EP1618056A1

EP1618056A1 - Vorrichtung zum transportieren eines flachen substrats in einer vakuumkammer

Info

Publication number: EP1618056A1
Application number: EP04718265A
Authority: EP
Inventors: Stefan Bangert; Frank Fuchs; Uwe Schüssler; Ralph Lindenberg; Tobias Stolley
Original assignee: Applied Materials GmbH and Co KG; Applied Films GmbH and Co KG
Current assignee: Applied Materials GmbH and Co KG
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2006-01-25
Also published as: TWI248981B; US7837799B2; CN1697767A; KR100664602B1; DE10319379A1; JP2006513117A; TW200422423A; KR20050024436A; WO2004096678A1; US20050199493A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transportieren eines flachen Substrats durch eine Beschichtungsanlage. Diese Beschichtungsanlage weist z. B. mehrere und unterschiedliche Sputterkathoden auf, zu denen das flache Substrat, beispielsweise eine Glasscheibe, nacheinander im Vakuum transportiert wird. Damit kein Abrieb zwischen Glasscheibe und Auflage entsteht, wird die Glasscheibe mittels Gasdruck von der Auflage fern gehalten. Der Gasdruck wird hierbei durch relativ wenige und kleine Löcher in einem Gaskanal aufgebaut. Da beim Fluten der Beschichtungsanlage auf Atmosphärendruck oder bei der Evakuierung wegen der kleinen Löcher kein schneller Druckausgleich zwischen Gaskanal und der übrigen Beschichtungsanlage möglich ist, wird der Gaskanal von der übrigen Beschichtungsanlage gasmässig entkoppelt und mit einer separaten Gasleitung versehen, über die Gas in den Gaskanal eingegeben oder aus dieser herausgepumpt werden kann.

Description

VORRICHTUNG ZUM TRANSPORTIEREN EINES FLACHEN SUBSTRATS IN

EINER VAKUUMKAMMER

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In Inline-Va uum-Beschichtungsanlagen werden die zu beschichtenden Substrate zu mehreren Beschichtungsquellen transportiert und von diesen Quellen beschichtet. Beispielsweise werden Glasplatten in waagrechter Lage auf Transportbändern oder Transportrollen befördert. Da die Substrate nur auf einzelnen Rollen aufliegen, können sehr dünne Glasscheiben hierbei in den Abschnitten zwischen den Rollen durchhängen. Folglich kann der zuverlässige Transport der Scheiben auf einem solchen System nicht gewährleistet werden. Die Substrate können auch in senkrechter oder beinahe senkrechter Position transportiert werden. Um sie in dieser Position zuverlässig halten zu können, müssen sie an ihren oberen und unteren Kanten geführt werden. An den Führungsschienen des Transportsystems können aber Partikel generiert werden, die je nach Qualitätsanforderung an die Beschichtung zu Ausschussware führen, wenn sie auf ein Substrat gelangen. Diese Gefahr entsteht insbesondere durch die oberen Führungsschienen des Transportsystems, da die Partikel mit hoher Wahrscheinlichkeit von dort auf das Substrat fallen.

Es ist bekannt, Werkstücke unter Atmosphärendruck dadurch festzuhalten oder einzuspannen, dass diese auf einer porösen Sintermetallplatte angeordnet werden, auf deren Rückseite Vakuum erzeugt wird. Durch die porösen Vakuumplatten werden die Werkstücke angesaugt und festgehalten (Katalog "Vakuum Spanntechnik" / Horst Witte Gerätebau). Bei einem bekannten Transportsystem werden flache Substrate auf poröse Sintermetallplatten dieser Art gelegt und durch die poröse Platte von unten Druckluft geblasen, wodurch die Luft durch die feinen Poren der Sintermetallplatte hindurchströmt. Das Substrat schwebt hierdurch auf einem Luftpolster (Gerät der Fa. MANZ Automation).

Solche Transportsystem können im Vakuum nicht verwendet werden. Die enorme Oberfläche, die sich durch die Porigkeit der Vakuumplatte bzw. der Sintermetallplatte ergibt, adsorbiert Gas oder Wasser aus der Luft, wenn die Vakuumanlage geflutet ist. Das adsorbierte Material desorbiert im anschließend hergestellten Vakuum wieder, wodurch eine zusätzliche und nicht kontrollierbare Gasmenge eingebracht wird. Allein diese Gasmenge wäre im Vakuum in der Lage, eine Glasscheibe abheben zu lassen. Außerdem beeinträchtigt eine solche Gaslast auch reaktive Sputterprozesse, da die zusätzliche, unkontrolliert einströmende Gasmenge das Verhältnis von Reaktivgas zu Inertgas verändert, und nichtreaktive Beschichtungen werden durch Fremdatome verunreinigt. Weiterhin ist ein Transportsystem bekannt, bei dem die Substrate, z. B. CDs, auf einem Gaspolster schweben (CD-Produktionsanlage der Leybold AG, um 1990). Bei diesem System, das unter Atmosphärendruck zum Einsatz kommt, wird das Gaspolster dadurch erzeugt, dass durch Bohrungen in einer ca. 120 mm breiten und ca. 1 m langen ebenen Me- tallplatte von unten Pressluft gegen die CDs geblasen wird. Diese Bohrungen haben einen Abstand von etwa 5 cm voneinander und sind in Reihe mit etwa 5 cm Abstand angeordnet. Einige Bohrungen sind nicht senkrecht, sondern in einem Winkel zur Metalloberfläche eingelassen, wodurch die ausgeblasene Luft eine Komponente in Transportrichtung erhält und die CDs vorwärts bewegt werden. Die Bohrungen haben einen Durchmesser von etwas we- niger als 1 mm. Um den Verbrauch an gereinigter Pressluft zu reduzieren, sind einzelne Abschnitte der Transportstrecke fortlaufend mit einer Druckluftversorgung verbunden. Hinter der CD wird die Druckluft dann wieder abgeschaltet, um zu gewährleisten, dass einerseits die CD ohne Berührung der Metalloberfläche bewegt wird, aber andererseits nicht benötigte Abschnitte der Transportstrecke nicht unnötig Druckluft verschwenden. Auch dieses System kann so nicht im Vakuum verwendet werden, da die Anzahl und der Querschnitt der Bohrungen einen zu großen Gasdurchsatz bewirken würden. Es hat sich gezeigt, dass im Gegensatz zu den unter Atmosphärendruck betriebenen Transportsystemen der Gasfluss bei einem Transportsystem im Vakuum je nach Kammerdruck sehr be- wusst gewählt werden muss, da sonst die Glasscheibe zum Schwingen angeregt werden kann.

