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DE102014102002A1 - Substratbehandlungsverfahren - Google Patents

Substratbehandlungsverfahren Download PDF

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DE102014102002A1
DE102014102002A1 DE102014102002.2A DE102014102002A DE102014102002A1 DE 102014102002 A1 DE102014102002 A1 DE 102014102002A1 DE 102014102002 A DE102014102002 A DE 102014102002A DE 102014102002 A1 DE102014102002 A1 DE 102014102002A1
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chamber
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substrates
transport device
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Thomas Meyer
Michael Brandt
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Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
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Von Ardenne GmbH
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Abstract

Der Erfindung betrifft ein Substratbehandlungsverfahren, bei dem Substrate mittels einer Transporteinrichtung in einer Transportrichtung durch eine aus mehreren Kammern bestehende Substratbehandlungsanlage hindurch bewegt werden, wobei die Substrate über unabhängig voneinander angetriebene Transportabschnitte der Transporteinrichtung bewegt werden und die Transportabschnitte der Transporteinrichtung so angetrieben werden, dass darauf angeordnete Substrate hin und her bewegt werden, wenn sie temporär in dem Transportabschnitt verweilen. Die Aufgabe mit einem Verfahren Spannungen im Substrat, die durch unterschiedliche Wärmeeinträge sowohl durch prozess- als auch störfallbedingte Verweilzeiten des Substrates in einer Kammer der Substratbehandlungsanlage, bewirkt werden, zu verringern, wird dadurch gelöst, dass innerhalb einer Kammer der Substratbehandlungsanlage ein baulich bewirkter über die Länge der Kammer periodisch schwankender Wärmeeintrag in das Substrat bei einem temporären Verweilen des Substrats in der Kammer derart kompensiert wird, dass ein sich in der betreffenden Kammer befindliches Substrat über mindestens eine Periode des Wärmeeintrags durch einen Wechsel der Transportrichtung hin und her bewegt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Substratbehandlungsverfahren, bei dem Substrate mittels einer Transporteinrichtung in einer Transportrichtung durch eine aus mehreren Kammern bestehende Substratbehandlungsanlage hindurch bewegt werden, wobei die Substrate über unabhängig voneinander angetriebene Transportabschnitte der Transporteinrichtung bewegt werden und die Transportabschnitte der Transporteinrichtung so angetrieben werden, dass darauf angeordnete Substrate hin und her bewegt werden, wenn sie temporär in dem Transportabschnitt verweilen.
  • Unter einem Substratbehandlungsverfahren soll dabei insbesondere ein Verfahren zum Auf- oder/und Abtragen einer Oberflächenschicht eines Substrats, insbesondere eines plattenförmigen Substrats, beispielsweise einer Glasscheibe oder dergleichen, verstanden werden, bei dem das Substrat durch eine Substratbehandlungseinrichtung, beispielsweise eine Beschichtungseinrichtung, Trockenätzeinrichtung oder dergleichen, oder/und durch eine zusätzlich in einer Substratbehandlungsanlage angeordnete Heizeinrichtung erwärmt wird.
  • In Anhängigkeit von dem in der Substratbehandlungsanlage zu realisierenden Substratbehandlungsverfahrens ist das zu behandelnde Substrat in verschiedenen Kammern einer Substratbehandlungsanlage unterschiedlichen Prozesstemperaturen und Temperaturregimen ausgesetzt. Die Temperaturen, welche die Substrate annehmen, sind von entscheidender Bedeutung für die Qualität des Behandlungsergebnisses.
  • Es ist bekannt, dass Substrate, die in einer Durchlauf-Vakuumbeschichtungsanlage behandelt werden, in einer Transportrichtung, die in der Längserstreckung der Substrate liegt, durch die Vakuumbeschichtungsanlage bewegt werden. Diese Vakuumbeschichtungsanlage weist ebenfalls in einer Längserstreckung, die in der Transportrichtung liegt, mehrere funktionale Kammern auf. Beispielsweise werden die Vakuumbeschichtungsanlagen als 3-Kammer-Anlagen oder als 5-Kammer-Anlagen konzipiert.
