DE19700406A1 - Vacuum coating installation operating process - Google Patents

Vacuum coating installation operating process

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DE19700406A1 DE1997100406 DE19700406A DE19700406A1 DE 19700406 A1 DE19700406 A1 DE 19700406A1 DE 1997100406 DE1997100406 DE 1997100406 DE 19700406 A DE19700406 A DE 19700406A DE 19700406 A1 DE19700406 A1 DE 19700406A1
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
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Abstract

A process for operating a vacuum coating installation having several chambers (1-3) employs one high vacuum pumping stage (4-6) for each chamber and a total of two pre-vacuum pumping stages (8, 11) for all the chambers, one pre-vacuum pumping stage (8) being preceded by all the operating high vacuum pumping stages (4, 5). After air admission to a chamber (3), this chamber is initially pumped down with the other pre-vacuum pumping stage (11) while the high vacuum pumping stages (4, 5) of the chambers (1, 2) under high vacuum remain connected to the second pre-vacuum pumping stage (8). After attaining a sufficient reduced pressure in this chamber (3), the inlet of the high vacuum pumping stage (6) of this chamber is connected to the chamber (3) and its outlet is connected to the pre-vacuum pumping stage (8) not used for pumping down. Also claimed is a vacuum coating installation for carrying out the above process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuum-Beschichtungsanlage, welche mehrere, während des Arbeitens unter Hochvakuum stehende Kammern hat, welche nach einer Belüftung zunächst unmittelbar mittels eines Vorvakuum-Pumpstandes abgepumpt und danach mittels eines Hochvakuum-Pumpstandes und eines diesem vorgeschalteten Vorvakuum-Pumpstandes auf Hochvakuum evakuiert werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vakuum-Beschich­ tungsanlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for operating a Vacuum coating system, which several, during the Working under high vacuum chambers, which after ventilation, first immediately using a Pumped fore vacuum pumping station and then by means of a High vacuum pumping station and one upstream of it Forevacuum pumping station can be evacuated to high vacuum. The invention further relates to vacuum coating processing system for performing such a method.

Vakuum-Beschichtungsanlagen werden oftmals als sogenannte "Cluster Tools" ausgebildet und beispielsweise zur Her­ stellung von Active Matrix Liquid Crystal Displays (AMLCD) verwendet. Sie haben mehrere gleiche, als Pro­ zeßkammern ausgebildete Kammern, weil der in ihnen stattfindende Beschichtungsvorgang länger als die anderen erforderlichen Arbeitsgänge dauert, so daß die Kapazität der Gesamtanlage nicht durch die Beschichtungsdauer für ein einzelnes Substrat begrenzt wird. Bei den bekannten Vakuum-Beschichtungsanlagen der vorstehenden Art ist je­ der Kammer ein Hochvakuum-Pumpstand und ein Vorvakuum-Pumpstand zugeordnet. Dadurch wird es möglich, nach einem Belüften einer Kammer diese zunächst mit dem Vorvakuum-Pumpstand abzupumpen und bei Erreichen eines festgelegten Unterdruckes den Hochvakuum-Pumpstand an die Kammer anzu­ schließen und dann seinen Auslaß mit dem Einlaß des Vorvakuum-Pumpstandes zu verbinden. Dadurch wird verhin­ dert, daß die Hochvakuumpumpen des Hochvakuum-Pumpstan­ des am Einlaß oder Auslaß mit Atmosphärendruck beauf­ schlagt werden, was bei solchen als Turbomolekularpumpen ausgebildeten Hochvakuumpumpen ein Anlaufen der Pumpe ausschließen würde.Vacuum coating systems are often called so-called "Cluster Tools" trained and for example for the manufacture provision of Active Matrix Liquid Crystal Displays (AMLCD) used. They have several of the same as a pro zeßkammern trained chambers because of them in them coating process taking longer than the others required operations, so that the capacity of the entire system not due to the coating duration for a single substrate is delimited. With the known Vacuum coating systems of the above type are each the chamber a high-vacuum pumping station and a fore-vacuum pumping station assigned. This makes it possible to look for a Ventilate a chamber first with the fore-vacuum pumping station pump out and when a set one is reached Vacuum the high vacuum pumping station to the chamber close and then its outlet with the inlet of the To connect the fore-vacuum pumping station. This will prevent changes that the high vacuum pumps of the high vacuum pump stand at the inlet or outlet with atmospheric pressure  proposes what is called turbomolecular pumps trained high vacuum pumps starting the pump would rule out.

