegierung (a-Si:H). Das abzuscheidende Schichtsystem besteht häufig auch aus mehreren Einzelschichten mit verschiedener Dotierung. Das erfordert verschiedene, nacheinander geschaltete Beschichtungsprozesse mit z. T. erheblich von einander abweichenden Prozesszeiten. Reine Inline-Beschichtungsanlagen sind aufgrund der sich ergebenden Wartezeiten für die Substrate hierfür nicht geeignet. In den Cluster-Beschichtungsanlagen werden mehrere Prozesskammern mit Prozessstationen als ein Cluster um eine Handlerkammer peripher angeordnet. Der Handler, z.B. ein Vakuumroboter oder ein Drehgestell, verteilt das aus einer Eingabestation mit Schleusenfunktion entnommene Substrat intelligent, d.h. selbstorganisierend auf die umliegenden Prozesskammern, in denen der jeweilige Beschichtungsprozess entsprechend seiner Prozessdauer stattfinden kann, ohne den Durchlauf der anderen parallel herzustellenden Substrate zu behindern. Bei besonders langwierigen Prozessen werden mehrere Prozesskammern mit identischen Prozessstationen im Cluster angeordnet. Im weiteren Durchlauf der Substrate können diese mittels des Handlers an ein Verbindungselement übergeben werden, welches die Handlerkammern der Cluster miteinander verbindet, wie zum Beispiel eine Transferkammer. Von dieser Transferkammer werden die Substrate in ein nächstes Cluster weitergefördert, in dem weitere Prozesshandlungen mit gegebenenfalls unterschiedlicher Verweildauer der Substrate realisiert werden. Dabei sind auch Schichtsysteme von verschiedener Güte und Eigenschaft parallel herstellbar. Der Modulcharakter der Cluster ermöglicht eine Kombination der Cluster und somit eine Anpassung der Anlage an die jeweiligen Beschichtungsanforderungen. Die Ausschleusung des Substrates erfolgt am Ende des Durchlaufes durch die Cluster in der Ausgabestation, welche gezwungener Maßen von der Einschleusung örtlich entfernt liegt.
• Dies ist ein Nachteil in Bezug auf die Erfüllung von Reinraumanforderungen. Die voneinander örtlich getrennte Lage der Ein- und Ausgabe der Substrate erfordert einen höheren Aufwand der vakuumtechnischen und reinraumtechnischen Ausstattung. Zudem macht sich bei der Verwendung von Carriers ein Carrierreturnsystem erforderlich.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es daher, den anlagentechnischen Aufwand für Cluster-Beschichtungsanlagen bei gleichzeitiger Verbesserung der Gesamtauslastung der Cluster zu reduzieren.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ein- und die Ausgabestation an der Koppelkammer angeordnet sind. Der in der Koppelkammer stationierte Handler positioniert die eingeschleusten Substrate von der Eingabestation kommend korrespondierend zur Richtung des Transportweges einer der Verbindungselemente des ersten oder zweiten Clusters und positioniert in gleicher Weise die fertigen Substrate von den Clustern kommend zum Ausschleusen in die Richtung des Transportweges der Ausgabestation. Die Ein und die Ausgabe der Substrate konzentriert sich dabei im Bereich der Koppelkammer, was sich günstig auf den anlagentechnischen Aufwand insbesondere bei einer notwendigen Reinraumbehandlung der Substrate auswirkt. Beispielsweise kann der erforderliche Umfang der Reinraumausstattung für die nunmehr begrenzte Be- und Entladungsräumlichkeit reduziert werden und ein gegebenenfalls zu verwendendes Carrierreturnsystem minimiert werden. Darüber hinaus wird an der herkömmlichen Position der Ein- und der Ausgabestation in den Clustern jeweils eine freie Anbindung für eine weitere Prozessstation geschaffen. Mit höherer Anzahl der Prozessstationen in den Clustern erhöht sich die Flexibilität und Gesamtauslastung der Cluster. In den meisten Einsatzfällen sind die Prozessstationen bereits sehr hochgradig ausgelastet, wogegen die Handler ihre Auslastungsgrenze noch nicht erreicht haben. Mit der Anordnung einer weiteren Prozessstation werden diese Auslastungsdifferenzen abgebaut.