  • Eine 3-Kammer-Anlage besteht aus
    • – einer ersten funktionalen Kammer, nämlich der Eingangsschleuse, die auch eine physische Anlagenkammer darstellt,
    • – einer zweiten funktionalen Kammer, bestehend häufig aus mehreren physischen Anlagenkammern, nämlich • einer ersten Transferkammer (in einer physischen Anlagenkammer), • einer Prozesskammer (zumeist in mehreren physischen Anlagenkammern) und • einer zweiten Transferkammer (in einer physischen Anlagenkammer), und
    • – einer dritten (funktionalen) Kammer, nämlich der Ausgangsschleuse die wiederum eine physische Anlagenkammer darstellt.
  • Eine 5-Kammer-Anlage besteht aus
    • – einer ersten funktionalen Kammer, nämlich der Eingangsschleuse, die auch eine physische Anlagenkammer darstellt,
    • – einer zweiten funktionalen Kammer, nämlich einer ersten Pufferkammer, die auch eine physische Anlagenkammer darstellt,
    • – einer dritten funktionalen Kammer, bestehend aus mehreren physischen Anlagenkammern, nämlich • einer ersten Transferkammer (in einer physischen Anlagenkammer), • einer Prozesskammer (zumeist in mehreren physischen Anlagenkammern) und • einer zweiten Transferkammer (in einer physischen Anlagenkammer),
    • – einer vierten funktionalen Kammer, nämlich einer zweiten Pufferkammer, die auch eine physische Anlagenkammer darstellt, und
    • – einer fünften (funktionalen) Kammer, nämlich der Ausgangsschleuse die wiederum eine physische Anlagenkammer darstellt.
  • In den einzelnen Kammern sind die Substrate unterschiedlichen Wärmeeinträgen ausgesetzt. Je nachdem, ob in der jeweiligen Kammer ein Aufheizen oder nur ein Transfer des Substrates zur nächsten Prozesskammer oder ein kontrolliertes Abkühlen vorgesehen ist, handelt es sich um einen positiven oder negativen Wärmeeintrag. Wird durch Heizer, die beispielsweise zwischen Transportrollen der Transporteinrichtung angeordnet sind, das Substrat erwärmt, so liegt ein positiver Wärmeeintrag vor. Wird dagegen bei einer nicht beheizten Kammer Wärme über die Transportrollen oder durch Wärmeleitung oder Wärmeabstrahlung von dem Substrat in die Kammer abgeführt, liegt ein negativer Wärmeeintrag vor.
  • In einer 5-Kammer-Anlage wird ein Substrat beispielsweise in Transportrichtung vor der Prozesskammer auf eine Temperatur von ca. 200°C aufgeheizt. Hierbei ist bekannt, mehrere Heizer zwischen den Transportrollen der Transporteinrichtung in Transportrichtung hintereinander liegend anzuordnen. Dabei bewirkt jeder Heizer einen eigenen Wärmeeintrag auf das Substrat.
  • Bei diesen aktiven Heizmaßnahmen können sich die Substrate sehr stark erwärmen und es besteht das Problem, dass sich unterschiedlich heiße Zonen in den Kammern ausbilden. Im Normalbetrieb stellt das kein Problem dar, da die Substrate kontinuierlich durch die Substratbehandlungsanlage bewegt werden und sich so ein dynamisches Energiegleichgewicht einstellt. Dadurch kommt es zu einer sogenannten Verschleifung des sich in einer Kammer ausbildenden Temperaturprofils auf dem Substrat.
