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DE19808163C1 - Airlock system for transfer chamber of vacuum coating installation - Google Patents

Airlock system for transfer chamber of vacuum coating installation

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DE19808163C1
DE19808163C1 DE1998108163 DE19808163A DE19808163C1 DE 19808163 C1 DE19808163 C1 DE 19808163C1 DE 1998108163 DE1998108163 DE 1998108163 DE 19808163 A DE19808163 A DE 19808163A DE 19808163 C1 DE19808163 C1 DE 19808163C1
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DE
Germany
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buffer sections
chamber
substrate
vacuum
lock
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Expired - Lifetime
Application number
DE1998108163
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German (de)
Inventor
Hans-Christian Dipl Ing Hecht
Olaf Dipl Ing Gawer
Dietmar Dr Rer Nat Dip Schulze
Wolfgang Dipl Ing Erbkamm
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Von Ardenne GmbH
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Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • 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
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C23C14/564—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases
    • C23C14/566—Means for minimising impurities in the coating chamber such as dust, moisture, residual gases using a load-lock chamber

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Abstract

The transfer chamber (1) consists of several successive buffer sections (3, 3', 3'') attached to vacuum generators (4, 4', 4''). The buffer sections are constituted so that pressure decoupling is attained between the airlock chamber (6) and the process chamber (7). Transfer chamber (1) consists of several successive buffer sections (3, 3', 3'') which are provided with slits (2, 2', 2'') for substrate transport, but are otherwise separated from one another in a vacuum-tight manner. Each section either has its own vacuum generator (4, 4', 4'') or is evacuated by vacuum generators of neighboring sections via suction openings (5, 5', 5'') in walls (10). The flow rate capacity of these openings is at least ten times the flow rate capacity of the slits (2, 2', 2''). The buffer sections are constituted so that pressure decoupling is attained between the airlock chamber (6) and the process chamber (7).

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.The invention relates to a lock system for the transfer chamber of a vacuum coating system for transport flat, large-area substrates or substrateless between an inconsistent working usually abge by means of valve bordered lock chamber and a continuously working Process chamber with lower working pressure. This lock system consists of container, transport system, connected Vacuum generator and the chamber volume in buffer sections dividing fixtures.

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.As a result, individual items are used in a vacuum coating system substrate or substrateless over the graded, through valves separate lock system from atmosphere starting the process area of the vacuum coating system and then removed again.

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.In particular, the invention describes an optimized sluice sensor system for coating systems with cycle times <75 s for large, flat substrates or substrateless, preferably in the dimensions 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.It is known for example from US 3 925 182 that the attached to the coating part of the vacuum system on both sides te lock area mostly from the front lock, main lock and Transfer chamber exists. In the feeder on the input side  se is after the substrate has been introduced and the Valves from atmosphere starting with rotary vane or similar and / or Roots pumps pumped. Usually are used for systems with cycle times <75 s. a. gas cooled Roots pumps are used. The promoted high gas flow usually requires a valve to shut off cyclically Bare bypass line for the downstream rotary valve over pump.

Bei Erreichen des Druckes Pv 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.When the pressure P v in the pre-lock is reached, the valve to the main lock is opened; due to the pressure equalization between these two chambers, a transfer pressure Püi is established; the substrate is led into the main lock.

Die Hauptschleuse wird in der Regel kontinuierlich mittels mehrstufigen Wälzkolbenpumpen und vorgeschalteter Drehschie­ berpumpe evakuiert. Nach Erreichen des Druckes pH in der Hauptschleuse wird das Ventil zur Überführungskammer geöffnet und das Substrat zur Überführungskammer überführt. Dabei stellt sich der Überführungsdruck pÜ2 < pH ein.The main lock is usually continuously evacuated using multi-stage Roots pumps and an upstream rotary valve pump. After the pressure p H in the main lock has been reached, the valve to the transfer chamber is opened and the substrate is transferred to the transfer chamber. The transfer pressure p Ü2 <p H is established .

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:
EP 0 018 690 A1 describes a lock system for pressure adjustment between the transfer and coating chamber. The transfer chamber has two main functions:

  • - Transformation der diskontinuierlichen zur kontinuierli­ chen Substratbewegung (eingangsseitig) und umgekehrt (aus­ gangsseitig)- Transformation of discontinuous to continuous Chen substrate movement (input side) and vice versa (from aisle side)
  • - Herstellen eines Gradienten zwischen dem Druck pB im Be­ schichtungsteil und dem Überführungsdruck pÜ2 bzw. dem eingangsseitigen Druck in der Überführungskammer.- Establishing a gradient between the pressure p B in the coating part and the transfer pressure p Ü2 or the input-side pressure in the transfer chamber .