Es ist bereits ein Werkstückträger für ein scheibenförmiges Werkstück bekannt, das einer Oberflächenbehandlung, insbesondere in einer Vakuumanlage, unterzogen wird (DE 39 43 482). Dieser Werkstückträger weist eine Werkstückauflagefläche mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen auf, die mit einem Verteilraum kommunizieren. An diesen Verteilraum ist eine Gaszuführung angeschlossen, die ein Gas zuführt, um ein wärmeübertragendes Gaspolster zwischen Auflagefläche und Werkstück zu bilden. Der Verteilraum ist hierbei von einer Nut gebildet, die in eine Platte eingearbeitet und von einer Abdeckplatte abgedeckt ist. In der Auflagefläche ist zusätzlich zu den Austrittsöffnungen eine Vielzahl von Absaugöffnungen vorgesehen, die jeweils neben der Nut durch die Platte und Abdeckplatte verlaufen und mit einem Gasabsaugraum kommunizieren, an den eine Gasabzugsleitung angeschlossen ist. Das auf das Werkstück auftreffende Gas dient hierbei nicht dazu, das Werkstück von einer Auflage fernzuhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transportsystem für zu beschichtende Substrate zu schaffen, das auch im Vakuum zum Einsatz kommen kann und wobei kein Abrieb an den Substraten erfolgt.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zum Transportieren eines flachen Substrats durch eine Beschichtungsanlage. Diese Beschichtungsanlage weist z. B. mehrere und unterschiedliche Sputterkathoden auf, zu denen das flache Substrat, beispielsweise eine Glasscheibe, nacheinander im Vakuum transportiert wird. Damit kein Abrieb zwischen Glas- scheibe und Auflage entsteht, wird die Glasscheibe mittels Gasdruck von der Auflage ferngehalten. Der Gasdruck wird hierbei durch relativ wenige und kleine Löcher in einem Gaskanal aufgebaut. Da beim Fluten der Beschichtungsanlage auf Atmosphärendruck oder bei der Evakuierung wegen der kleinen Löcher kein schneller Druckausgleich zwischen Gaskanal und der übrigen Beschichtungsanlage möglich ist, wird der Gaskanal von der übrigen Beschichtungsanlage gasmäßig entkoppelt und mit einer separaten Gasleitung versehen, über die Gas in den Gaskanal eingegeben oder aus dieser herausgepumpt werden kann.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass eine partikelfreie Beschichtung beispielsweise einer Glasscheibe im Vakuum möglich ist. Außerdem wird das Ansaugen und Wegblasen von Substraten beim Ein- und Ausschleusen verhindert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht einer Prozesskammer mit einem Gassystem;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Prozesskammer und zwei Schleusenkammern; Fig. 3 eine Frontansicht von Prozesskammer und Schleusenkammer;

Fig. 4 zwei getrennte Gaskanäle gegenüber einer Glasscheibe;

Fig. 5 zwei segmentierte, aber eine volle Fläche bildende Gaskanäle;

Fig. 6 zwei einteilige Gaskanäle;

Fig. 7 einen Gaskanal mit Prallplatte; Fig. 8 eine Inline- Anlage mit linear bewegbarer und drehbarer Lagerung;

Fig. 8 a eine vergrößerte Darstellung der Inline- Anlage gemäß Fig. 8;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Schleusenkammer eines Gassystems;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer Prozesskammer;

Fig. 11 eine alternative Gasentkopplung im geöffneten Zustand; Fig. 11a die alternative Gasentkopplung der Fig. 11 im geschlossenen Zustand.

In der Fig. 1 ist eine Vakuum-Prozesskammer 1 im Längsschnitt dargestellt. In einem Gehäuse 2 befindet sich eine Sputterkathode 3, die über eine Halterung 4 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist.

In einem Abstand von der Sputterkathode 3 befindet sich eine zu beschichtende Glasschei- be 5, die einen Winkel von etwa 85 Grad zur Waagrechten einnimmt. An ihrer unteren Kante liegt die Glasscheibe 5 auf Transportrollen 6 auf, welche die Glasscheibe 5 in die Zeichenebene hineinbewegen, beispielsweise zu einer zweiten Sputterkathode. Hinter der Glasscheibe 5 ist ein Gassystem 7 angeordnet, das die Glasscheibe 5 während des Transports in einem Abstand von dem Gassystem 7 in der Schwebe hält. Dieses Gassystem 7 wird mittels einer mit dem Gehäuse 2 in Verbindung stehenden Halterung 8 in einer leichten Schräglage gehalten. In dem Gassystem 7 ist gegenüber der Glasscheibe 5 ein Gaskanal 9 vorgesehen, der über nicht dargestellte Zuleitungen mit einer Gasquelle verbunden ist. In das Gassystem 7 können elektrische Heizpatronen 10, 11 integriert sein. Zwischen dem Gassystem 7 und der Glasscheibe 5 befindet sich ein Spalt 12, bei dem es sich gewissermaßen um ein Luftkissen handelt, auf dem die Glasscheibe 5 ruht.

