DE19743800C1

DE19743800C1 - Vakuumbeschichtungsanlage im Durchlaufbetrieb

Info

Publication number: DE19743800C1
Application number: DE1997143800
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl Ing Helling; Hans-Jochen Dipl Ing Student; Hans-Juergen Dipl Ing Heinrich
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2017-10-03

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumbeschichtungsanlage im Durchlaufbetrieb, mit hintereinander angeordneten Vakuumkam mern, durch die zu beschichtende Substrate mittels eines Trä gers bewegbar und in Arbeitspositionen fahrbar sind. Dabei ist der Träger mit Medienanschlüssen und damit verbundenen Medien leitungen versehen, an die eine Medienanschlußkupplung eines Andocksystems zur Verbindung mit externen Medienversorgungen anschließbar ist.

Es ist bekannt, in Vakuumanlagen zu beschichtende Substrate auf einem Träger anzuordnen und diesen durch die Anlage über Schleusensysteme ein- und aus zubringen und dabei je nach dem Prozeß durch mehrere Vakuumkammern, die durch Ventile vonein ander getrennt sind, zu bewegen. Da es erforderlich ist, die Substrate zu kühlen, muß dem Träger das Kühlwasser zu- und abgeführt werden.

Bei diskontinuierlich arbeitenden Anlagen erfolgt die Zufüh rung des Kühlwassers zu dem Träger mittels einer am Träger angeordneten Schubstange, die zugleich die Kühlwasserführung übernimmt. Diese Ausführung hat den Nachteil, daß die Schub stange, die über eine Vakuumdurchführung nach außen geführt ist, welches das Abschließen der durchfahrenen Kammern durch die Ventile verhindert. Der jeweiligen Arbeitsposition vor- und nachgeschaltete Arbeitspositionen bleiben außerdem solange blockiert, wie sich der Träger noch in einer Arbeitsposition befindet.

Aus der deutschen Patentschrift 195 37 092 C1 ist eine Elek tronenstrahlbedampfungsanlage im Durchlaufbetrieb für ther misch hochbelastete Substrate bekannt. Diese Bedampfungsanlage besteht aus mehreren Kammern, wie Schleusenkammer, Heizkammer und Bedampfungskammer. Auch hier ist eine Substrattransport einrichtung vorgesehen. Die Kammern sind in Transportrichtung des Substrats mittels einer Trennwand in zwei Teilkammern längs geteilt. Diese Trennwand weist einen Schlitz auf, durch den eine Substrathalterung zur Aufnahme der Substrate auf der einen Seite der Trennwand ragt. Auf der anderen Seite der Trennwand ist die Substrathalterung mit einem längsverfahr barem Transportwagen verbunden. Substrathalterung und Transportwagen bilden zusammen die Substrattransportvorrich tung.

Notwendige Heizelemente und die Bedampfungsstation dieser Elektronenstrahlbedampfungsanlage sind in dem Teil der jewei ligen Kammer angeordnet, der von den Substraten durchlaufen wird. Der Transportwagen hingegen wird in dem anderen ther misch nur wenig belasteten Teil der jeweiligen Kammer bewegt. Dort sind auch die Transporteinrichtungen für den Transportwa gen angeordnet.

Der Transportwagen weist einen oder mehrere Kühlkreise auf, die mittels eines leckfreien Andocksystems in Heiz- und Be schichtungskammern sowie in der Ausgabeschleuse an den jewei ligen Arbeitspositionen mit äußeren Kreisläufen koppelbar sind. Darüberhinaus ist die Substrathalterung mit einem An trieb für Rotations- und Schwenkbewegungen der Substrate ver sehen, der hydraulisch arbeitet. Die Hydraulikkreisläufe wer den in den jeweiligen Arbeitspositionen des Transportwagens ebenfalls über ein leckfreies Andocksystem angekoppelt. Es ist auch möglich, daß über dieses Andocksystem Elektroenergie übertragen wird.

Durch diese Lösung wird eine kontinuierliche Arbeit ermöglicht und insbesondere der einem Substrattransport mittels Schub stange anhaftende Mangel beseitigt. Nachteilig ist allerdings, daß auch bei einem leckfreien Andocksystem stets eine Restmen ge der Medien freigesetzt wird. Dies kann beispielsweise da durch geschehen, daß das Andocksystem selbst zwar leckfrei ist, aber nach Auftrennung der Medienverbindung die Oberfläche der Kupplungselemente noch mit Flüssigkeit benetzt ist.

