DE19808163C1 - Schleusensystem für die Überführungskammer einer Vakuumbeschichtungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schleusensystem für die Überfüh­ rungskammer einer Vakuumbeschichtungsanlage für den Transport ebener, großflächiger Substrate bzw. Substratlose zwischen einer unstetig arbeitenden in der Regel mittels Ventil abge­ grenzten Schleusenkammer und einer kontinuierlich arbeitenden Prozeßkammer mit geringerem Arbeitsdruck. Dieses Schleusen­ system besteht aus Behälter, Transportsystem, angeschlossenem Vakuumerzeuger sowie das Kammervolumen in Puffersektionen unterteilenden Einbauten.

Hierdurch werden bei einer Vakuumbeschichtungsanlage Einzel­ substrate bzw. Substratlose über das abgestufte, durch Ventile getrennte Schleusensystem von Atmosphäre beginnend dem Prozeß­ bereich der Vakuumbeschichtungsanlage zugeführt und anschließend wieder ausgeschleust.

Im einzelnen beschreibt die Erfindung ein optimiertes Schleu­ sensystem für Beschichtungsanlagen mit Taktzeiten < 75 s für großflächige, ebene Substrate bzw. Substratlose, vorzugsweise in den Abmessungen 6,00 m × 3,21 m.

Es ist beispielsweise aus der US 3 925 182 bekannt, daß der dem Beschichtungsteil der Vakuumanlage beidseitig angeglieder­ te Schleusenbereich meist aus Vorschleuse, Hauptschleuse und Überführungskammer besteht. In der eingangsseitigen Vorschleu­ se wird nach Einschleusen des Substrates und Schließen der Ventile von Atmosphäre beginnend mittels Drehschieber- oder ähnlichen und/oder Wälzkolbenpumpen gepumpt. Üblicherweise werden bei Anlagen mit Taktzeiten < 75 s u. a. gasgekühlte Wälzkolbenpumpen eingesetzt. Der geförderte hohe Gasstrom verlangt in der Regel eine durch ein Ventil zyklisch absperr­ bare Bypassleitung für die ausgangsseitig folgende Drehschie­ berpumpe.

Bei Erreichen des Druckes P_v in der Vorschleuse wird das Ven­ til zur Hauptschleuse geöffnet, auf Grund des Druckausgleiches zwischen diesen beiden Kammern stellt sich ein Überführungs­ druck Püi ein; das Substrat wird in die Hauptschleuse über­ führt.

Die Hauptschleuse wird in der Regel kontinuierlich mittels mehrstufigen Wälzkolbenpumpen und vorgeschalteter Drehschie­ berpumpe evakuiert. Nach Erreichen des Druckes p_H in der Hauptschleuse wird das Ventil zur Überführungskammer geöffnet und das Substrat zur Überführungskammer überführt. Dabei stellt sich der Überführungsdruck p_Ü2 < p_H ein.

Die EP 0 018 690 A1 beschreibt ein Schleusensystem zur Druck­ anpassung zwischen Überführungs- und Beschichtungskammer. Die Überführungskammer hat im wesentlichen zwei Funktionen zu erfüllen:

• - Transformation der diskontinuierlichen zur kontinuierli­ chen Substratbewegung (eingangsseitig) und umgekehrt (aus­ gangsseitig)
• - Herstellen eines Gradienten zwischen dem Druck p_B im Be­ schichtungsteil und dem Überführungsdruck p_Ü2 bzw. dem eingangsseitigen Druck in der Überführungskammer.

Die Überführungskammer wird meist in durch Leitblenden ge­ trennte und mit Hochvakuumpumpen ausgerüstete zwei bis drei Bereiche unterteilt. In den jeweiligen Bereichen werden nur unwesentliche Druckabstufungen erzielt.

Aus der DE 43 03 462 C2 ist eine Mehrkammer-Vakuumbeschich­ tungsanlage für Flachglas mit verstellbarer Querschnittsöff­ nung zwischen den Beschichtungskammern bekannt, indem entweder das Schleusenoberteil oder das Schleusenunterteil samt Trans­ portsystem zur Anpassung der Schlitzöffnung und zur Verhin­ derung des Gastransfers zwischen den Kammern verstellt wird.