Der Gaskanal 9 ist zur Glasscheibe 5 hin mit einer Platte 13 abgeschlossen, in der sich mehrere Bohrungen von z. B. 0,2 mm Durchmesser befinden. Hat das Gassystem 7 etwa eine Breite von 200 mm und der Gaskanal 9 eine Querschnittfläche von wenigen cm so kann mit Bohrungen von 0,2 mm Durchmesser, die in der Mitte der Platte 13 in einem Abstand von 60 mm zueinander angeordnet sind, eine Glasscheibe von 1100 mm Länge, 700 mm Breite und 0,7 mm Stärke mit einem Gasdurchsatz von ca. 20 sccm im Abstand zum Gassystem 7 gehalten werden. Der Querschnitt des Gaskanals 9 muss dabei so auf die Gesamtlänge des Gassystems 7 abgestimmt sein, dass bei dem nötigen Gasdurchsatz zum Transport der Glasscheiben 5 an allen Austrittsöffnungen die gleichen Strömungsverhältnisse vorliegen, damit der Abstand der Glasscheiben 5 zum Gassystem 7 keinen Schwankungen unterliegt. Im Vakuum kann die Glasscheibe 5 leicht zum Schwingen angeregt werden, weil die dämpfende Wirkung des Atmosphärendrucks fehlt.

Die Druckdifferenz zwischen der Vorder- und der Rückseite der Glasscheibe 5 errechnet sich aus dem Strömungswiderstand bzw. dem Leitwert für das durch die Löcher in der Platte 13 strömende Gas. Dieser Strömungswiderstand hängt stark von der Breite des Spalts 12 ab. Ein sehr enger Spalt 12 bewirkt einen hohen Widerstand, während der Strömungswiderstand mit zunehmender Breite des Spalts 12 sinkt. Da die Glasscheibe 5 im Ruhezustand an der Platte 13 anliegt und mit zunehmendem Gasfluss immer weiter abhebt, ist der Strömungswiderstand anfangs hoch und fällt dann stark ab. Die sehr feinen Bohrungen in der Platte 13 haben dagegen einen unveränderlichen Strömungsleitwert, der sich aus ihrem Querschnitt errechnet.

Beim Einschalten des Gasflusses überwiegt anfangs der Strömungs widerstand des Spaltes 12, und der Gasfluss bewirkt ein Abheben der Glasscheibe 5. Mit zunehmendem Abstand fällt der Strömungswiderstand im Spalt stark ab, und der Gasfluss wird nur durch den Strömungswiderstand der Bohrungen in der Platte 13 begrenzt. Kann durch den Spalt 12 mehr Gas entweichen als durch die Bohrungen an Gas nachgeliefert werden kann, fällt die Glasscheibe 5 wieder auf die Platte 13 zurück, und der Strömungswiderstand in Spalt 12 nimmt wieder zu. Das Gaspolster baut sich erneut auf, und der Spalt 12 vergrößert sich wieder. Da sich dieser Vorgang periodisch wiederholt, kann die Glasscheibe 5 in Schwingungen versetzt werden.

Der Abstand des Substrats 5 zum Gaskanal 9 regelt sich somit selbst, d. h. es handelt sich gewissermaßen um eine Freischwingerregelung. Selbstverständlich könnte man auch eine übliche Regelung vornehmen, bei welcher der Abstand des Substrats 5 zum Gaskanal 9 gemessen und durch Variation des Gasflusses konstant gehalten wird.

Dass der Umgebungsdruck in der Prozesskammer 1 eine dämpfende Größe darstellt, konnte durch Experimente nachgewiesen werden. Floss bei einem Umgebungsdruck von 10^"4 mbar 17 sccm Gas, kam die Glasscheibe 5 ins Schwingen. Schon bei einem Druck von 10^"2 mbar konnte die Glasscheibe 5 bei denselben Einstellungen nicht zum Schwingen angeregt werden. Um den Gasfluss für das Transportsystem an die speziellen Gegebenheiten in einer Vakuumanlage anzupassen, muss dieser mit einem hochpräzisen Gasflussregler geregelt werden und kann nicht wie bei Atmosphärensystemen auf einfache Weise mit einer im Gasfluss grob geregelten Gasflasche oder Kompressor betrieben werden. Das erwähnte Schwingungsverhalten ist in Atmosphäre nicht zu beobachten, da der Strömungswiderstand im Spalt 12 mit steigendem Umgebungsdruck drastisch ansteigt. In Atmosphäre ist der Strömungswiderstand des Gasflusses im Spalt 12 immer höher als der durch die Bohrungen bewirkte. Nicht der Leitwert der Bohrungen, sondern der des Spalts 12 begrenzt in Atmosphäre den Gasfluss. Damit fehlen die Voraussetzungen, die Glas- scheibe 5 in Atmosphäre in Schwingungen versetzen zu können.