Problematisch bei den bekannten Vakuum-Beschichtungsanla­ gen der vorstehenden Art ist ihre relativ große Stellflä­ che. Deshalb ist man grundsätzlich bestrebt, die Anlagen so auszubilden, daß sie mit einer möglichst geringen Stellfläche auskommen. Dieser Zielrichtung steht jedoch entgegen, daß bei einer modularen Bauweise für jede Kam­ mer jeweils zwei Pumpstände vorgesehen werden müssen.Problematic with the known vacuum coating system against the above type is their relatively large footprint che. That is why the endeavor is fundamentally the plants to be trained so that they are as low as possible Get on footprint. However, this is the goal contrary to that with a modular design for each cam two pumping stations must be provided.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Vakuum-Beschichtungsanlage der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß mit möglichst geringem baulichen Aufwand und damit Platzbedarf für die Anlage die einzelnen Kammern unabhängig voneinander be­ trieben werden können. Weiterhin soll eine Vakuum-Be­ schichtungsanlage der eingangs genannten Art so ausge­ bildet werden, daß sie trotz modularen Aufbaus einen möglichst geringen Platzbedarf hat.The problem underlying the invention is a method to operate a vacuum coating system at the beginning mentioned type so that with as possible low construction effort and thus space requirements for the Plant the individual chambers independently of each other can be driven. Furthermore, a vacuum loading stratification system of the type mentioned so out forms that they have a modular structure has as little space as possible.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß die Vakuum-Beschichtungsanlage mit jeweils ei­ nem Hochvakuum-Pumpstand für jede Kammer und insgesamt zwei Vorvakuum-Pumpständen für alle Kammern gemeinsam be­ trieben wird, wobei jeweils ein Vorvakuum-Pumpstand allen arbeitenden Hochvakuum-Pumpständen vorgeschaltet wird und nach dem Belüften einer Kammer diese zunächst mit dem an­ deren Vorvakuum-Pumpstand abgepumpt wird, während die Hochvakuum-Pumpstände der unter Hochvakuum stehenden Kam­ mern mit einem Einlaß des zweiten Vorvakuum-Pumpstandes verbunden bleiben, und daß nach dem Erreichen eines aus­ reichenden Unterdrucks in der mit dem Vorvakuum-Pumpstand abgepumpten Kammer der Hochvakuum-Pumpstand dieser Kammer mit der Kammer verbunden und an seinem Auslaß der nicht zum Abpumpen verwendete Vorvakuum-Pumpstand angeschlossen wird.The first-mentioned problem is thereby ge according to the invention triggers that the vacuum coating system with each egg high vacuum pumping station for each chamber and overall two forevacuum pumping stations for all chambers together is driven, each with a backing pumping station upstream working high-vacuum pumping stations and after ventilating a chamber, start with the whose fore-vacuum pumping station is pumped out while the High vacuum pumping stations of the Kam under high vacuum with an inlet of the second forevacuum pumping station stay connected, and that after reaching one out reaching negative pressure in the with the fore-vacuum pumping station pumped chamber the high vacuum pumping station of this chamber connected to the chamber and not at its outlet  Pre-vacuum pumping station used for pumping connected becomes.

Durch diese Verfahrensweise ist es unabhängig von der An­ zahl der zu evakuierenden Kammern möglich, mit insgesamt nur zwei Vorvakuum-Pumpständen zu arbeiten, da der Atmo­ sphärendruck einer belüfteten Kammer nicht dazu führen kann, daß der Unterdruck an den Auslässen der Hochva­ kuum-Pumpstände der unter Hochvakuum stehenden Kammern zusammenbricht oder so weit ansteigt, daß es zu einer Störung des Betriebs der Hochvakuum-Pumpstände kommt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird stets mit einem Vorvakuum-Pumpstand der Dauerbetrieb in den unter Hoch­ vakuum stehenden Kammern ermöglicht, während der andere Vorvakuum-Pumpstand dazu dient, eine beliebige, belüftete Kammer abzupumpen.This procedure makes it independent of the type Number of chambers to be evacuated possible, with a total only two fore-vacuum pumping stations work because of the Atmo spherical pressure of a ventilated chamber does not lead to this can that the negative pressure at the outlets of the Hochva vacuum pumping stations of the chambers under high vacuum collapses or rises so far that it becomes a Disruption of the operation of the high vacuum pumping station comes. According to the method of the invention, a Forevacuum pumping station of continuous operation in the under high allows vacuum standing chambers while the other Forevacuum pumping station serves any, ventilated Pump chamber.