Durch das Freisetzen der Medienrestmengen, insbesondere Rest mengen von Wasser, ist diese Technik in Vakuumanlagen, wo insbesondere Wasserdampf den Prozeßablauf erheblich stört, nicht anwendbar. Absolut trockene Kupplungen für Flüssigkeiten sind nicht bekannt.

Somit ist es Aufgabe der Erfindung, während einer kontinuier lichen Prozeßdurchführung in Vakuumbeschichtungsanlagen ein flüssiges, gas- oder granulatförmiges Medium oder mehrere dieser Medien von der Atmosphäre in eine Vakuumkammer zu über tragen, wobei nach der Übertragung Prozeßkontaminationen ver mieden werden sollen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einer Arbeitsposition eine erste Zwischenkammer angeordnet ist, die eine Außenwand einer der Arbeitsposition entsprechen den Vakuumkammer durchdringt. Innerhalb der Vakuumkammern ist eine zweite Zwischenkammer zusammen mit dem Träger längs be wegbar angeordnet. Die Medienanschlüsse sind innerhalb der zweiten Zwischenkammer angeordnet.

Die erste und die zweite Zwischenkammer sind gegenüber der Vakuumkammer vakuumdicht verschließbar, wobei Durchtrittsöff nungen der Zwischenkammern in der Arbeitsposition einander gegenüberstehend angeordnet sind. Die erste und/oder die zwei te Zwischenkammer sind in der Arbeitsposition relativ zuein ander bewegbar ausgeführt. Auf den Seiten der Zwischenkammern, die in der Arbeitsposition aufeinanderzu weisen, sind die Zwischenkammern mit Dichtungsmitteln versehen. Diese Dich tungsmittel sind die Durchtrittsöffnungen gegenüber der Vaku umkammer unter gegenseitiger Wirkung vakummdichtend ausge führt. In der Arbeitsposition ist die Medienanschlußkupplung und/oder sind die Medienanschlüsse durch die geöffneten Durch trittsöffnungen hindurch relativ zueinander bewegbar ausge führt.

Zusammen mit dem Träger wird die zweite Zwischenkammer in der Vakuumkammer längs bewegt. In einer Arbeitsposition steht die zweite Zwischenkammer der ersten Zwischenkammer gegenüber. Insbesondere stehen sich dabei die Durchtrittsöffnungen gegen über. Durch die Relativbewegung, daß heißt entweder einer Bewegung der ersten Zwischenkammer in Richtung zur zweiten Zwischenkammer oder umgekehrt oder eine Bewegung beider Zwi schenkammern aufeinander zu, berühren sich beide Kammern. Dabei werden die Durchtrittsöffnungen durch die Dichtungs mittel zur Vakuumkammer hin gedichtet, obwohl die Durch trittsöffnungen zunächst noch geschlossen sind. Ist die Berüh rung beider Kammern hergestellt, so können beide Durchtritts öffnungen geöffnet werden. Nach dem Öffnen der Durchtrittsöff nungen wird entweder die Medienanschlußkupplung oder es werden die Medienanschlüsse oder beide Teile aufeinanderzu bewegt. Dabei tritt entweder die Medienanschlußkupplung oder es treten die Medienanschlüsse durch die geöffneten Durchtrittsöffnungen hindurch in die jeweils andere Zwischenkammer. Somit kann eine Verbindung zwischen der Medienanschlußkupplung und den Medien anschlüssen erfolgen und der Träger mit Medien oder mit Elek troenergie versorgt werden. Insbesondere kann damit der Kühl kreislauf innerhalb des Trägers mit Kühlwasser versorgt wer den. Beide Kammern können unter atmosphärischem Druck stehen, da sie zu den Vakuumkammern hin abgedichtet sind. Folglich erfolgt die Medienversorgung über die Medienkupplung und die Medienanschlüsse unter atmosphärischem Druck.