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.The transfer chamber is mostly in ge by baffles separated two and three equipped with high vacuum pumps Areas divided. In the respective areas only insignificant pressure gradations achieved.

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.DE 43 03 462 C2 describes a multi-chamber vacuum coating processing system for flat glass with adjustable cross-sectional opening voltage between the coating chambers by either the upper part of the lock or the lower part of the lock including trans port system for adjusting the slot opening and for preventing the gas transfer between the chambers is adjusted.

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. The more common, for example, shown in DE 43 03 462  Guide screens used wisely are on the underside of the substrate arranged between the substrate transport system, to the substrate parallel and at a short distance from the lower edge of the substrate sensitive sheet-like structures with a seal to the container the and on the substrate top cuboid, more generous deflection-resistant structures open at the top with flat Bottom with a minimal distance to the top edge of the substrate.  

Ziel der Druckabstufung über die Vor-, Hauptschleuse und Über­ führungskammer ist ein vom Zykluszustand unabhängiger kon­ stanter Druck pB im Prozeßbereich der Anlage. Durch den Schleusungsvorgang des Substrates zwischen beiden Kammern steigt der Druck pT1 sprunghaft an. Durch die Geometrie der folgenden Leitblende und dem Druckgefälle pT1 - pT2 bedingt, ergibt sich ein Gasstrom durch die Leitblende, der sich in einer z. T. zeitlich verzögerten und in der Intensität abge­ schwächten Druckerhöhung Δ pT2 äußert. Diese Druckerhöhung ist neben dem Gasstrom durch die Leitblende von der an dieser Sektion installierten Saugleistung und dem Volumen der Sektion abhängig.The aim of the pressure gradation via the pre-lock, main lock and transfer chamber is a constant pressure p B independent of the cycle state in the process area of the system. As a result of the process of smuggling the substrate between the two chambers, the pressure p T1 rises suddenly. Due to the geometry of the following baffle and the pressure drop p T1 - p T2 , there is a gas flow through the baffle, which is in a z. T. time delayed and attenuated in intensity attenuated pressure increase Δ p T2 expresses. In addition to the gas flow through the guide orifice, this pressure increase is dependent on the suction power installed in this section and the volume of the section.

Die Dimensionierung der Saugleistung an den Sektionen muß häufig anhand der kurzzeitig auftretenden Maximalwerte von ΔpT2... ΔpTn 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 pÜ1 und pÜ2. Niedrige Überführungsdrücke pÜ1 und pÜ2 zwingen zu kosteninten­ siven Pumpenkombinationen u. a. der gasgekühlten Wälzkolbenpum­ pe an der Hauptschleuse.The dimensioning of the suction power at the sections must often be based on the briefly occurring maximum values of Δp T2 ... Δp Tn ; the suction power is oversized for the cumulative gas load in the sections during the cycle time. The dimensioning of the suction power installed in front and main locks is based on the maximum tolerable transfer pressures p Ü1 and p Ü2 . Low transfer pressures p Ü1 and p Ü2 force cost-intensive pump combinations, including the gas-cooled Roots pump at the main lock.

Ziel der Entwicklung muß eine Steigerung der Überführungs­ drücke pÜ1 und PÜ2 sein, um den Einfluß auf die Schwankungen des Arbeitsdruckes in den Prozeßkammern < 10% zu gewährleisten.The aim of the development must be to increase the transfer pressures p Ü1 and P Ü2 in order to ensure the influence on the fluctuations in the working pressure in the process chambers <10%.

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.The object of the invention is to design the transfer area between the lock chamber and the process chamber so that a high pressure decoupling is possible and thus the process-related periodic pressure fluctuations do not affect the vacuum in the process chamber area. The special design of the transfer area should allow a pressure in the area of the adjoining lock chambers between 5 × 10 -2 mbar and 1 × 10 -3 mbar and only insignificant pressure changes (<10%) to the sections of the coating area that follow each other to lead. In addition, the constructive solution of the transfer area should largely effect pressure decoupling of the process area from the lock chambers, in order to suppress the pressure or vacuum changes that usually occur due to varying substrate arrangements and substrate sizes as well as varying substrate gaps of the goods to be transported.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Kammervolumen des Überführungsbereiches in mehrere Sektionen derart unterteilt wird, daß
The object is achieved in that the chamber volume of the transfer area is divided into several sections in such a way that

