DE102006008975B4

DE102006008975B4 - Verfahren zum Beschichten eines Substrates in einer Vakuumbeschichtungskammer und Vakuumbeschichtungsanlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102006008975B4
Application number: DE200610008975
Authority: DE
Inventors: Bernd-Dieter Wenzel
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: DE102006008975A1

Abstract

Verfahren zum Beschichten eines Substrats in einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das Substrat vor oder in einer ersten Kammer auf einen Substrathalter gegeben wird, die erste Kammer mittels eines ersten Vakuumventils anschließend gegen Atmosphäre geschlossen und danach evakuiert wird, das Substrat mit der Transporteinrichtung in eine zweite Kammer, die als Beschichtungskammer ausgeführt und durch ein Vakuumventil von der ersten Kammer getrennt ist, nach Öffnen des zweiten Vakuumventils transportiert und in dieser nach Schließen des zweiten Vakuumventils beschichtet wird und wobei das Substrat vor der Beschichtung mittels einer Heizeinrichtung vorgeheizt wird, wobei das Vorheizen nach dem Schließen des ersten Vakuumventils (4; 5) in situ in der ersten Kammer (1; 2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (13; 14) vor dem Schließen des ersten Vakuumventils (4; 5) außerhalb der ersten Kammer (1; 2), von dieser vakuumdicht getrennt, gehalten und nach Schließen des ersten Vakuumventils (4; 5) zumindest während des Vorheizen des Substrates (16;...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrats in einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das Substrat vor oder in einer ersten Kammer auf einen Substrathalter gegeben wird. Die erste Kammer wird mittels eines ersten Vakuumventils anschließend gegen Atmosphäre geschlossen und danach evakuiert. Das Substrat wird mit der Transporteinrichtung in eine zweite Kammer, die als Beschichtungskammer ausgeführt und durch ein Vakuumventil von der ersten Kammer getrennt ist, nach Öffnen des zweiten Vakuumventils transportiert und in dieser nach Schließen des zweiten Vakuumventils beschichtet. Das Substrat wird vor der Beschichtung mittels einer Heizeinrichtung vorgeheizt.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vakuumbeschichtungsanlage zur Durchführung des Verfahrens. Diese ist mit einem ersten Vakuumventil gegen Atmosphäre verschließbar. Es ist eine zweite Vakuumkammer, die mit der ersten Vakuumkammer verbunden und über ein zweites Vakuumventil von dieser trennbar ist, vorgesehen. Weiterhin ist die Vakuumbeschichtungsanlage mit einem Substrathalter, der auf einer Transporteinrichtung durch die erste in die zweite Vakuumkammer auf einer Bewegungsbahn bewegbar ist, und mit einer Heizeinrichtung versehen.
Es sind Vakuumbeschichtungsanlagen der eingangs genannten Art als Mehrkammervakuumanlagen zum Bedampfen von Substraten mit Wärmeschutzschichten bekannt, die aus mehreren Prozesskammern bestehen. Nach dem Stand der Technik werden in der ersten Kammer oder davor üblicherweise die Substrate an einem Substrathalter befestigt.
Nach einem Evakuierungs-Prozessschritt wird in dieser ersten Kammer ein Kammerventil geöffnet und der Substrathalter mit den Substraten in eine zweite geheizte Kammer bewegt, in der die Substrate aufgeheizt werden. Nach dem Aufheizen der Substrate wird ein weiteres Kammerventil geöffnet und der Substrathalter mit den Substraten wird in eine weitere Kammer, eine Bedampfungskammer, geführt.
Die US 3,586,632 beschreibt ein ähnliches Verfahren. Bei diesem wird eine Beschichtungsvorrichtung beschrieben, die aus drei Vakuumkammern besteht und durch die zu beschichtende Substrate geführt werden. Dabei ist die erste Kammer als Vorheizkammer vorgesehen. Aus dieser kann unter Öffnen eines Vakuumventils die Substrathalterung in eine Beschichtungskammer überführt werden und von dieser nach der Beschichtung in eine Abkühlkammer gegeben werden.