Um einen störungsfreien Betrieb im Vakuum zu gewährleisten, muss der Gaskanal 9 ein kleines Volumen haben, um kurze Reaktionszeiten bei Druckwechsel zu gewährleisten. Andererseits darf der Querschnitt nicht zu klein gewählt werden, damit das Gas über die ganze Länge des Gaskanals 9 mit demselben Gasdurchsatz aus den Bohrungen ausströmt. In der Fig. 2 ist die Prozesskammer 1 mit ihrem Gehäuse 2 in einer geschnittenen Ansicht von oben dargestellt. Man erkennt hierbei die Sputterkathode 3 mit ihrer Halterung 4 sowie die Stütze 14 für den Rollenantrieb 6. Die Glasscheibe 5 und das Gassystem 7 sind ebenfalls zu erkennen.

Die Prozesskammer 1 ist mittels einer Kammertrennung 26 in zwei Bereiche 27, 28 unter- teilt. In dem Bereich 28 ist ebenfalls eine Sputterkathode 3' mit einer Halterung 4' vorgesehen. Mit der zweiten Sputterkathode 3' kann beispielsweise eine andere Beschichtung als mit der ersten durchgeführt werden.

Der Transport der Glasscheibe 5 in von der Platte 13 abgehobenem Zustand findet zwischen den beiden Sputterkathoden 3, 3' statt. Das Volumen des Gaskanals 9 muss beim Fluten oder Evakuieren von der Prozesskammer 1 gasmäßig entkoppelt sein. Würde nur die Prozesskammer 1 evakuiert, würde das im Gas- kanal 9 befindliche Gas langsam und über lange Zeit durch die kleinen Löcher in der Platte 13 strömen. Ein analoger Effekt würde sich beim Hüten einstellen. Die gasmäßige Entkopplung kann dadurch erfolgen, dass die Löcher während des Flutens oder Evakuierens geschlossen werden oder dass der Gaskanal 9 eine eigene Gaszuführungsleitung besitzt, über die auch evakuiert werden kann. Das Fluten oder Evakuieren des Gaskanals 9 geschieht zwar räumlich separat vom Fluten und Evakuieren der Prozesskammer 1, doch sollte es zeitlich synchron erfolgen, sodass die Prozesskammer 1 und der Gaskanal 9 zur gleichen Zeit vollständig evakuiert oder geflutet sind. Hierdurch wird das erwähnte Schwingverhalten der Glasscheibe 5 sowie ein Ansaugen an das Transportsystem oder ein unkontrollierbares Abheben der Glasscheibe verhindert.

Die Glasscheibe 5 wird in der Regel nur während des Transports in der Schwebe gehalten, nicht während des eigentlichen Beschichtungsprozesses. Der Transport findet dabei im Vakuum statt, und zwar von einer Sputterkathode zur nächsten. Es ist jedoch auch möglich, die Glasscheibe 5 kontinuierlich zu bewegen. Der Transport im Schwebezustand kann aber auch beim Ein- und Ausschleusen der Glasscheibe 5 erfolgen.

Weiterhin ist es durch den Einbau einer zusätzlichen, ventilgesteuerten Gasaustrittsöffnung am Gassystem 7 in einem Bereich außerhalb der Auflagefläche des Substra tes 5, beispielsweise an der Ober- oder Unterseite, möglich, das Transportgas der Prozesskammer auch als Prozessgas zuzuführen, ohne dass dabei das Substrat vom Transportsystem abhebt. Auch ist es möglich, das Transportgas zum Konditionieren der Prozessgasatmosphäre zu verwenden. Dazu wird die Schleusenkammer 15, 107 auf einen Vakuumdruck evakuiert, der unterhalb dem der Prozesskammer liegt. Mit dem Zuführen des Transportgases, das mit dem Prozessgas identisch gewählt wird, wird die Schleusenkammer 15, 107 auf das Druckniveau der Prozesskammern aufgefüllt. Auf diese Weise wird verhindert, dass durch den Einschleusvorgang in störendem Maße Gasbestandteile der Luftatmosphäre in die Prozesskammer eingebracht werden.

Wie man aus der Fig. 2 ersieht, erstreckt sich das Gassystem 7 über die Prozesskammer 1 hinaus auf Schleusenkammern 15, 16. Der in der Schleusenkammer 15, 16 befindliche Abschnitt des Gassystems 7 ist den Druckschwankungen unterworfen, die durch das Fluten und Evakuieren der Schleusenkammern 15, 16 verursacht werden. Zwischen der Prozesskammer 1 und den Schleusenkammern 15, 16 befinden sich Schleusentüren 29, 30. In den Schleusenkammern 15, 16 sind ebenfalls Halterungen 31, 32 für das Gassystem 7 vorgesehen. Die Prozesskammer 1 und die Schleusenkammern 15, 16 weisen jeweils separate Anschlüsse 33, 34, 35 zum Fluten und separate Pumpstutzen 36, 37, 38, 60 zum Pumpen so- wie separate Flutventile 39, 53, 54 auf. Über ein nicht dargestelltes Ventilsystem können die Anschlüsse 33, 34, 35 wahlweise sowohl mit den Flutventilen 39, 53, 54 als auch mit den Pumpen 36, 37, 38, 60 verbunden werden. Mit der Vorrichtung gemäß Fig. 2 lassen sich zwei verschiedene Anlagentypen realisieren. Bei dem einen Anlagentyp handelt es sich um eine Inline-Anlage mit dynamischer Beschichtung der Substrate. Hierbei bewegt sich die Glasscheibe 5 während der Beschichtung an den Sputterkathoden 3, 3' kontinuierlich vorbei. Der andere Anlagentyp erlaubt eine statische Beschichtung. Die Glasscheibe 5 bewegt sich hierbei aus der Schleusenkammer 15 in die Prozesskammer 1 hinein und wird vor der Sputterkathode 3 angehalten. Nach erfolgter Beschichtung wird die Glasscheibe 5 entweder in die nächste Abteilung 28 oder in die Schleusenkammer 16 bewegt.