  • Im Moment des plötzlichen Stillstands der Transporteinrichtung, die die Bewegung der Substrate bewirkt, z.B. bei einem Substratstau, ändert sich die Situation grundlegend. Typischerweise müssen in einem solchen Fall alle Wärmequellen, also alle Heizeinrichtungen oder auch alle Substratbehandlungseinrichtungen, wie Beschichtungs- oder Ätzeinrichtungen, sofort abgeschaltet und der Substrattransport gestoppt werden. Aufgrund des sich daraus ergebenden Stillstandes der Substrate erfolgt keine Verschleifung des Temperaturprofils mehr, welches sich auf dem Substrat ausbildet. D.h. Substratteile, die sich zum Zeitpunkt des Stillstands in einem heißen Bereich befinden, z.B. direkt über einem Heizer, werden unkontrolliert weiter aufgeheizt. Dies ist sogar dann der Fall, wenn die Wärmequellen abgeschaltet werden, weil sowohl die Wärmequellen als auch andere, ebenfalls aufgeheizte Anlagenkomponenten weiter Wärme abstrahlen. Das dynamische Energiegleichgewicht wird gestört. Diese Situation führt zu thermischen Spannungen in den Substraten, in deren Folge diese sich verbiegen oder sogar brechen können.
  • In der DE 10 2010 043 804 A1 wird beispielsweise ein Verfahren beschrieben, welches der Schadensbegrenzung im Havariefall dient, bei welchem das Substrat in einem Störungsfall in einem Abschnitt der Transporteinrichtung über eine Substratlänge hin- und her bewegt wird, um eine Homogenisierung der Temperatur in den Substraten zu erreichen.
  • Es kann aber auch sein, dass in einem Prozessablauf zur Behandlung eines Substrates vorgegeben ist, dass ein Substrat länger in einer Kammer verweilen muss, um beispielsweise Taktzeiten zu verkürzen oder in Fällen, bei denen Unregelmäßigkeiten im Taktbetrieb auftreten, z.B. bei Substratlücken. Werden solche Fälle nicht berücksichtigt und wird darauf nicht entsprechend reagiert, kann es zu Verbiegungen des Substrates bis hin zum Substratbruch kommen, welche lange Wiederinstantsetzungszeiten erforderlich machen. Aber auch ein Wärmeprofil, beispielsweise ein über die Länge der Kammer periodisch auftretendes Wärmeprofil, das insbesondere durch eine Anordnung von mehreren Heizern in Transportrichtung hintereinander liegend zwischen den Transportrollen der Transporteinrichtung bewirkt wird, und das zu einem über die Länge des Substrats in Transportrichtung periodischen Temperaturprofil führen würde, gilt es bei einem Verweilen in einer Kammer auszugleichen. Selbst wenn nämlich ein solches Temperaturprofil nicht zum Glasbruch oder dergleichen führen würde, so ist wäre das Temperaturprofil dem Substrat aufgeprägt und würde sich in nachfolgenden Behandlungsschritten nicht schnell genug ausgleichen und damit zu Qualitätsschwankungen bei nachfolgenden Behandlungsschritten führen. So könnte es dann beispielsweise vorkommen, dass nachfolgende Beschichtungen streifenförmig erscheinende Schichten hervorrufen würden.
  • Es besteht daher der Bedarf an einem verbesserten Substratbehandlungsverfahren, bei dem unterschiedliche Wärmeeinträge sowohl durch prozess- als auch störfallbedingte Verweilzeiten des Substrates in einer Kammer der Substratbehandlungsanlage, Spannungen im Substrat bewirken, zu verringern.