Die beispielsweise in der DE 43 03 462 dargestellten üblicher­ weise verwendeten Leitblenden sind auf der Substratunterseite zwischen dem Substrattransportsystem angeordnete, zum Substrat parallele und in geringem Abstand zur Substratunterkante be­ findliche flächenförmige Gebilde mit Dichtung zum Behälterbo­ den und auf der Substratoberseite quaderförmige, überlicher­ weise nach oben offene durchbiegungssteife Gebilde mit ebener Unterseite mit minimalem Abstand zur Substratoberkante.

Ziel der Druckabstufung über die Vor-, Hauptschleuse und Über­ führungskammer ist ein vom Zykluszustand unabhängiger kon­ stanter Druck p_B im Prozeßbereich der Anlage. Durch den Schleusungsvorgang des Substrates zwischen beiden Kammern steigt der Druck p_T1 sprunghaft an. Durch die Geometrie der folgenden Leitblende und dem Druckgefälle p_T1 - p_T2 bedingt, ergibt sich ein Gasstrom durch die Leitblende, der sich in einer z. T. zeitlich verzögerten und in der Intensität abge­ schwächten Druckerhöhung Δ p_T2 äußert. Diese Druckerhöhung ist neben dem Gasstrom durch die Leitblende von der an dieser Sektion installierten Saugleistung und dem Volumen der Sektion abhängig.

Die Dimensionierung der Saugleistung an den Sektionen muß häufig anhand der kurzzeitig auftretenden Maximalwerte von Δp_T2... Δp_Tn vorgenommen werden; für die kumulativ während der Taktzeit anfallende Gaslast in den Sektionen ist die Saug­ leistung überdimensioniert. Die Dimensionierung der in Vor- und Hauptschleusen installierten Saugleistung richtet sich nach den maximal tolerierbaren Überführungsdrücken p_Ü1 und p_Ü2. Niedrige Überführungsdrücke p_Ü1 und p_Ü2 zwingen zu kosteninten­ siven Pumpenkombinationen u. a. der gasgekühlten Wälzkolbenpum­ pe an der Hauptschleuse.

Ziel der Entwicklung muß eine Steigerung der Überführungs­ drücke p_Ü1 und P_Ü2 sein, um den Einfluß auf die Schwankungen des Arbeitsdruckes in den Prozeßkammern < 10% zu gewährleisten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Überführungs­ bereich zwischen Schleusenkammer und Prozeßkammer so zu ge­ stalten, daß eine hohe Druckentkopplung möglich wird und damit die prozeßbedingten periodischen Druckschwankungen sich nicht auf das Vakuum im Prozeßkammerbereich auswirken. Die spezielle Ausgestaltung des Überführungsbereiches soll einen Druck im Bereich der sich anschließenden Schleusenkammern zwischen 5 × 10^-2 mbar und 1 × 10^-3 mbar zulassen und dabei nur zu unbedeu­ tenden Druckveränderungen (< 10%) an die jeweils sich an­ schließenden Sektionen des Beschichtungsbereiches führen. Darüber hinaus soll durch die konstruktive Lösung des Überfüh­ rungsbereiches eine weitgehende Druckentkopplung des Prozeß­ bereiches von den Schleusenkammern bewirkt werden, um damit die sonst üblicherweise durch variierende Substratanordnungen und Substratgrößen sowie variierende Substratlücken des zu transportierenden Gutes zustande kommenden Druck- bzw. Vakuum­ veränderungen zu unterdrücken.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Kammervolumen des Überführungsbereiches in mehrere Sektionen derart unterteilt wird, daß

• - die Puffersektionen jeweils mit Hochvakuumpumpen verbunden sind,
• - das Volumen der einzelnen Puffersektionen so groß wie möglich ausgestaltet wird, wobei das Gesamtvolumen aller Puffersektionen nahezu dem ursprünglichen Kammervolumen entspricht,
• - die einzelnen Puffersektionen bis auf Saugöffnungen in Richtung der Substrattransportebene in sich geschlossene vakuumdichte Konstruktionen sind,
• - die konstruktive Ausgestaltung der Begrenzungswand zur Substrattransportebene zu einem hohen Strömungswiderstand im Transportkanal führt,
• - und der Spalt an der Begrenzungswand zur Substrattrans­ portebene mindestens den zehnfachen Strömungsleitwert gegenüber dem Spalt für den Substrattransport besitzt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Lösung liegt in der Reali­ sierung von nahezu gleichgestalteten Puffersektionen innerhalb der Überführungskammer.