Ist der Substrathalter mit einer Transporteinrichtung als Sting ausgeführt, wird der Substrathalter mit den Substraten nach dem Bedampfen wieder in die Eingabekammer zurück bewegt, in der die Substrate abgekühlt und aus dieser danach entnommen werden.
In dem Fall, dass die Transporteinrichtung als Trolley ausgeführt ist, wird der Substrathalter mit den Substraten abgekühlt und nachfolgend werden die Substrate aus einer Entnahmekammer entnommen.
Anlagen, bei der die Transporteinrichtung als Sting ausgeführt ist, werden vorzugsweise so gestaltet, dass eine Beschickung der Bedampfungskammer symmetrisch erfolgen kann.
Es wird eine gute Auslastung der Anlage dadurch ermöglicht, dass wechselseitig jeweils ein Sting von rechts bzw. von links in die Bedampfungskammer bewegt wird. Solche Anlagen bestehen meistens aus mindestens fünf in Reihe geschalteten Kammern.
Da der schiebende Sting etwa die Länge von einer Einlege- und Heizkammer hat, ergibt sich bei einer Doppelsting-Anlage eine Gesamtlänge der neunfachen der Kammerlänge. Diese große Kammerlänge ist erheblich nachteilbehaftet. Die hintereinander liegenden Kammern bringen auch den Nachteil mit sich, dass bei einer erforderlichen Wartung oder Reparatur in einer der Kammern die verbundenen Kammern ebenfalls nicht betriebsbereit sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einerseits die große Längenausdehnung des Anlagenaufbaus zu verringern und andererseits eine Ausführung von Reparaturen der Anlage bei laufendem Bedampfungsprozess zu verbessern.
Die verfahrensseitige erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung wird dadurch erreicht, dass das Vorheizen nach dem Schließen des ersten Vakuumventils in situ in der ersten Kammer erfolgt.
Da nach dem Schließen des ersten Vakuumventils die Evakuierung der ersten Kammer erfolgt, geschieht das Aufheizen des Substrates bereits unter weitgehendem Ausschluss von atmosphärischen Einflüssen. Somit kann beispielsweise eine Oxidation des Heizers oder der Substratoberfläche vermieden werden. Andererseits wird die erste Kammer zum einen als Vakuumschleuse betrieben und zum anderen als Vorheizstation genutzt, so dass sich eine zusätzliche Vorheizstation erübrigen kann, wodurch die Baulänge verkürzt wird.
In der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung vor dem Schließen des ersten Vakuumventils außerhalb der ersten Kammer von dieser vakuumdicht getrennt, gehalten wird. Nach Schließen des ersten Vakuumventils wird die Heizeinrichtung zumindest während des Vorheizens des Substrates in die erste Kammer eingebracht und spätestens vor einem erneuten Öffnen des ersten Vakuumventils wieder vakuumdicht von der ersten Kammer getrennt verbracht.
Zum Aufheizen des Substrates wird die bewegliche Heizeinrichtung nach einer Evakuierungsphase in die erste Kammer gefahren und nach dem erfolgten Aufheizen zurück an den Ausgangspunkt geführt.
Damit wird es möglich, die Heizeinrichtung ständig auf Heiztemperatur zu halten, wodurch Temperaturwechsel vermieden werden können. Zum einen ist die Heizeinrichtung damit jederzeit sofort betriebsbereit und die Aufheizphase kann kurz gehalten werden. Andererseits wird durch das vakuumdichte Verbringen der Heizeinrichtung während sie nicht benötigt wird, ein Verbleiben der Heizeinrichtung in einem Vakuum ermöglicht, wodurch wiederum atmosphärische Störeinflüsse vermieden werden können.
Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung wird die Anzahl der Kammern in Transportrichtung verringert und es ergibt sich eine Verkürzung z. B. der Doppelsting-Bedampfungsanlage von ca. 9 Kammerlängen auf fünf Kammerlängen.