  • Hierzu wird ein Substratbehandlungsverfahren vorgeschlagen, bei dem innerhalb einer Kammer der Substratbehandlungsanlage ein baulich bewirkter über die Länge der Kammer periodisch schwankender Wärmeeintrag in das Substrat bei einem temporären Verweilen des Substrats in der Kammer derart kompensiert wird, dass ein sich in der betreffenden Kammer befindliches Substrat über mindestens eine Periode des Wärmeeintrags durch einen Wechsel der Transportrichtung hin und her bewegt wird. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass über einen Pendelweg, der deutlich kürzer als die Länge eines Substrates ist, eine Homogenisierung der Temperatur des Substrates bewirkt wird und damit Spannungen im Substrat bis hin zum Bruch, zumindest jedoch ein Einprägen eines periodischen Temperaturprofiles, vermieden werden können. Ein baulich bewirkter über die Länge der Kammer periodisch schwankender Wärmeeintrag kann dabei der Wärmeeintrag durch einen Heizer oder auch der Wärmeabtransport über die Transportrollen sein, die alternierend hintereinander angeordnet sind.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses Verfahren bei einem Verweilen des Substrates in einer Pufferkammer ausgeführt. Eine Pufferkammer stellt dabei eine Heizkammer dar, bei der es sich als vorteilhaft erwiesen hat, zu behandelnde Substrat vor einem eigentlichen Prozessbereich auf eine vorgebbare Anfangstemperatur, z.B. 200 °C, zu heizen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses Verfahren in einer Transferkammer ausgeführt. Eine Transferkammer stellt dabei die Verbindung zwischen zwei Kammern, beispielsweise einer Pufferkammer und einer Prozesskammer dar. In der Transferkammer hängt die Verweildauer eines Punktes auf dem Substrat in der Transferkammer und damit die aufgenommene Wärmestrahlung von der Position des Punktes auf dem Substrat ab. Das bedeutet, die Art und Weise wie ein heißes Substrat durch die Anlage transportiert wird, ist entscheidend für die homogene Ausbildung des Temperaturprofils im Material. Es ist wichtig, das sichergestellt ist, dass das Substrat ständig in Bewegung bleibt.
  • Daher sollte der periodische Wechsel der Transportrichtung im vorgeschlagenen Verfahren nach einer trapezförmigen Geschwindigkeitsfunktion erfolgen. Das bedeutet, dass die Substratgeschwindigkeit zwischen den Umkehrpunkten der Substratbewegung konstant ist und damit jeder Punkt auf dem Substrat den gleichen Wärmeeintrag erfährt. In den Umkehrpunkten sollte der Wechsel in der Bewegungsrichtung so schnell wie möglich erfolgen, so dass auch da jeder Punkt auf dem Substrat nahezu den gleichen Wärmeeintrag erfährt. Idealerweise sollte der periodische Wechsel der Transportrichtung im vorgeschlagenen Verfahren nahezu nach einer rechteckförmigen Geschwindigkeitsfunktion erfolgen, d.h. das der Richtungswechsel so schnell als möglich erfolgt.
  • In einer Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die kleinste Länge der Pendelbewegung durch die Periodendauer oder durch einen Abstand von zwei in Transportrichtung aufeinanderfolgend angeordneten Transportrollen bestimmt. Damit lässt sich die Anlagenlänge verkürzen und trotzdem ein homogener Wärmeeintrag auf dem gesamten Substrat bei Verweilzeiten des Substrates in einer Kammer realisieren. Optimale Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Länge der Pendelbewegung einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer oder des Abstandes von zwei in Transportrichtung aufeinanderfolgend angeordneten Transportrollen entspricht. Bekanntermaßen sind in Bereichen, in denen das Substrat geheizt wird, die Heizer vorzugsweise zwischen den Transportrollen angeordnet.
  • Um eine optimale Temperierung der zu behandelnden Substrate zu gewährleisten, wird der Betrieb aller stromabwärts angeordneten Abschnitte der Transporteinrichtung überwacht und bei Erkennung eines Staus und/oder entsprechend einem vorzugebenden Prozessablauf zur Behandlung von Substraten werden die betreffenden Transportabschnitte der Transporteinrichtung von einer kontinuierlichen Vorwärtsbewegung zu einem periodischen Wechsel der Transportrichtung umgeschaltet.
  • Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt
  • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausschnitts einer Substratbehandlungsanlage,
  • 2 ein Wärmeeintragsprofil innerhalb der Kammer und
  • 3 das sich ausbildende Temperaturprofil auf einem zu behandelnden Substrat bei Stillstand und bei Nutzung des vorgeschlagenen Verfahrens.