Eine spezielle Ausführung liegt außerdem darin, daß einzelne Puffersektionen ohne eigene Hochvakuumpumpen mit über die Nachbarsektionen evakuiert werden. Darüber hinausgehend können in den einzelnen Puffersektionen Kryopumpen bzw. selektiv wasserdampfpumpende Kühlflächen installiert sein. Außerdem ist es vorteilhaft, die Saugöffnung zur Substrattransportebene im vorderen Drittel der Puffersektion anzuordnen.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist das Schleusensystem für Be­ schichtungsanlagen schematisch dargestellt. In einer Überfüh­ rungskammer (1) befinden sich ein Transportsystem (9), beste­ hend aus mittels Zahnriemen angetriebenen Rollen. Angrenzend an die Überführungskammer (1) sind die mittels Ventil (8) vakuummäßig abtrennbare Schleusenkammer (6) und die Prozeßkam­ mer (7) angeordnet.

Die Strömungsleitelemente auf der Substratunterseite (11) sind durch auf der Oberseite ebene Träger realisiert und zwi­ schen den Transportrollen mit geringen Abstand von ca. 5 mm zur Substratunterseite (11) angeordnet.

Die Strömungsleitelemente auf der Substratoberseite (10) werden durch nach oben offene, quaderförmige Blockkonstruktio­ nen mit zum Substrat (12) parallelen Unterseite und einseiti­ ger vertikaler Öffnung gebildet, wobei der Abstand zur Sub­ stratoberseite in der Regel ca. 5 mm beträgt und einstellbar ist. Diese Oberteile sind mittels Kran aus der Überführungs­ kammer entnehmbar.

In der Überführungskammer (1) sind drei Strömungsleitelemente, bestehend aus den Elementen (10) und (11) angeordnet, so daß drei Puffersektionen (3... 3") gebildet werden, die wiederum über Turbomolekularpumpen (4) evakuiert werden.

Claims (4)

1. Schleusensystem für die Überführungskammer einer Vaku­ umbeschichtungsanlage für den Transport ebener, großflä­ chiger Substrate bzw. Substratlose zwischen einer unstetig arbeitenden in der Regel mittels Ventil abgegrenzten Schleusenkammer (6) und einer kontinuierlich arbeitenden Prozeßkammer (7) mit geringerem Arbeitsdruck, bestehend aus Behälter, Transportsystem, angeschlossenem Vakuumer­ zeuger sowie das Kammervolumen in Puffersektionen unter­ teilenden Einbauten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überführungskammer (1) aus mehre­ ren, mit Spalt für den Substrattransport (2... 2") versehe­ nen und ansonsten vakuumdicht untereinander abgetrennten Puffersektionen (3... 3") besteht, die mittels separater Vakuumerzeuger (4... 4") oder ohne dieselben über die Vaku­ umerzeuger (4... 4") der benachbarten Puffersektionen eva­ kuierbar sind und in deren dem Substrat zugewandten Be­ grenzungswand (10) eine Saugöffnung (5... 5") angeordnet ist, deren Strömungsleitwert den mindestens zehnfachen Wert des Strömungsleitwertes des Spaltes für den Substrat­ transport (2... 2") beträgt, und dabei die Gestaltung der Puffersektionen (3... 3") so gewählt ist, daß sie eine Druckentkopplung des Prozeßbereiches (7) von der Schleu­ senkammer (6) bewirkt.

2. Schleusensystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Saugöffnungen (5... 5") in der dem Substrat zugewandten Begrenzungswand (10) der Puffer­ sektionen (3... 3") unsymmetrisch in Substrattransport­ richtung angeordnet sind.

3. Schleusensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Puffersektionen (3... 3") zusätzlich Kryoflächen installiert sind.

4. Schleusensystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzahl der Puffersektio­ nen (3... 3") variabel ist.