Da sich die bewegliche Heizeinrichtung beim Bedampfen, anders als beim Stand der Technik, von der ersten Kammer getrennt ist, wird ein Bedampfen der Heizeinrichtung, die zumeist aus Grafitheizern besteht, mit Streudampf beim Bedampfen des Substrate verhindert.
Bei geschlossenem dritten Vakuumventil können am Heizer Reparaturen durchgeführt werden, auch wenn sich ein Substrat in der Bedampfungsphase befindet, beispielsweise auch, wenn ein Sting in der Vakuumbeschichtungsanlage eingeschoben ist.
Es wird allerdings auch möglich, die Vakuumbeschichtungsanlage als Durchlaufanlage zu betreiben. Damit wird erreicht, dass der Bedampfungsprozess in der Bedampfungskammer verstetigt wird, indem umlaufend nacheinander Substrate einen Bedampfungs-Prozessschritt in der Bedampfungskammer erfahren, während mit dem jeweils andere Substrate in vor- und nachgeschalteten Kammern die vor- und nachbearbeitenden Prozessschritte ausgeführt werden.
In einer günstigen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch vorgesehen, dass das Substrat mittels eines Sting in die zweite Kammer einbracht und aus dieser ausgebracht wird, wobei die Heizeinrichtung nach dem Einfahren des Sting in die erste Kammer bis zum Einfahren des Sting in die zweite Kammer in die erste Kammer eingebracht wird.
Damit wird erreicht, dass der Bedampfungsprozess in der Bedampfungskammer verstetigt wird, indem nacheinander Substrate, die von einer Seite in die Vakuumbeschichtungskammer eingebracht wurden, einen Bedampfungs-Prozessschritt in der Bedampfungskammer erfahren, während jeweils andere Substrate aus einer Entnahmekammer entnommen werden.
Die anordnungsseitige erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung wird dadurch erreicht, dass eine dritte Kammer vorgesehen ist, die neben der Bewegungsbahn und neben der ersten Kammer angeordnet ist, dass zwischen der ersten und der dritten Kammer ein drittes Vakuumventil angeordnet ist, und dass die Heizeinrichtung von der dritten in die erste Kammer und umgekehrt bewegbar ausgeführt ist.
Die dritte Kammer dient damit der Aufbewahrung der Heizeinrichtung während der Zeit, in der sie nicht zur Aufwärmung des Substrates benötigt wird. Nach einem Einfahren des Substrates in die erste Kammer wird in dieser ein Vakuum erzeugt. Anschließend kann das dritte Vakuumventil geöffnet werden. Da in der dritten Vakuumkammer während des gesamten Prozesses Vakuum vorgehalten werden kann, wird das Vakuum in der ersten Kammer nach einer Öffnung des dritten Vakuumventils nicht oder nur unwesentlich gestört. Jetzt kann die Heizeinrichtung in die erste Kammer eingefahren werden und erwärmt dort das Substrat. Ist das Substrat vorgewärmt, ist die Funktion der Heizeinrichtung erfüllt. Diese kann nun wieder in die dritte Kammer gefahren werden. Auch kann nun das dritte Vakuumventil geschlossen werden.
Jetzt wird das Substrat in die zweite Kammer eingefahren und dort beschichtet. Hierzu wird das zweite Vakuumventil geöffnet.