• In einer vorzugsweisen Fortbildung der erfindungsgemäßen Cluster-Beschichtungsanlage enthält die Koppelkammer einen Doppelrotationshandler, der ein Paar von parallel zueinander, beabstandet angeordneten Führungselementen aufweist, wobei das Paar von Führungselementen zentrisch um eine Rotationsachse drehbar ist und in mindestens vier Arbeitstellungen mindestens ein Führungselement mit jeweils einem der Transportwege der Ein- und der Ausgabestation und der Verbindungselemente korrespondiert. Mit dieser außermittigen Anordnung zweier Führungselemente für den Transport und die Positionierung von Substraten oder Carrier ist es möglich, zwei Substrate oder zwei Carrier gleichzeitig mit dem Doppelrotationshandler zu handeln. Die Anordnung der Ein- und der Ausgabestation sowie der Verbindungselemente an der Koppelkammer ist dabei, korrespondierend zur außermittigen Lage der Substrate oder Carrier, achsversetzt zur Rotationsachse des Doppelrotationshandlers. Damit wird die Kapazität und die Auslastung des Handlers in der Koppelkammer erhöht und zugleich werden die Transportwege zu den Clustern und der Ein- und der Ausgabestation entlastet.
• Nach einer praktischen Ausführungsvariante besteht das Paar von Führungselementen aus einer ersten und einer zweiter Schiene. Das ermöglicht zum Beispiel die Verwendung von Carrierwagen mit Rollen oder Rädern, die auf den Schienen gefahren werden können.
• Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Cluster-Beschichtungsanlage sind die Transportwege der Ein- und der Ausgabestation parallel zueinander, im Abstand der Führungselemente angeordnet. Diese Ausführungsform betrifft einerseits eine Lage der Ein- und der Ausgabestation an der Koppelkammer parallel nebeneinander angeordnet und alternativ eine Lage der Ein- und der Ausgabestation an der Koppelkammer im parallelen Abstand zueinander und versetzt gegenüber liegend. In beiden Anordnungen können in einer dazu korrespondierenden Stellung der Führungselemente des Doppelrotationshandlers mehrere Substrate oder Carrier gleichzeitig ein- und ausgegeben werden. In Verbindung mit der höheren Kapazität des Doppelrotationhändlers in der Koppelkammer und einer einhergehenden Optimierung der Clusterbelegungen können die Gesamttaktzeiten der Cluster-Beschichtungsanlagen derart erhöht werden, dass sie den Taktzeiten bekannter In-line-Beschichtungsanlagen nicht mehr nachstehen. In der beschriebenen Lage der Ein- und der Ausgabestation parallel nebeneinander werden zudem die Substrate oder Carrier so nahe benachbart ein – und ausgegeben, dass auf ein zu verwendendes Carrierreturnsystem gänzlich verzichtet werden kann.
• Eine günstige Ausgestaltung sieht vor, dass die Ein- und die Ausgabestation in einer Ein- und Ausgabeschleuse angeordnet sind. Damit entfällt insbesondere in der Anordnung der Ein- und der Ausgabestation parallel nebeneinander der anlagentechnische Aufwand für eine Schleuseneinrichtung einschließlich eines Vakuumabpumpsystems.
• Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass an der Koppelkammer eine Prozessstation und/oder ein Verbindungselement eines dritten Clusters angeschlossen ist, deren Transportwege mit der Arbeitsstellung mindestens eines Führungselementes korrespondieren. Der Doppelrotationshandler der Koppelkammer kann somit noch mehr Prozessstationen für die Behandlung der Substrate bedienen. Das erhöht um ein Weiteres die Flexibilität und die Auslastung der erfindungsgemäßen Cluster-Beschichtungsanlage.
• Bei einer Variante der Ausführungsform enthält das Verbindungselement eine Prozessstation. Somit können auch die Transferbereiche in den Verbindungsstrecken zwischen den Clustern für verschiedene Substratbehandlungen, z.B. für erforderliche Vor-, Zwischen- oder Nachbehandlungsprozesses, ausgenutzt werden und damit die Auslastung der Cluster weiter erhöht werden.