Die Glasscheibe 5 kann angesaugt werden, wenn die Entnahme-Schleusenkammer 16 ge- flutet ist, aber im Gaskanal 9 ein sehr viel niedrigerer Druck herrscht. Der Druckausgleich über die feinen Bohrungen erfolgt zu langsam, sodass der Gaskanal 9 über die separaten Anschlüsse 33, 34, 35 mit größerem Querschnitt geflutet werden muss, um die Glasscheibe ohne Zeitverzögerung entnehmen zu können.

Den umgekehrten Effekt erhält man, wenn die Glasscheibe 5 in die Ladeschleuse 15 einge- setzt wurde und diese Schleusenkammer 15 evakuiert wird. Der Gaskanal 9 steht noch unter Atmosphärendruck, sodass das in ihm befindliche Gas unkontrolliert in die Prozesskammer 1 ausströmen würde. Die Folge wäre, dass die Glasscheibe 5 in der Prozesskammer unkontrollierbar abheben oder ins Schwingen geraten würde. Hierdurch könnte die Glasscheibe 5 beschädigt werden. Um dies zu vermeiden, wird der Gaskanal 9 erfindungsgemäß separat, aber gleichzeitig mit den Schleusenkammern 15, 16 evakuiert und geflutet.

Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt I-I (vgl. Fig. 1) durch die Vakuumkammer 1 und die Schleusenkammern 15, 16, der eine bevorzugte Ausfübrungsform zeigt.

Bei dieser Ausführungsform ist in der Prozesskammer 1 ein vollflächiges Gassystem 7 mit drei Gaskanälen 61, 62, 63, die mehrere Durchbohrungen 64 bis 69 aufweisen, vorgesehen, während in den Schleusenkammern 15, 16 jeweils drei balkenförmige Gassysteme 20 bis 22 bzw. 23 bis 25 mit zwischen ihnen liegenden offenen Bereichen vorgesehen sind. Das vorgeschlagene Transportsystem ist aber nicht auf diese Anzahl von Gassystemen 20 bis 22 bzw. 23 bis 25 beschränkt, vielmehr kann ihre Anzahl an die Abmessungen der zu transportierenden Glasscheiben angepasst werden. Die Durchbohrungen 64 bis 69 sind in der Fig. 3 wesentlich größer dargestellt, als sie in der Realität sind. Jedes dieser Gassysteme 20 bis 22 bzw. 23 bis 25 weist einen Gaskanal auf. In den Schleusenkammern 15, 16 sind drei Gassysteme 20 bis 22; 23 bis 25 mit jeweils einem Gaskanal vorgesehen, damit beispielsweise die Greifer oder Sauger irgendeiner Beladevorrichtung bzw. Entladevor- richtung zwischen die Gassysteme 20 bis 22 bzw. 23 bis 25 greifen können. Ebenso ist aber auch ein bewegbares Atmosphären-Transportsystem der eingangs beschriebenen Art einsetzbar, das seinerseits mit balkenförmigen Gassystemen in die beschriebenen offenen Berei ehe hineinreicht, und an das das Substrat übergeben wird.

Bei einer Teilunterstützung durch die getrennten Gassysteme errechnet sich ein notwendiger Druck zur Levitation bei einem flachen Substrat bestimmter Abmessungen wie folgt: Flächenunterstützung in Streifenform 10 %

Anzahl der Streifen 3

Länge 1 m

Breite 1 m

Stärke 0,7 mm

Dichte 2760 kg/m3

Fläche 1 m2

Volumen 7.00E-04 m3

Masse 1,932 kg g 9,81 m/(s2)

Gewichtskraft 18,9529 N Gewichtskraft pro Streifen 6,3176 N Druck hinter Streifen 189,5292 N/m2 (Pa)

1,8953 mbar

Schiefe Ebene

Steigungswinkel 85 Grad

Normalkraft 1,652 8,72 %

Hangabtriebskraft 18,881 99,62 %

Notwendiger Druck zur Kompensation der Normalkraft

16,519 N/m2 (Pa) 1,65E-01 mbar

Virtueller Spalt

Umfang 6 m Breite 0,033 m

Tiefe (Ann. 10 %) 0,0033 m

Hebe-Gasfluss 1400 sccm

23,33 mbarl/s

Notwendiger max. Leitwert für horizontale Levitation 12,31 1/s Flughöhe 0,125 mm Schiefe Ebene 141,26 1/s Flughöhe 0,5 mm Hebe-Gasfluss 1000 sccm

16,67 mbarl/s

Notwendiger max. Leitwert für horizontale Levitation 8,79 1/s Flughöhe 0,1 mm Schiefe Ebene 100,90 1/s Flughöhe 0,4 mm

Hebe-Gasfluss 500 sccm -

8,33 mbarl/s

Notwendiger max. Leitwert für horizontale Levitation 4,401/s Flughöhe 0,07 mm Schiefe Ebene 50,45 1/s Flughöhe 0,3 mm