  • In 1 ist schematisch eine Kammer 1 einer Substratbehandlungsanlage 2, die noch weitere Kammern 3 und 4 aufweist, dargestellt.
  • In dieser Kammer 1 ist eine Transporteinrichtung 5 zum Transport eines Substrats 6 vorgesehen. Damit kann das Substrat 6 in einer Substrattransportebene 7 in Längsrichtung 8 bewegt werden.
  • 1 deutet einen Querschnitt durch einen Teil einer Substratbehandlungsanlage 2 an, die sich folglich quer zur Längsrichtung 8, sozusagen durch die Blattebene hindurch in einer Breite erstreckt.
  • Die Transporteinrichtung 6 weist angetriebene Transportrollen 9 auf, die sich über die Breite der Substrattransportebene 7 längs, d.h. quer zur Längsrichtung der Substratbehandlungsanlage, erstrecken. Zwischen den Transportrollen 9 sind Heizer 10 angeordnet, die der Aufheizung des Substrats 6 dienen. Durch den Wechsel von Transportrolle 9 und Heizer 10 entsteht ein periodisches Profil eines Wärmeeintrages in das Substrat 6, wie es in 2 über die Länge l der Kammer 1, die eine Gesamtlänge lges aufweist, dargestellt ist.
  • Wie ersichtlich, ändert sich der Wärmeeintrag baulich bedingt periodisch zu einem über die Länge l der Kammer 1 periodisch auftretenden Wärmeeintragsprofil mit einer Periode L, die dem Abstand a zwischen zwei Transportrollen 9 entspricht.
  • Bei einer Bewegung des Substrats 6 auf den Transportrollen 9 wird der unterschiedliche Wärmeeintrag in das Substrat 6 ausgeglichen. Muss das Substrat 6 jedoch in der Kammer 1 verweilen, beispielsweise weil ein Weitertransport in die nachfolgende Kammer 4 nicht möglich ist, würde sich das Wärmeeintragsprofil als Temperaturprofil über die Länge des Substrats 6 abzeichnen, wie dies in 3 dargestellt ist, wenn dieses zum Stillstand käme.
  • Gemäß der Erfindung wird dies dadurch kompensiert, dass ein sich in der betreffenden Kammer 1 befindliches Substrat 6 über mindestens eine Periode L des Wärmeeintrags durch einen Wechsel der Transportrichtung 5 hin und her bewegt wird. Hierzu ist die Transporteinrichtung 5 derart ausgebildet, dass sie im Bereich der Kammer 1 einen selbstständig steuerbaren Transportabschnitt bildet.
  • Wird das Substrat 6 mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, werden die Temperaturunterschiede zwischen Heizer 10 und Transportrolle 9 nach jedem Weg über einen Rollabstand a vollständig kompensiert. Der zur Verfügung stehende Weg ist meist auf einen oder zwei Rollenabstände a begrenzt. Daher wird das Substrat 6 n-mal vor und zurück bewegt (gependelt). Um die negativen Einflüsse durch die nicht konstante Geschwindigkeit an den notwendigen Umkehrpunkten gering zu halten, sollte die Änderung der Bewegungsrichtung so schnell wie möglich erfolgen. Erfahrungsgemäß sollte die Pendelgeschwindigkeit mindestens 2 m/min betragen. Eine Steuerung berechnet die Geschwindigkeit so, dass genau bis zum Ende der Verweilzeit n vollständige Rollenabstände a oder vollständige Perioden L zurückgelegt wurden.
  • In 3 ist zu erkennen, dass dem periodischen Temperaturprofil 11 des Substrats 6, das sich bei einem Substratstillstand einstellen würde, ein weiteres Temperaturprofil 12 überlagert ist. Dieses resultiert aus der nicht konstanten Geschwindigkeit bei Übergängen von schnellen Transfer- in langsame Pendelbewegungen. Deshalb ist auch hier besonders darauf zu achten, dass Transfers in beheizten Bereichen mit konstanter Geschwindigkeit fahren und der Wechsel in eine andere Geschwindigkeit so schnell als möglich erfolgt.