• Ergänzend ist es auch nützlich, wenn an der Ein- und/oder der Ausgabestation eine Prozessstation angeordnet ist. Dabei befinden sich die Prozessstationen vorrangig an der maschinenseitigen Anschlussseite der Ein- und/oder Ausgabestation, um zum Beispiel spezielle Vor- oder Nachbehandlungsprozesses an den Substraten durchzuführen. Diese Behandlungsprozesse können sodann in den Clustern entfallen, wodurch weiterer Raum für die Substratbeschichtungsprozesse in den Clustern gewonnen wird.
• In einer praktischen Ausführungsform ist die Prozessstation im Verbindungselement und an der Ein- und/oder der Ausgabestation eine Heiz- oder Kühlkammer. Die Substrate können zum Beispiel in einer solchen Heizkammer vor dem eigentlichen Eintritt in die Cluster vorgewärmt werden, um die Haftungseigenschaften der nachfolgenden Beschichtung zu verbessern und außerdem nach Beendigung der Beschichtungsprozesse außerhalb der Cluster in einer Kühlkammer auf eine für den weiteren Transport unkritische Temperaturen herabgekühlt werden.
• Nach einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Cluster-Beschichtungsanlage ist an der Koppelkammer eine zweite Ein- und/oder eine zweite Ausgabestation angeordnet. Mit mehreren parallel wirkenden Ein- und Ausgabestationen können beispielsweise die gegenüber der Taktzeit des Handelprozesses in der Koppelkammer erheblich höheren Verweilzeiten der Substrate während der Ein- bzw. Ausschleusungsprozesse kompensiert werden und somit die Taktzeiten der gesamten Cluster- Beschichtungsanlage weiter erhöht werden.
• Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Ein- und Ausgabestation, die Verbindungselemente und die Prozessstationen Vakuum-Absperrventile aufweisen. Diese Absperrventile ermöglichen defekte, zu reinigende oder zu wartende Prozesseinheiten sowie komplette Cluster und einzelne Ein- oder Ausgabestationen von der Cluster-Beschichtungsanlage vakuumtechnisch abzutrennen und auszutauschen ohne den Anlagenbetrieb einstellen zu müssen. Diese Eigenschaft wirkt sich günstig auf die Verfügbarkeit und Servicefreundlichkeit der Cluster-Beschichtungsanlage aus.
• In einem folgenden Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Cluster-Beschichtungsanlage näher beschrieben werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in
• 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Cluster-Beschichtungsanlage in der Draufsicht und
• 2 einen Ausschnitt dieser Cluster-Beschichtungsanlage mit der Darstellung der Koppelkammer und der Ein- und der Ausgabestation in vier verschiedenen Phasen (Phase 1 bis Phase 4) der Arbeitsstellung des erfindungsgemäßen Doppelrotationshandlers.
• Die erfindungsgemäße Cluster-Beschichtungsanlage 1 im Ausführungsbeispiel besteht aus zwei Clustern 2 mit je einer Handlerkammer 3, um die herum mehrere Prozessstationen 4 und je ein Verbindungselement 5 angeschlossen sind. Der Handler in der Handlerkammer 3 kann z.B. ein Vakuumroboter oder wie im Ausführungsbeispiel ein Rotationshandler 6 sein. Die Koppelkammer 7, in der der erfindungsgemäße Doppelrotationshandler 8 enthalten ist, stellt mittels beidseitigen Anschluss der Verbindungselemente 5 die Koppelung zwischen den Clustern 2 her. Im rechten Winkel zur Lage der Verbindungselemente 5 sind die Eingabestation 9 und die Ausgabestation 10 an der Koppelkammer 7 angeschlossen. Ein- und Ausgabestation 9, 10 liegen parallel nebeneinander, so dass die Ein- und Ausschleusung des Carriers 11 mit zwei darauf stehend angeordneten Substraten 12 in einer gemeinsamen Ein- und Ausgabeschleuse 13 erfolgen kann. Bei den auf dem Carrier 11 positionierten Substraten 12 handelt es sich beispielsweise um zwei gläserne Display-Scheiben, deren zu beschichtenden