  • - die Puffersektionen jeweils mit Hochvakuumpumpen verbunden sind,- The buffer sections are each connected to high vacuum pumps are,
  • - das Volumen der einzelnen Puffersektionen so groß wie möglich ausgestaltet wird, wobei das Gesamtvolumen aller Puffersektionen nahezu dem ursprünglichen Kammervolumen entspricht,- The volume of the individual buffer sections as large as possible, the total volume of all Buffer sections almost the original chamber volume corresponds to
  • - die einzelnen Puffersektionen bis auf Saugöffnungen in Richtung der Substrattransportebene in sich geschlossene vakuumdichte Konstruktionen sind,- The individual buffer sections except for suction openings in Self-contained direction of the substrate transport plane are vacuum-tight constructions,
  • - die konstruktive Ausgestaltung der Begrenzungswand zur Substrattransportebene zu einem hohen Strömungswiderstand im Transportkanal führt,- The structural design of the boundary wall Substrate transport level for high flow resistance leads in the transport channel,
  • - und der Spalt an der Begrenzungswand zur Substrattrans­ portebene mindestens den zehnfachen Strömungsleitwert gegenüber dem Spalt für den Substrattransport besitzt.- And the gap on the boundary wall to the substrate trans port level at least ten times the flow conductance opposite the gap for the substrate transport.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Lösung liegt in der Reali­ sierung von nahezu gleichgestalteten Puffersektionen innerhalb der Überführungskammer.An advantageous embodiment of the solution lies in the reali almost identical buffer sections within the transfer chamber.

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.A special version is also that individual Buffer sections without their own high vacuum pumps with over Neighboring sections are evacuated. Beyond that in the individual buffer sections cryopumps or selective steam-pumping cooling surfaces must be installed. Besides, is  it is advantageous in the suction opening to the substrate transport level to arrange the front third of the buffer section.

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.The invention is explained using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing, the lock system for Be coating systems is shown schematically. In a transfer chamber ( 1 ) there is a transport system ( 9 ) consisting of rollers driven by toothed belts. Adjacent to the transfer chamber ( 1 ), the lock chamber ( 6 ), which can be vacuum-separated by means of valve ( 8 ), and the process chamber ( 7 ) are arranged.

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.The flow guide elements on the underside of the substrate ( 11 ) are realized by flat supports on the top and are arranged between the transport rollers with a small distance of approximately 5 mm from the underside of the substrate ( 11 ).

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.The flow guide elements on the substrate top ( 10 ) are formed by upwardly open, cuboid block constructions with the substrate ( 12 ) parallel underside and one-sided vertical opening, the distance to the strat top usually being about 5 mm and adjustable. These tops can be removed from the transfer chamber by crane.

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.In the transfer chamber ( 1 ) three flow guide elements consisting of the elements ( 10 ) and ( 11 ) are arranged so that three buffer sections ( 3 ... 3 ") are formed, which in turn are evacuated via turbomolecular pumps ( 4 ).

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. 1. lock system for the transfer chamber of a vacuum coating system for the transport of flat, large-area substrates or substrate lots between a discontinuously working lock chamber ( 6 ), which is generally delimited by means of a valve, and a continuously working process chamber ( 7 ) with a lower working pressure, consisting of container, Transport system, connected vacuum generator as well as the chamber volume in buffer sections under dividing internals, characterized in that the transfer chamber ( 1 ) consists of several, with a gap for the substrate transport ( 2 ... 2 ") NEN and otherwise vacuum-tightly separated buffer sections ( 3 ... 3 "), which can be evauuated by means of separate vacuum generators ( 4 ... 4 ") or without the same via the vacuum generators ( 4 ... 4 ") of the adjacent buffer sections and in their boundary wall facing the substrate ( 10 ) a suction opening ( 5 ... 5 ") is arranged, the flow line itwert is at least ten times the flow conductance of the gap for the substrate transport ( 2 ... 2 "), and the design of the buffer sections ( 3 ... 3 ") is selected so that it decouples the pressure of the process area ( 7 ) caused by the lock chamber ( 6 ). 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.2. Lock system according to claim 1, characterized in that the suction openings ( 5 ... 5 ") in the substrate facing boundary wall ( 10 ) of the buffer sections ( 3 ... 3 ") are arranged asymmetrically in the substrate transport direction. 3. Schleusensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Puffersektionen (3... 3") zusätzlich Kryoflächen installiert sind.3. Lock system according to claim 1 or 2, characterized in that in the buffer sections ( 3 ... 3 ") additional cryopans are installed. 4. Schleusensystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzahl der Puffersektio­ nen (3... 3") variabel ist.4. Lock system according to claim 1, characterized in that the number of buffer sections NEN ( 3 ... 3 ") is variable.
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