Nach Beendigung der Arbeit in der Arbeitsposition wird die Medienanschlußkupplung wieder von den Medienanschlüssen ge trennt. Dabei ist es unerheblich, ob an der Medienanschluß kupplung noch Restmengen des Mediums verbleiben oder nicht, da nach dem Trennen beide Durchtrittsöffnungen in den Zwischen kammern wieder geschlossen werden und die Zwischenkammern voneinander gelöst werden. Eventuell verbleibende Restmengen an Medium, an der Medienanschlußkupplung oder an den Medien anschlüssen haben keinen störenden Einfluß auf die Prozeß durchführung, da sie in den nunmehr von der Vakuumkammer ge trennten Zwischenkammern verbleiben.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste Zwischenkammer in der Außenwand quer zur Bewegungsrich tung des Transportwagens vakuumdicht bewegbar ist. Da die erste Zwischenkammer auf ihrer der Vakuumkammer abgewandten Seite vollständig belüftet sein kann, bietet sich diese Ausge staltung an, da in Normalatmosphäre der Bewegungsmechanismus für die Relativbewegung, das heißt in diesem Falle für die Bewegung der ersten Zwischenkammer, angeordnet sein kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die zweite Zwischenkammer dadurch gebildet wird, daß der Träger unter Bildung der zweiten Zwischenkammer hohl ausge bildet ist. Durch diese Ausgestaltung werden zusätzliche Bau teile vermieden. Insbesondere ist diese Ausgestaltung vorteil haft, da innerhalb des Trägers die Medienleitungen in der Regel ohnehin geführt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an einer Seite einer Durchtrittsöffnung eine Verschlußplatte verschieb bar gelagert. Die Verschlußplatte weist eine die Durchtritts öffnung überdeckende Dichtfläche auf. Dabei ist der die Durch trittsöffnung überragende Rand der Dichtfläche mit geeigneten Dichtungsmitteln versehen. Ein Schließen dieser Durch trittsöffnung geschieht durch Verschieben der Verschlußplatte vor die Durchtrittsöffnung.

Zur Verbesserung der Dichtwirkung der Verschlußplatte ist es zweckmäßig, diese an der Innenseite der jeweils ersten oder zweiten Zwischenkammer anzuordnen. Da der Druck in den Zwi schenkammern regelmäßig höher ist als in der Vakuumkammer, wird diese Druckdifferenz eine Schließkraft auf die Verschluß platte ausüben, so daß diese vakuumdicht schließt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine ventil gesteuerte Vakuumleitung vorgesehen, die in einer Öffnung mündet. Dabei ist die Öffnung in den Seiten der Zwischenkam mern, die in der Arbeitsposition aufeinanderzu weisen, zwi schen der Durchtrittsöffnung und den Dichtungsmitteln einge bracht.

Wenn sich beide Kammern aufeinanderzu bewegen und infolge dessen dichtend berühren, wird in praxi zwischen beiden Zwi schenkammern ein Abstand verbleiben, der beispielsweise allei ne durch die Dicke von Ringdichtungen, sofern diese verwendet werden, bedingt ist. Der durch den Abstand hervorgerufene Zwischenraum wird während des Andockvorgangs beim Öffnen der Durchtrittsöffnungen mit belüftet. Würden die beiden Zwischen kammern anschließend wieder voneinander gelöst, würde das darin befindliche Volumen in die Vakuumkammer einströmen und somit das Vakuum belasten. Um dies zu verhindern, wird über die ventilgesteuerte Vakuumleitung vor dem Auseinanderbewegen der beiden Zwischenkammern der Zwischenraum evakuiert.

Es ist zweckmäßig, die ventilgesteuerte Vakuumleitung dadurch auszuführen, daß sie aus einem durch die erste Zwischenkammer hindurchgeführten Rohr besteht.

In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Dichtungsmittel aus einer Ringdichtung in der ersten oder zweiten Zwischenkammer und einer Dichtfläche an der je weils anderen Zwischenkammer bestehen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist ein Teil einer Vakuumbeschichtungsanlage im Schnitt dar gestellt.

Zwei Vakuumkammern 1; 1' sind über ein Ventil 2' derart verbun den, daß ein Träger 3 durch diese bewegt werden kann. Die Vakuumkammer 1 ist als Schleusenkammer ausgeführt. Vor der Schleusenkammer 1, die auch als Heizkammer zum Aufheizen der Substrate durch Heizer 22 dienen kann, ist ein Ventil 2 zum Einbringen des Trägers 3 angeordnet. An die Vakuumkammer 1' schließt sich über ein Ventil 2' eine weitere nicht näher dargestellte Vakuum- oder Schleusenkammer an. Der Träger 3 ist als vakuumdicht geschlossener Kasten ausgebildet, in dem Atmo sphärendruck herrscht.