In der Prozesskammer 1 wird die Stützfläche des Transportsystems lückenlos über die ganze Fläche der Glasscheibe 5 ausgedehnt, da es zwei Aufgaben erfüllen soll. Zum einen stellt es die Fläche dar, welche die Glasscheibe von hinten über das Gaspolster schützt. Dies ist auch deshalb notwendig, weil die Glasscheiben für eine TFT-Produktion sehr dünn sind, etwa 0,7 mm und sich bei nur teilweiser Unterstützung bereichsweise durchbiegen können, was zu ungleichmäßiger Beschichtung führt. Zum anderen soll die volle Fläche des Transportsystems als Heizfläche dienen und die Glasscheibe 5 gleichmäßig aufheizen. Die Aufheizung erfolgt hierbei mittels der elektrischen Heizpatronen 10, 11. Bei einer vollflächigen Unterstützung der Glasscheibe gelten für eine ganz bestimmte

Scheibe etwa folgende Werte:

Länge 1 m

Breite 1 m

Stärke 0,7 mm Dichte 2760 kg/m3

Fläche 1 m2

Volumen 7.00E-04 m3

Masse 1,932 kg g 9,81 m/(s2)

Gewichtskraft 18,9529 N Druck 18,9529 N/m2 (Pa) 0,1895 mbar

Schiefe Ebene

Steigungswinkel 85 Grad

Normalkraft 1,652 8,72 %

Hangabtriebskraft 18,881 99,62 % Notwendiger Druck zur Kompensation der Normalkraft

1,652 N/m2 (Pa) l,65E-02 mbar

Virtueller Spalt

Umfang 4 m Breite

Tiefe (Ann. 10 %) 0,1 m

Hebe-Gasfluss 100 sccm

1,67 mbarl/s

Notwendiger max. Leitwert für horizontale Levitation 8,79 1/s Flughöhe 0,6 mm Schiefe Ebene 100,90 1/s Flughöhe 2,4 mm

Hebe-Gasfluss 30 sccm

0,50 mbarl/s

Notwendiger max. Leitwert für horizontale Levitation 2,64 1/s Flughöhe 0,3 mm Schiefe Ebene 30,27 1/s Flughöhe 1,2 mm

Hebe-Gasfluss 10 sccm

0,17 mbarl/s

Notwendiger max. Leitwert für horizontale Levitation 0,88 1/s Flughöhe 0,165 mm Schiefe Ebene 10,09 1/s Flughöhe 0,65 mm

Bei dem vorstehend erwähnten virtuellen Spalt handelt es sich um ein Rechenmodell, um die Strömungsverhältnisse des Gasflusses zwischen Scheibe und Unterlage rechnerisch zu erfassen. Der reale Leitwert ergibt sich aus einem flächigen Spalt, der innen von einer Kreislinie und außen von einer Rechtecklinie begrenzt wird. Da diese reale Situation mathematisch nicht einfach zu erfassen ist, wurde angenommen, dass der gesamte Strömungswiderstand in einem rechteckigen Spalt liegt, der durch die Umfangslinie der Glasscheibe und den Abstand zwischen der Scheibe und der Unterlage gebildet wird.

Hinter dem Ausdruck "der notwendige maximale Leitwert für horizontale Levitation" steht der Sachverhalt, dass das Substrat horizontal auf dem Transportsystem liegt und daher die ganze Gewichtskraft G vom Gasdruck p aufgebracht werden muss, um die Scheibe anzuheben. Die physikalischen Zusammenhänge sind hier: Druck p = Kraft G pro Fläche A. Würde das Substrat mit einem Anstellwinkel α zur Waagrechten angeordnet, so würde die Kraftkomponente, die vom Gasdruck aufgebracht werden müsste, mit dem Kosinus des Anstellwinkels abnehmen, weil dann F = G ^• cosα gelten würde. Bei senkrechter Stellung, d. h. α = 90°, wird die Kraftkomponente, die auf das Transportsystem wirkt, gleich Null, d. h. das Gewicht der Scheibe steht nur auf den Transportrollen. Für den Druck p steht beim Gas-Transportsystem die Druckdifferenz Δp zwischen dem Druck auf der Scheibenunterseite _j und Umgebungsdruck p₂: Δp = _! - p₂. Die Druckdifferenz Δp hängt mit dem Gasfluss Φ und dem Leitwert L zusammen: Φ = L ^• Δp oder Δp = Φ / L. Der maximale Leitwert gibt die minimale Druckdifferenz Δp_m an, die gerade not- wendig ist, um die Scheibe anzuheben (Δp_m = G / A), und stellt damit den Grenzleitwert dar.

Die Stützfläche des Transportsystems kann über seine Höhe abschnittsweise mit getrennten Gasanschlüssen versehen sein, um es an Gläser verschiedener Höhe anpassen zu können. Nicht benötigte Gaskanäle werden dann auf Anlagendruck evakuiert, um unnötigen Gas- bailast zu vermeiden.

Die Fig. 4 zeigt eine erste Variante eines Gassystems, bei welchem zwei Gassysteme 40, 41 übereinander angeordnet sind, von denen jedes Gassystem 40, 41 einen Gaskanal 42, 43 aufweist. In der Wand 44 bzw. 45 dieser Gaskanäle sind Bohrungen von ca. 0,2 mm Durchmesser vorgesehen, durch welche Gas gegen die Glasplatte 5 strömen kann. Zwi- sehen der Glasplatte 5 und den Gassystemen 40, 41 befindet sich ein Spalt 12.