Grundsätzlich könnte man die beiden Vorvakuum-Pumpstände gleich dimensionieren und wechselnd den einen oder ande­ ren Vorvakuum-Pumpstand zum Abpumpen einer belüfteten Kammer oder für den Dauerbetrieb der übrigen Kammern be­ nutzen. Die beiden Vorvakuum-Pumpstände können jedoch für die Aufgabe des Abpumpens und des Dauerbetriebs jeweils optimal gestaltet sein, wenn gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens von den beiden Vorvakuum-Pumpständen einer mit den Auslässen der Hochvakuum-Pumpstände aller unter Hochvakuum stehenden Kammern und der andere unmittelbar mit der jeweils zu evakuierenden, belüfteten Kammer ver­ bunden wird.Basically, you could use the two forevacuum pumping stations dimension the same and change one or the other fore-vacuum pumping station for pumping out a ventilated Chamber or be for the continuous operation of the other chambers use. However, the two fore-vacuum pumping stations can be used for the task of pumping down and continuous operation be optimally designed if according to further training of the process of the two fore-vacuum pumping stations with the outlets of the high vacuum pumping stations all under High vacuum standing chambers and the other immediately ver with the ventilated chamber to be evacuated is bound.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer Vakuum-Beschichtungsanlage zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, welche mehrere, während des Ar­ beitens unter Hochvakuum stehende, voneinander separate Kammern hat, zu deren Evakuierung Hochvakuum-Pumpstände und Vorvakuum-Pumpstände vorgesehen sind, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Kammer einen Hochva­ kuum-Pumpstand und die gesamte Vakuum-Beschichtungsanlage insgesamt zwei Vorvakuum-Pumpstände hat, welche über Leitungen und Ventile wahlweise unmittelbar mit den Kam­ mern oder den Auslässen der Hochvakuum-Pumpstände ver­ bindbar angeordnet sind.The second problem, namely the creation of a Vacuum coating system for carrying out the invent method according to the invention, which several, during the Ar be under high vacuum, separate from each other Chambers, for their evacuation high vacuum pumping stations and fore-vacuum pumping stations are provided according to the  Invention solved in that each chamber a Hochva vacuum pumping station and the entire vacuum coating system has a total of two fore-vacuum pumping stations, which over Lines and valves optionally directly with the cam or the outlets of the high vacuum pumping stations are arranged binding.

Hierdurch läßt sich der Platzbedarf einer modularen An­ lage minimieren, da unabhängig von der Zahl der zu evaku­ ierenden Kammern nur insgesamt zwei Vorvakuum-Pumpstände erforderlich sind. Dennoch können alle Kammern unabhängig voneinander betrieben und belüftet werden.This allows the space requirement of a modular type minimize location, as regardless of the number of evaku only two forevacuum pumping stations required are. Nevertheless, all chambers can be independent operated and ventilated from each other.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist in der Zeichnung ein Schema eines Teilbereiches einer Va­ kuum-Beschichtungsanlage nach der Erfindung dargestellt.The invention allows various embodiments. To further clarify its basic principle, in the drawing is a schematic of a portion of a Va shown vacuum coating system according to the invention.

Die Zeichnung zeigt von einer Vakuum-Beschichtungsanlage drei als Prozeßkammern dienende Kammern 1, 2, 3, in de­ nen beispielsweise jeweils ein Substrat mittels einer Sputterkathode mit einer ITO-Schicht beschichtet werden kann. Bei den Substraten kann es sich zum Beispiel um Active Matrix Liquid Crystal Displays (AMLCD's) handeln, wobei die Anlage als Cluster Tool ausgebildet ist und zu­ sätzlich zu den drei Kammern 1, 2, 3 eine Kassettensta­ tion zum Einschleusen der Substrate, eine Entgasungssta­ tion, eine Kassettenstation zum Ausschleusen und einen in einer Vakuumkammer arbeitenden Substratwechsler haben kann.The drawing shows three chambers 1 , 2 , 3 of a vacuum coating system serving as process chambers, in each of which, for example, a substrate can be coated with an ITO layer by means of a sputtering cathode. The substrates can be, for example, active matrix liquid crystal displays (AMLCDs), the system being designed as a cluster tool and, in addition to the three chambers 1 , 2 , 3, a cassette station for introducing the substrates, a degassing station , a cassette station for ejection and a substrate changer working in a vacuum chamber.