Jede Vakuumkammer 1 hat folgenden Aufbau:
In die Vakuumkammern 1; 1' ragt eine erste Zwischenkammer 4, die mittels einer vakuumdichten Schiebedurchführung 5 in Rich tung x zum Träger 3 bewegbar ist. Auf der dem Träger zugewand ten Seite ist eine Verschlußplatte 6 angeordnet, die eine Durchtrittsöffnung 7 vakuumdicht verschließt. In der ersten Zwischenkammer 4 ist zentrisch zu der Durchtrittsöffnung 7 eine dazu axial bewegliche Medienanschlußkupplung 8 an geordnet. Die Medienanschlußkupplung 8 dient der Übergabe der Medien und von Elektroenergie. In der ersten Zwischenkammer 4 ist weiterhin ein Rohr 9 angeordnet, welches durch die Wand der ersten Zwischenkammer 4 auf der dem Träger 3 zugewandten Seite führt und bündig mit der Seite abschließt. In seinem Verlauf ist das Rohr 9 mittels eines Ventils 10 verschlossen und an eine nicht näher dargestellte Vakuumpumpe und ein nicht näher dargestelltes Belüftungsventil angeschlossen. An dem Träger 3, der durch die Vakuumkammern 1; 1' auf Rollen 12 fahr bar ist, sind Halterungen 13 für die Aufnahme von zu beschich tenden Substraten 14 angeordnet. Ein Heizer 22, innerhalb der Vakuumkammer 1, dient dem Vorheizen der Substrate 14. In der Vakuumkammer 1' sind Verdampfer 15 zur Beschichtung der Sub strate 14 angeordnet.

In dem hohlen Träger 3 ist eine Durchtrittsöffnung 16 einge bracht, die in der dargestellten Arbeitsposition deckungs gleich mit der Durchtrittsöffnung 7 in der ersten Zwischenkam mer 4 ist. Diese Durchtrittsöffnung 16 ist mit einer Ver schlußplatte 17 vakuumdicht verschließbar. Zentrisch zu der Durchtrittsöffnung 16 und in der dargestellten Arbeitsposition auch zentrisch zu der Durchtrittsöffnung 7 ist ein Medien anschlußstück 18 angeordnet, so daß sich bei geöffneten Verschlußplatten 6 und 16 die Medienanschlußkupplung 8 mit dem Medienanschlußstück 18 verbinden läßt, um die Medien zu überge ben.

Am Träger 3 sind Dichtungen 19 angeordnet, um die Durchtritts öffnungen 7 und 16 im angedockten Zustand gegenüber der Vaku umkammer 1 und 1' vakuumdicht zu verschließen. Diese als Ring dichtung ausgebildete Dichtung 19 nutzt die der ersten Zwi schenkammer zugewandte Seite des Trägers 3 als Dichtfläche.

Die Dicke der Dichtung 19 bewirkt, daß ein Zwischenraum 21 gebildet wird. Dieser ist bei geschlossenen Verschlußplatten 6 und 17 vakuumdicht.

Die Arbeitsweise der Einrichtung ist folgende:
Der Träger 3 wird außerhalb der Anlage bestückt. Auf den ro tierbaren Halterungen 13 sind die Substrate 14 angeordnet. Durch das Ventil 2 wird der außerhalb der Anlage bestückte Träger 3 in y-Richtung in die Schleusenkammer 1 auf Rollen 12 eingefahren. Das Ventil 2' ist dabei geschlossen. Nach dem Einschleusen wird die Schleusenkammer 1 evakuiert und das Ventil 2' geöffnet. Nach dem Evakuieren der Schleusenkammer 1 werden dort die Substrate mittels der Heizer 22 vorgeheizt. Das Vorheizen geschieht im Vakuum, um Oxidationsprozesse an den Substraten zu vermeiden. Hierbei ist bereits eine Kühlung erforderlich, wozu dem Träger 3 Kühlwasser zuzuführen ist. Zur Herstellung der Kühlwasserverbindung wird die erste Zwischen kammer 4 wird bei geschlossener Verschlußplatte 6 auf den Träger 3, dessen Durchtrittsöffnung 16 durch die Ver schlußplatte 17 verschlossen ist, aufgesetzt. Danach wird der Zwischenraum 21 durch das Rohr 9 und das Ventil 10 belüftet. Die Verschlußplatten 6 und 17 werden geöffnet und die Medien anschlußkupplung 8 wird in x-Richtung bewegt und stellt die Verbindung mit dem Medienanschlußstück 18 her, um das für die Kühlung der Halterungen 13 erforderliche Kühlwasser zu- und abzuführen. Ebenso wird die Elektroenergie zugeführt, die zur Rotation der Halterungen 13 erforderlich ist.

In dem Zwischenraum 21 zwischen der ersten Zwischenkammer 4 und dem Träger 3 herrscht bei geöffnetem Ventil 10 atmosphäri scher Druck, wie auch im Träger 3.

Nach dem Vorheizen in der Schleusenkammer 1 fährt der Träger 3 in die Vakuumkammer 1'.

In der Arbeitsposition in der Vakuumkammer 1' findet die Be schichtung mittels der Verdampfer 15 statt. Hierbei erfolgt der Medienanschluß in der dargestellten Art und Weise.