Eine andere Variante eines Gassystems ist in der Fig. 5 gezeigt. Hierbei ist keine Lücke zwischen den Gassystemen 47, 48 vorgesehen, sondern die beiden Gassysteme 47, 48 bilden eine vollflächige Platte, die allerdings segmentiert ist. Die Bohrungen in den Wänden 49, 50 der Gaskanäle 51, 52 haben ebenfalls einen Durchmesser von 0,2 mm. Die Ausführungsform der Fig. 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 5 lediglich dadurch, dass die Gassysteme 47, 48 nicht segmentiert sind.

In der Fig. 7 ist ein Gassystem 55 mit einer Prallplatte 56 mit größeren Gasverteilerbohrungen 57, 58 dargestellt. Die Bohrungen 57, 58 haben hierbei einen Durchmesser von ca. 2 bis 3 mm. Die Version der Fig. 7 kann natürlich ansonsten ebenso angeordnet werden wie die Versionen der Fig. 4 bis 6, also als einzelne Gaskanäle, als volle Fläche, die aus mehreren Gaskanälen zusammengesetzt ist, oder als einteilige Version.

In der Fig. 8 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Beschichtungsanlage mit vier Stationen gezeigt. Bei dieser Anlage wird das zu beschichtende Substrat 100 in eine Ein- schleuskammer 107 gebracht und zu einer Übergabekammer 103 bewegt. Das Gassystem 110 ist dabei beweglich gelagert und steht in Position 101, damit das Substrat 100 aufgenommen werden kann. Hat das Substrat 100 die richtige Lage auf dem Gassystem erreicht, so wird das Gassystem in eine Position 102 gebracht. Jetzt kann ein drehbares Gestell, welches das bewegbare Gassystem trägt, um die aus der Zeichenebene herausschauende Achse gedreht werden. Während dieser Vorgänge bewegt sich das Substrat 100 auf dem Gassystem 110 nicht, es verharrt in seiner Lage. Auf diese Weise können Substrate quasi-konti- nuierlich eingeschleust, zur Prozesskammer 104', 104 transportiert und beschichtet werden, bevor sie wieder die Übergabekammer 103 erreichen und über die Ausschleuskammer 106 ausgeschleust werden.

In Fig. 8a ist die Vorrichtung von Fig. 8 mit mehreren Beschichtungs-Stationen noch ein- mal in vergrößertem Maßstab und mit detaillierteren Angaben dargestellt. Anhand dieser Fig. 8a wird die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben.

Zunächst wird das Substrat bei geöffneter Schleusentür 108 und geschlossener Schleusentür 108' bei Atmosphärendruck in eine Einschleuskammer 107 gebracht. Dann wird nach Schließen der Schleusentür 108 die Einschleuskammer 107 abgepumpt, also evakuiert. Nach dem Abpumpen der Einschleuskammer 107 wird die Schleusentür 108' geöffnet und das Substrat 100 in die Übergabekammer 103 transportiert, in der das bewegbare Transportsystem in einer ersten Position 101 steht. Während des Transports im Vakuum von der Einschleuskammer 107 zur Übergabekammer 103 wird das Substrat 100 in erfindungsgemäßer Weise bewegt, d. h. es liegt nicht auf einem Gegenstand auf, durch den Partikel ab- gerieben werden könnten. Die Übergabekammer 103 sieht ähnlich der weiter unten in Fig. 10 abgebildeten Kammer aus, wobei man sich aber die Kathode 3 wegdenken muss, und die Glasscheibe 5 und das Transportsystem 7 spiegelverkehrt angeordnet sind. Die Schleusentür 108' wird sodann wieder geschlossen, und das Substrat ruht nun auf dem Transportsystem in der ersten Position 101. Das Transportsystem wird nun in eine zweite Position 102 bewegt. Die translatorische Bewegung erfolgt simultan bei allen vier Prozessstationen 104, 104', 104". Während in der Übergabekammer 103 das Substrat von dem ausgefahrenen Transportsystem übernommen wird, werden an den Prozessstationen 104, 104' und 104" weitere Substrate behandelt. Während der Beschichtungsprozesse in den Prozessstationen 104, 104', 104" wird in der Übergabekammer 103 je ein Substrat in die Aus- schleuskammer 106 befördert, und anschließend ein weiteres Substrat aus der Einschleuskammer auf das Transportsystem in die erste Position 101 bewegt, wobei das Transportsystem in der ersten Position verharrt. Sind alle Beschichtungsprozesse sowie das Aus- und Einschleusen von Substraten abgeschlossen, werden die Transportsysteme mit den Substraten aus den ersten Positionen 101, 101', 101" und 101'" eingefahren und erreichen die zweiten Positionen 102, 102', 102" und 102'". Nun kann eine Drehvorrichtung 105 alle Substrate auf ihren Transportsystemen um 90° drehen, und die Verfahrensschritte beginnen von vorne.

Das Ausschleusen eines beschichteten Substrats erfolgt analog wie das Einschleusen.

Es sind die Schleusentüren 108" und 108'" geschlossen, die Ausschleuskammer 106 ist evakuiert. Sodann wird die Schleusentür 108" geöffnet und das Substrat von der evakuierten Übergabekammer 103 in die evakuierte Ausschleuskammer 106 verbracht. Anschließend wird die Schleusentür 108" geschlossen und nach Fluten der Ausschleuskammer 106 die Schleusentür 108'" geöffnet. Der Transport von der Übergabekammer 103 in die evakuierte Ausschleuskammer 106 erfolgt dabei wieder in erfindungsgemäßer Weise, d. h. die beschichtete Glasscheibe liegt nicht an dem Transportsystem an.