An jede Kammer 1, 2, 3 ist ein Hochvakuum-Pumpstand 4, 5, 6 angeschlossen, welcher beispielsweise eine Turbomoleku­ larpumpe oder mehrere davon aufweist. Solche Pumpen dür­ fen weder eingangsseitig noch ausgangsseitig mit Atmo­ sphärendruck verbunden sein. Ausgangsseitig sind die Hochvakuum-Pumpstände 4, 5 und 6 deshalb über eine Vorva­ kuumlinie 7 mit einem Vorvakuum-Pumpstand 8 verbunden. Im Dauerbetrieb wird daher der erforderliche, hohe Unter­ druck in den Kammern 1, 2, 3 mittels der Hochvakuum-Pump­ stände 4, 5 und 6 und des Vorvakuum-Pumpstandes 8 auf­ rechterhalten.To each chamber 1 , 2 , 3 , a high vacuum pumping station 4 , 5 , 6 is connected, which has, for example, a Turbomoleku lar pump or more thereof. Such pumps must not be connected to atmospheric pressure either on the input side or on the output side. On the output side, the high-vacuum pumping stations 4 , 5 and 6 are therefore connected to a fore-vacuum pumping station 8 via a pre-vacuum line 7 . In continuous operation, the required high vacuum in the chambers 1 , 2 , 3 is maintained by means of the high-vacuum pumping stations 4 , 5 and 6 and the fore-vacuum pumping station 8 .

Wenn eine Kammer 1, 2, 3, beispielsweise die Kammer 3, belüftet wurde und erneut in Betrieb gehen soll, dann wird diese zunächst über eine Leitung 9 und eine Vorvaku­ umlinie 10 mit einem zweiten Vorvakuum-Pumpstand 11 ver­ bunden, wobei ein Ventil 12 in der Leitung 9 offen und ein Ventil 13 in einer Leitung 14 geschlossen ist. Der Druck in der Kammer 3 gelangt deshalb zunächst nicht zu den Auslässen der Hochvakuum-Pumpstände 4, 5 der Kammern 1, 2, so daß diese Hochvakuum-Pumpstände 4, 5 ungestört weiterarbeiten können. Wenn in der Kammer 3 ein festge­ legter Unterdruck erreicht ist, dann schließt man das Ventil 12 und öffnet das Ventil 13, so daß die Kammer 3 dann wie zuvor beschrieben im Dauerbetrieb mit dem Hoch­ vakuum-Pumpstand 6 und dem Vorvakuum-Pumpstand 8 unter Hochvakuum gehalten werden kann.If a chamber 1 , 2 , 3 , for example the chamber 3 , has been ventilated and is to go into operation again, then this is first connected via a line 9 and a fore-vacuum line 10 to a second fore-vacuum pumping station 11 , with a valve 12 in line 9 is open and a valve 13 in line 14 is closed. The pressure in the chamber 3 therefore initially does not reach the outlets of the high-vacuum pumping stations 4 , 5 of the chambers 1 , 2 , so that these high-vacuum pumping stations 4 , 5 can continue to work undisturbed. If a fixed vacuum is reached in the chamber 3 , then the valve 12 is closed and the valve 13 is opened , so that the chamber 3 is then, as described above, in continuous operation with the high vacuum pumping station 6 and the fore-vacuum pumping station 8 under high vacuum can be held.

Die beiden Vorvakuum-Pumpstände 8, 11 weisen vorzugsweise Wälzkolbenpumpen (Rootsgebläse) oder Drehschieberpumpen auf. Sie können unterschiedlich gestaltet sein, so daß sie für ihre jeweilige Aufgabe optimal geeignet sind. An der Vakuumlinie 10 können auch die Kassettenstationen zum Einschleusen und Ausschleusen der Substrate, eine Entga­ sungsstation und die Vakuumkammer des Substratwechslers angeschlossen sein.The two fore-vacuum pumping stations 8 , 11 preferably have Roots pumps (Roots blowers) or rotary vane pumps. They can be designed differently so that they are optimally suited for their respective task. At the vacuum line 10 , the cassette stations for introducing and discharging the substrates, a degassing station and the vacuum chamber of the substrate changer can also be connected.