Nach der Beschichtung wird das Substrat wieder abgekühlt. Bei einer diskontinuierlich arbeitenden Vakuumbeschichtungsanlage, d. h. einer solchen, die keinen Durchlaufbetrieb realisiert, wird dieser Abkühlvorgang wieder in der ersten Kammer erfolgen. Dies ist auch möglich, da ja die Heizeinrichtung bereits aus der ersten Kammer ausgefahren werden konnte. In diesem Falle genügt die erste Kammer also drei Funktionen: Einer Schleusenfunktion, die Funktion einer Vorheizkammer und die Funktion einer Abkühlkammer. Die Integration dieser drei Funktionen in der ersten Kammer bei einer diskontinuierlich arbeitenden Vakuumbeschichtungsanlage zeigt besonders deutlich, welche Vorteile mit der Erfindung erreicht werden können, da für die drei Funktionen nur eine einzige Kammer in der Bewegungsbahn erforderlich ist, wodurch die Längserstreckung der Anlage erheblich verringert werden kann.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, dass das dritte Vakuumventil als Klappenventil ausgeführt ist. Damit kann eine relativ einfache Bauweise realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Transporteinrichtung als Sting ausgeführt. Der Einsatz eines Sting ist eine besonders einfache Realisierung einer Transporteinrichtung, durch den ein diskontinuierlicher Betrieb realisiert wird. Wie oben bereits dargestellt, werden durch die Erfindung wesentliche Nachteile beim Aufbau diskontinuierlich arbeitender Anlagen vermieden, so dass in der Ausgestaltung mit einem Sting ein geringer technischer Aufwand bei einer Verringerung von Nachteilen erreichen lässt.
Für eine bessere Auslastung der zweiten Kammer ist weiterhin vorgesehen, dass spiegelbildlich zu der zweiten Kammer die erste und dritte Kammer ein zweites Mal angeordnet ist.
Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, die zweite Kammer von zwei Seiten zu beschicken, um damit die Auslastung der Beschichtungsstation zu erhöhen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnungsfigur zeigt den schematischen Aufbau einer Doppel-Sting-Bedampfungsanlage.
Hierbei sind zwei erste Kammern 1, 2 vorgesehen, die zu beiden Seiten einer als Bedampfungskammer ausgeführten zweiten Kammer 3 angeordnet sind. Die ersten Kammern 1, 2 sind gegenüber Atmosphäre mit ersten Vakuumventilen 4, 5 verschließbar. Zwischen den ersten Kammern 1, 2 und der zweiten Kammer 3 sind zweite Vakuumventile 6, 7 angeordnet.
In der zweiten Kammer 3 wird eine Dampfwolke 8 erzeugt. An den ersten Kammern 1, 2 sind jeweils dritte Kammern 9, 10 angeordnet. Die dritten Kammern 9, 10 können auch mit ihren ersten Kammern 1, 2 integriert sein. Die dritten Kammern 9, 10 sind von ihren jeweils ersten Kammern 1, 2 über dritte Vakuumventile 11, 12 abgetrennt. Die dritten Vakuumventile 11, 12 sind als Klappenventile ausgeführt.
In den dritten Kammern 9, 10 sind Heizeinrichtungen 13, 14 angeordnet, die in die Bewegungsbahn 15 der Substrate 16, 17 bewegbar sind.
Zur Einführung eines Substrates 16, 17 von der einen und der anderen Seite wird jeweils ein Sting 18, 19 eingesetzt, deren Funktion nachfolgend an einer Seite erläutert wird. Bei der Einführung des Sting 18 mit dem darauf befestigten Substrat 16 in die erste Kammer 1 ist ein erstes Vakuumventil 4, geöffnet. Das dritte Vakuumventil 11 ist geschlossen.
Mit der Positionierung des Substrates 16 wird das erste Vakuumventil 4 geschlossen und die nunmehr abgeschlossene erste Kammer 1 wird evakuiert.
Nach dem der Evakuierung der ersten Kammer 1 wird das dritte Vakuumventil 11 geöffnet und die Heizeinrichtung 13 in die erste Kammer 1 und um das Substrat 16 so positioniert, dass dieses aufgeheizt wird.
Wenn der Heizvorgang abgeschlossen ist, wird die Heizeinrichtung 13 wieder an ihren Ausgangspunkt in der dritten Kammer 9 geführt und das dritte Vakuumventil 11 wird geschlossen.
Nunmehr wird das zweite Vakuumventil 6 und damit die zweite Kammer 3 und das Substrat 16 in den vorgesehenen Ort verschoben und die zweite Kammer 3 geschlossen, so dass in der Dampfwolke 8 die Bedampfung des Substrats 16 erfolgen kann.