  • Deshalb muss beispielsweise bei der Behandlung von Glassubstraten sichergestellt werden, dass diese in einem sehr heißen Temperaturregime immer in Bewegung bleiben. Sobald prozessbedingt ein Verweilen in einer Kammer vorgesehen ist, muss das Glassubstrat trotzdem in Bewegung gehalten werden. Vorzugsweise wird das Substrat 6 dann um einen Transportrollenabstand a vor und zurückbewegt in der Art, dass der Wechsel zwischen der Hin- und Her-Bewegung so schnell wie möglich erfolgt. Würde das Glassubstrat in einer Position verweilen, so würden sich die unterschiedlichen Temperaturzonen in der Kammer 1 auf dem Glassubstrat 6 ausbilden. Die maximale Temperaturamplitude, die sich dann ausbilden würde, ist abhängig von dem Temperaturunterschied zwischen den Heizern 10 und den Transportrollen 9 und der Geschwindigkeit, mit der das Substrat 6 bewegt wird.
  • Bei einem Pendeln des Substrats 6 wird sich dann das Temperaturprofil 12 über die Länge des Substrats 6 einstellen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kammer
    2
    Substratbehandlungsanlage
    3
    weitere Kammer
    4
    weitere Kammer
    5
    Transporteinrichtung
    6
    Substrat
    7
    Substrattransportebene
    8
    Längsrichtung, Transportrichtung
    9
    Transportrolle
    10
    Heizer
    11
    Temperaturprofil bei Stillstand
    12
    Temperaturprofil bei Transferbewegung
    l
    Länge
    lges
    Gesamtlänge
    L
    Periode
    a
    Abstand
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010043804 A1 [0011]

Claims (7)

  1. Substratbehandlungsverfahren, bei dem Substrate (6) mittels einer Transporteinrichtung (5) in einer Transportrichtung (8) durch eine aus mehreren Kammern (2; 3; 4) bestehende Substratbehandlungsanlage (2) hindurch bewegt werden, wobei die Substrate (6) über unabhängig voneinander angetriebene Transportabschnitte der Transporteinrichtung (5) bewegt werden und die Transportabschnitte der Transporteinrichtung (5) so angetrieben werden, dass darauf angeordnete Substrate (6) hin und her bewegt werden, wenn sie temporär in dem Transportabschnitt verweilen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Kammer (1) der Substratbehandlungsanlage (2) ein baulich bewirkter über die Länge (l) der Kammer periodisch schwankender Wärmeeintrag in das Substrat (6) bei einem temporären Verweilen des Substrats (6) in der Kammer (1) derart kompensiert wird, dass ein sich in der betreffenden Kammer (1) befindliches Substrat (6) über mindestens eine Periode (L) des Wärmeeintrags durch einen Wechsel der Transportrichtung (8) hin und her bewegt wird.
  2. Substratbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einem Verweilen des Substrats (6) in einer Pufferkammer ausgeführt wird.
  3. Substratbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Transferkammer ausgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der periodische Wechsel der Transportrichtung (8) nach einer trapezförmigen Geschwindigkeitsfunktion erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Periodendauer (L) durch einen Abstand (a) von zwei in Transportrichtung (8) aufeinanderfolgend angeordneten Transportrollen (9) bestimmt ist.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Pendelbewegung des Substrats 6 einem ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer (L) entspricht.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb aller stromabwärts angeordneten Abschnitte der Transporteinrichtung überwacht wird und bei Erkennung eines Staues und/oder entsprechend einem vorzugebenden Prozessablauf zur Behandlung von Substraten (6), die betreffenden Transportabschnitte der Transporteinrichtung (5) von einer kontinuierlichen Vorwärtsbewegung zu einem periodischen Wechsel der Transportrichtung (8) umgeschaltet werden.
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