BezugszeichenlisteReference list

11

Kammer
chamber

22nd

Kammer
chamber

33rd

Kammer
chamber

44th

Hochvakuum-Pumpstand
High vacuum pumping station

55

Hochvakuum-Pumpstand
High vacuum pumping station

66

Hochvakuum-Pumpstand
High vacuum pumping station

77

Vakuumlinie
Vacuum line

88th

Vorvakuum-Pumpstand
Forevacuum pumping station

99

Leitung
management

1010th

Vakuumlinie
Vacuum line

1111

Vorvakuum-Pumpstand
Forevacuum pumping station

1212th

Ventil
Valve

1313

Ventil
Valve

1414

Leitung
management

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben einer Vakuum-Beschichtungsan­ lage, welche mehrere, während des Arbeitens unter Hochva­ kuum stehende Kammern hat, welche nach einer Belüftung zunächst unmittelbar mittels eines Vorvakuum-Pumpstandes vorevakuiert und danach mittels eines Hochvakuum-Pump­ standes und eines diesem vorgeschalteten Vorvakuum-Pump­ standes auf Hochvakuum evakuiert werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vakuum-Beschichtungsanlage mit jeweils einem Hochvakuum-Pumpstand für jede Kammer und insgesamt zwei Vorvakuum-Pumpständen für alle Kammern gemeinsam betrieben wird, wobei jeweils ein Vorvakuum-Pumpstand allen arbeitenden Hochvakuum-Pumpständen vorgeschaltet wird und nach dem Belüften einer Kammer diese zunächst mit dem anderen Vorvakuum-Pumpstand abgepumpt wird, während die Hochvakuum-Pumpstände der unter Hochvakuum stehenden Kammern mit einem Einlaß des zweiten Vor­ vakuum-Pumpstandes verbunden bleiben, und daß nach dem Erreichen eines ausreichenden Unterdrucks in der mit dem Vorvakuum-Pumpstand abgepumpten Kammer der Hochvakuum-Pumpstand dieser Kammer mit der Kammer verbunden und an seinem Auslaß der nicht zum Abpumpen verwendete Vorva­ kuum-Pumpstand angeschlossen wird.1. Method for operating a vacuum coating system which has a plurality of chambers which are under high vacuum while working, which is first pre-evacuated immediately after ventilation by means of a fore-vacuum pumping station and then by means of a high-vacuum pumping station and a fore-vacuum connected upstream thereof Pump booths are evacuated to high vacuum, characterized in that the vacuum coating system is operated together with one high vacuum pumping station for each chamber and a total of two fore vacuum pumping stations for all chambers, one forevacuum pumping station being connected upstream of all working high vacuum pumping stations is and after venting a chamber, this is first pumped off with the other fore-vacuum pumping station, while the high-vacuum pumping stations of the chambers under high vacuum remain connected to an inlet of the second fore-vacuum pumping station, and that after reaching a sufficient negative pressure in the with the forevacuum pumping station pumped chamber, the high vacuum pumping station of this chamber is connected to the chamber and the forevacuum pumping station not used for pumping is connected to its outlet. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Vorvakuum-Pumpständen einer mit den Auslässen der Hochvakuum-Pumpstände aller unter Hochva­ kuum stehenden Kammern und der andere unmittelbar mit der jeweils zu evakuierenden, belüfteten Kammer verbunden wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that one of the two fore-vacuum pumping stations with the Outlets of the high vacuum pumping stations of all under Hochva vacuum standing chambers and the other directly with the each connected to the evacuated, ventilated chamber becomes. 3. Vakuum-Beschichtungsanlage zur Durchführung des Ver­ fahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, welche mehrere, während des Arbeitens unter Hochvakuum stehende, vonein­ ander separate Kammern hat, zu deren Evakuierung Hochva­ kuum-Pumpstände und Vorvakuum-Pumpstände vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer (1, 2, 3) einen Hochvakuum-Pumpstand (4, 5, 6) und die gesamte Vakuum-Be­ schichtungsanlage insgesamt zwei Vorvakuum-Pumpstände (8, 11) hat, welche über Leitungen (9, 14, 7, 10) und Ventile (12, 13) wahlweise unmittelbar mit den Kammern (1, 2, 3) oder den Auslässen der Hochvakuum-Pumpstände (4, 5, 6) verbindbar angeordnet sind.3. Vacuum coating system for carrying out the method according to claims 1 or 2, which has a plurality of separate chambers, which are under high vacuum while working, for the evacuation of which high-vacuum pumping stations and fore-vacuum pumping stations are provided, characterized in that that each chamber ( 1 , 2 , 3 ) has a high-vacuum pumping station ( 4 , 5 , 6 ) and the entire vacuum coating system has a total of two forevacuum pumping stations ( 8 , 11 ) which are connected via lines ( 9 , 14 , 7 , 10 ) and valves ( 12 , 13 ) are optionally connected directly to the chambers ( 1 , 2 , 3 ) or the outlets of the high vacuum pumping stations ( 4 , 5 , 6 ).
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