Nach Beendigung des Beschichtungsprozesses wird die Medien anschlußkupplung 8 hochgefahren und die Verschlußplatten 6 und 17 werden geschlossen. Der Zwischenraum 21 wird über das Rohr 9 auf den in der Vakuumkammer 1' herrschenden Arbeitsdruck evakuiert und das Ventil 10 wird geschlossen. Nun kann die erste Zwischenkammer 4 entgegen der x-Richtung angehoben wer den. Danach kann der Träger 3 durch das Ventil 2' in y-Rich tung in die nächste nicht näher dargestellte Vakuumkammer gefahren oder ausgeschleust werden.

Bezugszeichenliste

1

Vakuumkammer, Schleusenkammer

1

' Vakuumkammer

2

Ventil

2

' Ventil

2

'' Ventil

3

Träger zugleich zweite Zwischenkammer

4

erste Zwischenkammer

5

Schiebedurchführung

6

Verschlußplatte

7

Durchtrittsöffnung

8

Medienanschlußkupplung

9

Rohr

10

Ventil

12

Rolle

13

Halterung

14

Substrat

15

Verdampfer

16

Durchtrittsöffnung

17

Verschlußplatte

18

Medienanschlußstück

19

Dichtung

21

Zwischenraum

22

Heizer
x Bewegungsrichtung
y Bewegungsrichtung

Claims

1. Vakuumbeschichtungsanlage im Durchlaufbetrieb mit hinter einander angeordneten Vakuumkammern, durch die zu beschichten den Substrate mittels eines Trägers bewegbar und in Arbeits positionen fahrbar sind, wobei der Träger mit Medienanschlüs sen und damit verbundenen Medienleitungen versehen ist, an die eine Medienanschlußkupplung eines Andocksystems zur Verbindung mit externen Medienversorgungen anschließbar ist, da durch gekennzeichnet,
daß an einer Arbeitsposition eine erste Zwischenkammer (4) eine Außenwand einer der Arbeitsposition entsprechenden Vaku umkammer (1, 1') durchdringend angeordnet ist,
daß eine zweite Zwischenkammer (3) innerhalb der Vakuumkammern (1, 1') zusammen mit dem Träger (3) längs bewegbar angeordnet ist, innerhalb der die Medienanschlüsse (18) angeordnet sind,
daß die erste Zwischenkammer (4) und die zweite Zwischenkammer (3) vakuumdicht verschließbar sind, wobei Durch trittsöffnungen (7; 16) der Zwischenkammern (3; 4) in der Ar beitsposition einander gegenüberstehend angeordnet sind,
daß in der Arbeitsposition die erste (4) und/oder die zweite Zwischenkammer (3) relativ zueinander bewegbar ausgeführt sind,
daß die Zwischenkammern (3; 4) auf den Seiten, die in der Ar beitsposition aufeinander zu weisen mit die Durch trittsöffnungen (7; 16) gegenüber der Vakuumkammer (1; 1') unter gegenseitiger Wirkung vakuumdichtenden Dichtungsmitteln (19) versehen sind,
daß in der Arbeitsposition die Medienanschlußkupplung (8) und/oder die Medienanschlüsse (18) durch die geöffneten Durch trittsöffnungen (7; 16) hindurch relativ zueinander bewegbar ausgeführt sind.

2. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zwischenkammer (4) in der Außenwand quer zur Bewegungsrichtung (y) des Trägers (3) vakuumdicht bewegbar ist.

3. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die zweite Zwi schenkammer dadurch gebildet wird, daß der Träger (3) unter Bildung der zweiten Zwischenkammer hohl ausgebildet ist.

4. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite der Durchtrittsöffnung (7; 16) eine Verschlußplatte (6; 17) verschiebbar gelagert ist, die eine die Durchtrittsöff nung (7; 16) überdeckende Dichtfläche aufweist.

5. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußplatte (6; 17) an einer Innenseite der jeweils ersten (4) oder zweiten Zwischen kammer (3) verschiebbar gelagert ist.

6. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine ventil gesteuerte Vakuumleitung (9) vorgesehen ist, die in einer Öffnung mündet, die in den Seiten der Zwischenkammern (3; 4), die in der Arbeitsposition aufeinanderzu weisen, zwischen der Durchtrittsöffnung (7; 16) und den Dichtungsmitteln (19) einge bracht ist.

7. Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumleitung aus einem durch die erste Zwischenkammer (4) hindurchgeführten Rohr (9) besteht.

8. Vakuumbeschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dich tungsmittel aus einer Ringdichtung (19) in der ersten (4) oder zweiten Zwischenkammer (3) mit einer Dichtfläche an der je weils anderen Zwischenkammer bestehen.