Die für den Gesamtprozess benötigte Zeit setzt sich etwa wie folgt zusammen: 3 Sekunden, um die Drehvorrichtung 105 in die Ausgangsstellung zu bringen; 4 Sekunden, um die Drehvorrichtung 105 um 90° zu drehen; 3 Sekunden, um die Drehvorrichtung 105 in die Prozessposition zu bringen; 50 Sekunden für den Sputterprozess; 2 Sekunden, um das innere Ventil zu öffnen, 6 Sekunden für den Transport der Substrate; 2 Sekunden für das Schließen des inneren Ventils; 10 Sekunden zum Entlüften; 2 Sekunden zum Öffnen des äußeren Ventils; 6 Sekunden für den Transport der Substrate; 2 Sekunden zum Schließen des äußeren Ventils; 30 Sekunden zum Pumpen.

Die Fig. 9 zeigt die Schleusenkammer 15 in einer perspektivischen Ansicht. Die Schleusenkammer 16 ist entsprechend aufgebaut. Man erkennt dort Sauger 83 bis 85, welche die Glasscheibe 5 zum Be- oder Entladen an deren Rückseite halten. Diese Sauger 83 bis 85 sind an einem Greifarm befestigt, der sich aus den Elementen 80 bis 82 zusammensetzt und zu einem nicht dargestellten atmosphärenseitigen Transportsystem gehört.

In Fig. 10 ist die Prozesskammer 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Man erkennt hierbei ein aus den Teilen 90, 92, 93 bestehendes Gassystem, wobei jeder Teil mit einem Gaskanal 91, 93, 95 versehen ist. Die Fig. 11 zeigt eine weitere Möglichkeit zur gasmäßigen Trennung eines Gaskanals 121 von einer Vakuumkammer 122 oder einem anderen Raum. Hierbei sind zwei relativ zueinander verschiebbare Wände 123, 124 vorgesehen, die Löcher 125 bis 127 bzw. 128 bis 130 aufweisen.

In der Fig. 11 liegen die Löcher 125 bis 127 und 128 bis 130 übereinander, sodass Gas durch die Wände 123, 124 treten kann.

In der Anordnung gemäß Fig. 11a liegen die Löcher 125 bis 127 und 128 bis 130 nicht mehr übereinander, sodass kein Gas vom Gaskanal 121 in die Vakuumkammer 122 bzw. umgekehrt austreten kann. Es findet dadurch eine Entkopplung zwischen Gaskanal 121 und Vakuumkammer statt. Um den Gaskanal schnell mit Gas zu füllen oder zu evakuieren, muss er mit einer gesonderten Gasleitung versehen sein.

In einer weiteren, nicht dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Transportsystems 7 werden die verschiedenen Bohrungen 64 bis 69 durch simultan angesteuerte Ventile geöffnet oder verschlossen.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Transportieren eines flachen Substrats in einer Vakuumkammer, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber einer Seite des flachen Substrats (5) ein Gaskanal (9) mit Bohrungen in Richtung auf das flache Substrat (5) vorgesehen ist und dass der Gaskanal (9) von der Vakuumkammer gasmäßig entkoppelbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (9) für die Entkopplung wenigstens eine eigene Flutungsleitung (34) aufweist, über die Gas in den Gaskanal (9) eingegeben und abgesaugt werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen in der dem Substrat zugewandten Wand des Gaskanals (9) simultan zu öffnen oder zu verschließen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer eine eigene Flutungsleitung aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer eine Prozesskammer ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumkammer eine Einschleus- oder Ausschleuskammer ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) horizon- tal ausgerichtet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) in einem Winkel von 85 Grad zur Horizontalen ausgerichtet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Höhe des Substrats mehrere Gaskanäle (61 bis 63) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) in einem Anstellwinkel von 4 Grad zur Horizontalen angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass drei Gaskanäle (61 bis 63) vorgesehen sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas vollflächig auf- gebracht wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein an sich schon vorhandener Gaseinlass zur Einbringung des Transport-Gases verwendet wird.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flache Substrat (5) einer Sputterkathode (3) gegenüberliegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flache Substrat (5) mit einer Kante auf Transportrollen (6) aufliegt. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sputterkathode (3) in einer Prozesskammer (1) befindet, an die sich Schleusenkammern (15,

16) anschließen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Prozesskammer (1) mehrere in eine vollflächige Wand integrierte Gaskanäle (61 bis 63) vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schleusenkammern (15, 16) mehrere voneinander beabstandete Gaskanäle (20 bis 22; 23 bis 25) vorgesehen sind.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaskanäle (61 bis 63; 20 bis 22; 23 bis 25) jeweils eigene Flutungsleitungen (33, 34, 35) aufweisen.

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer (1) und die Schleusenkammern (15, 16) Pumpstutzen (36, 37, 38, 40) aufweisen, die an Pumpen anschließbar sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einschleuskam- mer (107) und eine Ausschleuskammer (106) vorgesehen sind und dass beide Schleusenkammern (107, 106) durch je zwei Schleusentüren (108, 108' bzw. 108", 108'") vakuumdicht verschließbar sind.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Substrate gleichzeitig transportierbar sind.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasfluss durch die Gaskanäle (9) präzise geregelt wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportgas auch als Prozessgas verwendet wird.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportgas mit dem Einbringen des Substrats aus der Einschleuskammer (15, 107) in die Übergabekammer (107) oder die Prozesskammer (27) zum Konditionieren der Prozessgasatmosphäre verwendet wird.

26. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskanal (9) separat, aber gleichzeitig mit der Schleusenkammer (15, 16) evakuiert und geflutet wird.

27. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bohrungen (64 bis 69) simultan geschlossen oder geöffnet werden.