Vorderseiten voneinander weggerichtet und ihre nicht zu beschichtenden Rückseiten aufeinander zugerichtet sind. Der Doppelrotationshandler 8 verfügt über außermittig und parallel zueinander beanstandete Schienen, bezeichnet als erste Schiene 14 und zweite Schiene 15, die gemeinsam um eine Rotationsachse 16 drehbar gelagert sind. Der Abstand der Schienenlängsachsen 17 des Schienenpaares zueinander entspricht dabei dem Abstand der Achsen der Transportwege 18 des Carriers durch die Ein- und die Ausgabestation. Die Verbindungselemente 5 sind derart gegenüberliegend und versetzt zur Rotationsachse 16 des Doppelrotationshandlers 8 an der Koppelkammer 7 angeordnet, dass jede der Schienenlängsachsen 17 in entsprechender Stellung des Doppelrotationshandlers 8 mit der Achse des Transportweges 19 des Carriers durch die Verbindungselemente übereinstimmt. Somit kann, wie in 2 dargestellt, in entsprechender Phase der Arbeitsstellung des Doppelrotationshandlers 8 das Schienenpaar gleichzeitig an den Transportweg der Ein- und der Ausgabestation 9, 10 (Phase 1, 3) angeschlossen sein sowie mit der ersten Schiene 14 (Phase 2) wie auch mit der zweiten Schiene 15 (Phase 4) die Transportwege beider Verbindungselemente 5 erreicht werden. Die in 2 dargestellten vier Arbeitsstellungen des Doppelrotationshandlers zeigen exemplarisch eine Auswahl von einer Vielzahl möglicher Arbeitsabläufe im Zusammenwirken der Koppelkammer 7 mit der Ein- und Ausgabestation 9, 10 und den Clustern 2. Im Einzelnen zeigt Phase 1 in einer zur Ein- und Ausgabestation 9, 10 korrespondierenden Stellung des Doppelrotationshandlers 8 die Aufnahme eines Carriers 11 mit zu beschichtenden Substraten 12 aus der Eingabestation 9 auf die erste Schiene 14 und gleichzeitige Abgabe eines Carriers 11 mit fertig beschichteten Substraten 12 von der zweiten Schiene 15. In der in Pfeilrichtung um 90° gedrehten Phase 2 des Doppelrotationshandlers 8 wird der Carrier 11 mit den zu beschichtenden Substraten 12 von der ersten Schiene 14 an den Transportweg eines Verbindungselementes 5 zu einem Cluster 2 übergeben und nach nachfolgend ein Carrier 11 mit bereits behandelten Substraten 12 von dem Transportweg des anderen Verbindungselementes 5 auf die erste Schiene 14 übernommen. Bei einer in Pfeilrichtung weiter vollzogenen 90°-Drehung des Doppelrotationshandlers 8 wird Phase 3 erreicht, bei der ein weiterer Carrier 11 mit zu beschichtenden Substraten 12 aus der Eingabestation 9 auf die zweite Schiene 15 aufgenommen und gleichzeitige der Carrier 11 mit den bereits behandelten Substraten 12 von der ersten Schiene 14 in die Ausgabestation 10 übergeben wird. Phase 4 des in der Weise weiter gedrehten Doppelrotationshandlers 8 zeigt die Übergabe des Carriers 11 mit den zu beschichtenden Substraten 12 von der zweiten Schiene 15 auf den Transportweg eines Verbindungselementes 5, wobei in gleicher Stellung nachfolgend ein weiterer Carrier 11 mit bereits behandelten Substraten 12 von einem anderen Verbindungselement 5 auf die zweite Schiene 15 aufgenommen werden kann. Mit dieser Parallelbelegung des Doppelrotationshandlers 8 wird eine deutlich höhere Auslastung der Koppelkammer 7 erreicht und die Gesamttaktzeiten der erfindungsgemäßen Cluster-Beschichtungsanlage 1 wesentlich erhöht. Alle hauptsächlichen Funktionsteile der Cluster-Beschichtungsanlage 1 wie zum Beispiel die einzelnen Prozessstationen 4, die Verbindungselemente 5 zu den Clustern 2 sowie die Ein- und die Ausgabestation 9, 10 sind durch Vakuumabsperrventile 20 abtrennbar gestaltet, so dass in kurzen Umrüstzeiten eine variable Anpassung der Cluster-Beschichtungsanlage 1 an verschiedenen Beschichtungsanforderungen möglich ist und bei Wartungs- und Reparaturbedarf von Funktionsteilen der Cluster-Beschichtungsanlage 1 Anlagenstillstand vermindert oder ganz vermieden werden kann.