Nach Abschluss des Bedampfungsvorganges werden die nachbearbeitenden Prozessschritte abgearbeitet, so dass nachfolgend das in der ersten Kammer 1 wieder abgekühlte Substrat 16 entnommen wird.
Im Anschluss wird der gleiche Vorgang auf der anderen Seite wiederholt. Dabei wird das Substrat 17 bereits in der ersten Kammer 2 aufgeheizt, während das Substrat 16 in der zweiten Kammer 3 beschichtet wird, so dass eine bestmögliche Auslastung der zweiten Kammer 3 erreicht werden kann.
Bezugszeichenliste

1: erste Kammer
2: erste Kammer
3: zweite Kammer
4: erstes Vakuumventil
5: erstes Vakuumventil
6: zweites Vakuumventil
7: zweites Vakuumventil
8: Dampfwolke
9: dritte Kammer
10: dritte Kammer
11: drittes Vakuumventil
12: drittes Vakuumventil
13: Heizeinrichtung
14: Heizeinrichtung
15: Bewegungsbahn
16: Substrat
17: Substrat
18: Sting
19: Sting

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Substrats in einer Vakuumbeschichtungsanlage, wobei das Substrat vor oder in einer ersten Kammer auf einen Substrathalter gegeben wird, die erste Kammer mittels eines ersten Vakuumventils anschließend gegen Atmosphäre geschlossen und danach evakuiert wird, das Substrat mit der Transporteinrichtung in eine zweite Kammer, die als Beschichtungskammer ausgeführt und durch ein Vakuumventil von der ersten Kammer getrennt ist, nach Öffnen des zweiten Vakuumventils transportiert und in dieser nach Schließen des zweiten Vakuumventils beschichtet wird und wobei das Substrat vor der Beschichtung mittels einer Heizeinrichtung vorgeheizt wird, wobei das Vorheizen nach dem Schließen des ersten Vakuumventils (4; 5) in situ in der ersten Kammer (1; 2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (13; 14) vor dem Schließen des ersten Vakuumventils (4; 5) außerhalb der ersten Kammer (1; 2), von dieser vakuumdicht getrennt, gehalten und nach Schließen des ersten Vakuumventils (4; 5) zumindest während des Vorheizen des Substrates (16; 17) in die erste Kammer (1; 2) eingebracht und spätestens vor einem erneuten Öffnen des ersten Vakuumventils (4; 5) wieder vakuumdicht von der ersten Kammer (1; 2) getrennt verbracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (16; 17) mittels eines Sting (18; 19) in die zweite Kammer (3) eingebracht und aus dieser ausgebracht wird, wobei die Heizeinrichtung (13; 14) nach dem Einfahren des Sting (18; 19) in die erste Kammer (1; 2) bis zum Einfahren des Sting (18; 19) in die zweite Kammer (3) in die erste Kammer (1; 2) eingebracht wird.
Vakuumbeschichtungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer ersten Vakuumkammer, die mit einem ersten Vakuumventil gegen Atmosphäre verschließbar ist, einer zweiten Vakuumkammer, die mit der ersten Vakuumkammer verbunden und über ein zweites Vakuumventil von dieser trennbar ist, einem Substrathalter, der auf einer Transporteinrichtung durch die erste in die zweite Vakuumkammer auf einer Bewegungsbahn bewegbar ist, und mit einer Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Kammer (9; 10) vorgesehen ist, die neben der Bewegungsbahn (15) und neben der ersten Kammer (1; 2) angeordnet ist, dass zwischen der ersten (1; 2) und der dritten Kammer (9; 10) ein drittes Vakuumventil (11; 12) angeordnet ist, und dass die Heizeinrichtung (13; 14) von der dritten (9; 10) in die erste Kammer (1; 2) und umgekehrt bewegbar ausgeführt ist.
Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Vakuumventil (11; 12) als Klappenventil ausgeführt ist.
Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung als Sting (18; 19) ausgeführt ist.
Vakuumbeschichtungsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass spiegelbildlich zu der zweiten Kammer (3) die erste (1; 2) und dritte Kammer (9; 10) ein zweites Mal angeordnet ist.