1

Cluster-Beschichtungsanlage

2

Cluster

3

Handlerkammer

4

Prozessstation

5

Verbindungselement

6

Rotationshandler

7

Koppelkammer

8

Doppelrotationshandler

9

Eingabestation

10

Ausgabestation

11

Carrier

12

Substrat

13

Ein- und Ausgabeschleuse

14

erste Schiene

15

zweite Schiene

16

Rotationsachse

17

Schienenlängsachse

18

Achse des Transportweges des Carriers durch die Ein-

und die Ausgabestation

19

Achse des Transportweges des Carriers durch das

Verbindungselement

20

Vakuumabsperrventil

Claims (11)

1. Vakuumbeschichtungsanlage mit einer Ein- und einer Ausgabestation und mehreren Prozessstationen, die in einem ersten und einem zweiten Cluster an jeweils einer Handlerkammer angeordnet sind, wobei die Cluster miteinander durch Verbindungselemente und einer Koppelkammer verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und die Ausgabestation (9, 10) an der Koppelkammer (7) angeordnet sind.
2. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelkammer (7) einen Doppelrotationshandler (8) enthält, der ein Paar von parallel zueinander, beabstandet angeordneten Führungselementen aufweist, wobei das Paar von Führungselementen zentrisch um eine Rotationsachse (16) drehbar ist und in mindestens vier Arbeitstellungen mindestens ein Führungselement mit jeweils einem Transportweg der Ein- und der Ausgabestation (9, 10) und der Verbindungselemente (5) korrespondiert.
3. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Paar von Führungselementen aus einer ersten und einer zweiter Schiene (14, 15) besteht.
4. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportwege der Ein- und der Ausgabestation (9, 10) parallel zueinander, im Abstand der Führungselemente angeordnet sind.
5. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und die Ausgabestation (9, 10) in einer Ein- und Ausgabeschleuse (13) angeordnet sind.
6. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Koppelkammer (7) eine Prozessstation (4) und/oder ein Verbindungselement (5) eines dritten Clusters angeschlossen ist, deren Transportwege mit der Arbeitsstellung mindestens eines Führungselementes korrespondieren.
7. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (5) eine Prozessstation (4) enthält.
8. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ein- und/oder der Ausgabestation (9, 10) eine Prozessstation (4) angeordnet ist.
9. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessstation (4) eine Heiz- oder Kühlkammer ist.
10. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Koppelkammer (7) eine zweite Ein- und/oder eine zweite Ausgabestation (9, 10) angeordnet ist.
11. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und die Ausgabestation (9, 10), die Verbindungselemente (5) und die Prozessstationen (4) Vakuum-Absperrventile (20) aufweisen.