DE4111384A1 - Verfahren und vorrichtung zur beschichtung von substraten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschichtung von Substraten entsprechend dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Zum Stand der Technik sind Beschichtungsverfahren bekannt, beispielsweise auf dem Gebiet der Großflächen-Glasbeschich­ tung für ebene, plattenförmige Substrate, die überwiegend in Durchlauf- oder sogenannten "Inline"-Anlagen stattfin­ den. Für die Beschichtung von Substraten mit unterschied­ lichen Werkstoffen oder auch für die Aufbringung verschie­ denartiger Schichtsysteme müssen die Beschichtungsanlagen so flexibel wie möglich angelegt sein und besitzen daher meist mehrere Zerstäubungskatoden.

Um Zerstäubungskatoden, die in unterschiedlichen Gasatmo­ sphären betrieben werden, sicher voneinander trennen zu können und störende Gasüberströmungen zu vermeiden, werden sogenannte dynamische Schlitzschleusen mit Zwischenpump­ stationen verwendet (siehe auch Weisweiler, Buschbeck und Schwarz "Decoupling of processes in coating systems by pumped buffers" aus Vacuum, Vol. 38, No. 8-10, Seiten 677-681, 1988).

Unter einer dynamischen Schlitzschleuse versteht man zwei planparallele Bleche, die durch ihre Spaltwirkung sowie das Zwischenpumpen die Gasüberströmung im Vakuum stark reduzieren. Die Spaltwirkung und damit die Gastrennung wird noch verstärkt durch die Tatsache, daß bei Inline- Anlagen flache Glassubstrate dicht hintereinander trans­ portiert werden und so der freie Schlitzschleusenspalt zusätzlich verengt wird.

Dieses "Gastrennprinzip" kann jedoch wirtschaftlich nur für flache Substrate verwirklicht werden. Für großfläch­ ige gebogene Substrate, z. B. Autoglasscheiben mit unter­ schiedlichen Biegungen und Krümmungsradien muß zwischen parallel zu betreibenden Katoden, die in unterschiedlichen Gasatmosphären arbeiten, eine sogenannte Bufferkammer mit zwei zusätzlichen Transferkammern eingesetzt werden. Die Bufferkammer schafft eine Gastrennung durch zwei Schleu­ senventile.

Bei Mehrschichtsystemen bedeutet dies, daß mehrere Gast­ rennkammern notwendig sind und durch die hieraus resultierende Länge die Anlagen unwirtschaftlich werden bzw. mangelnde Flexibilität der Anlagen für unterschied­ liche Schichtsysteme die Folge ist.

Als ökonomische Alternative hat sich daher für große ge­ bogene Substrate der sogenannte "Multipaß"-Anlagentyp durchgesetzt.

Die "Multipaß"-Anlagen besitzen nur noch eine Zerstäu­ bungskammer mit direkt nebeneinander angeordneten Katoden und bauen dadurch wesentlich kleiner als vergleichbare Inline-Anlagen. In einer "Multipaß"-Anlage passiert das zu beschichtende Substrat definitionsgemäß mehrmals die Zerstäubungskammer.

Da die oben genannten Beschichtungsanlagen üblicherweise zur Herstellung von Massengütern, wie z. B. Autoglasschei­ ben, im Dauerbetrieb eingesetzt sind und die Herstell­ kosten bei diesen Gütern einen nicht unerheblichen Ein­ flußfaktor darstellen, suchte man nach Sparmaßnahmen und Möglichkeiten die Produktivität zu steigern. So liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Taktzeit des Multipaßverfahrens zu senken, d. h. den Durchsatz an Sub­ straten pro Zeiteinheit zu erhöhen.

Da bei einem Mehrschichtverfahren die Zeitdauer der Beschichtungsschritte abhängig ist von der Länge des zu beschichtenden Substrats, kann an diesen Schritten nichts gespart werden. Ein weiterer Einflußfaktor sind die Eins­ putterzeiten, d. h. bevor ein Zerstäubungs-/Sputtervorgang beginnt, werden die zu zerstäubenden Katoden eingesputtert, bis sich ein stabiler Zerstäubungsprozeß einstellt. Der Einfluß der Einsputterzeiten auf die gesamte Taktzeit kann jedoch reduziert werden, indem die zu beschichtenden Sub­ strate "verlängert" werden, d. h. indem mehrere Substrate zusammengefaßt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu beschichtenden Substrate bzw. die die Substrate auf­ nehmenden Transportmittel (=Carrier) vor dem Eintritt in die Zerstäubungskammer in Gruppen, vorzugsweise von je zwei oder auch mehreren Substraten bzw. Carriern zusam­ mengefaßt werden und diese die Zerstäubungskammer gleich­ zeitig im sogenannten Dual-Multipaß-Mode durchlaufen.

Ein Beschichtungsverfahren der oben genannten Art weist mit Vorteil deutlich reduzierte Taktzeiten und somit einen erhöhten Durchsatz auf. So kann beispielsweise eine Anlage zur Beschichtung von Autoglasscheiben mit einem 4-Schicht­ system nach dem bekannten Multipaß-Verfahren einen Durchsatz von ca. 311 040 Scheiben/Jahr erreichen, während eine vergleichbare Anlage, die nach dem Dual-Multipaß- Verfahren betrieben wird, einen Durchsatz von ca. 518 400 Scheiben/Jahr erreicht. Dies entspricht einer Durchsatz- Steigerung von immerhin mehr als 60% bei einem vertret­ baren baulichen Aufwand für die Erweiterung/Änderung der Gesamtanlage. (Die Durchsatzangaben sind bezogen auf 6000 Produktionsstunden/Jahr bei einer Anlagenverfügbarkeit von 90% sowie einer Ausbringung von 96%.)

Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt verschiedenartige Ausführungsmöglich­ keiten zu; eine davon ist in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Multipaß-Sputter­ anlage, im wesentlichen bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Kammern und

Fig. 2 den prinzipiellen Ablauf des Dual-Multipaß- Verfahrens.

Wie Fig. 1 zeigt, werden die zu beschichtenden Substrate 1, 1′, . . . in Bewegungsrichtung B horizontal in eine Ein­ gangskammer 2 eingeführt, welche mittels Schiebeventile 3, 3′ verschließbar ist. An die Kammer 2 schließt sich eine Pufferkammer 4 an, die wiederum mit einem Schieber 3′′ ge­ genüber einer Transferkammer 5 verschließbar ist. Die Transferkammer 5 mündet in eine Sputterkammer 6, welche in mehrere, gleichgroße Abteilungen 6, 6′′, . . . untergliedert ist. Jedes einzelne Abteil 6′, 6′′, . . . ist mit einer Katode 7, 7′, . . . sowie einer Vakuumpumpe 8, 8′, versehen. Die Katoden 7, 7′, . . . und Pumpen 8, 8′, sind in einer Ebene angeordnet, die sich oberhalb der Be­ wegungsebene B der Substrate 1, 1′, . . . erstreckt. An die Sputterkammer 6 schließen sich ausgangsseitig die gleichen Kammern an, wie sie auch schon eingangsseitig angeordnet sind, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Dies sind eine Transferkammer 9, eine Pufferkammer 10 sowie eine Aus­ gangskammer 11, wobei diese Kammern jeweils durch Schieber 3, 3′, . . . zu verschließen sind. Die Substrate 1, 1′, . . . können einerseits, wie oben beschrieben, frei durch die Kammern, 2, 4, 5, . . . hindurchbewegt werden und anderer­ seits auch auf Carrier 12, 12′, . . . aufgelegt die Kammern 2, 4, 5, . . . durchlaufen, wobei ein Carrier 12, 12′, ein oder auch mehrere Substrate 1, 1′, . . . aufnehmen kann.

In Fig. 2 ist zum einen der prinzipielle Aufbau einer Multipaß-Sputteranlage gemäß Fig. 1 übernommen, der im wesentlichen aus den Kammern 2, 4, 5, 6, 9, 10 und 11 be­ steht. Die Längen der Kammern sind so bemessen, daß in die Kammern 2, 4, 10 und 11 jeweils ein und in die Kammern 5, 6 und 9 jeweils zwei Substrate 1, 1′, . . . bzw. Carrier 12′ 12′, . . . einbringbar sind. In der Sputterkammer 6 sind oberhalb der Bewegungsebene B mehrere Katoden 7, 7′, . . . angeordnet.

Diese oben beschriebene Kammeranordnung ist zum andern nun in Fig. 2 mehrfach dargestellt, wobei der zeitliche Ab­ lauf eines Dual-Multipaß-Verfahrens in einzelnen Verfah­ rensschritten aufgezeigt ist. In dem dargestellten Bei­ spiel handelt es sich um ein auf die Substrate 1, 1′, . . . aufzubringendes Dreischichtsystem.

Die Verfahrensschritte sind am linken Bildrand der Fig. 2 numeriert und wie folgt definiert:

• 1. In der obersten Darstellung ist der Ausgangszustand vor Beginn des Beschichtungsverfahrens gezeigt; es befindet sich je ein Substrat 1, 1′, . . . in den Kam­ mern 2, 4 und 5.
• 2. Ein Substrat wird in Bewegungsrichtung B aus der Pufferkammer 4 in die Transferkammer 5 überführt.
• 3. Ein Substrat 1′′ wird aus der Eingangskammer 2 in die Pufferkammer 4 nachgeführt. In der Transferkammer 5 befinden sich nun zwei Substrate 1, 1′ gleichzeitig (Dual). Der Dual-Multipaß-Prozeß ist startbereit.
• 4. In die nun leere Eingangskammer 2 wird ein Substrat 1′′′ nachgeführt. In der Pufferkammer 4 befindet sich ein Substrat 1′′. Der Dual-Multipaß-Prozeß beginnt; die beiden Substrate 1, 1′ werden in die Sputterkammer 6 transportiert und mit einer ersten aufzustäubenden Schicht versehen.
• 5. In den beiden Kammern 2 und 4 befindet sich je ein Substrat 1′′, 1′′′. Die beiden mit einer ersten Beschichtung versehenen Substrate 1, 1′ sind nun auf "Warteposition" in der Transferkammer 9.
• 6. Die beiden Substrate 1′′, 1′′′ verbleiben in den Kam­ mern 2 und 4. Die Substrate 1, 1′ werden nun gleich­ zeitig (dual) und entgegen der bisherigen Bewegungs­ richtung in Richtung E durch die Sputterkammer 6 in die Transferkammer 5 bewegt, wobei in der Sputterkammer 6 eine zweite Schicht auf die Substrate 1, 1′ aufgebracht wird.
• 7. Die beiden Substrate 1, 1′ werden nun wieder gleich­ zeitig (Dual) in Richtung B durch die Sputterkammer 6 hindurchbewegt, wobei eine dritte Schicht aufgebracht wird. Die Substrate 1′′, 1′′′ werden simultan zu den bereits beschichteten Substraten 1, 1′ in Bewegungs­ richtung B jeweils um eine Kammer weitergeführt, so daß nach Ende des 7. Schrittes wieder die Ausgangs­ position erreicht ist, wie in Schritt 1 beschrieben und ein neuer Dual-Multipaß-Beschichtungsprozeß kann beginnen.

Anstelle der in Fig. 2 gezeigten Substrate 1, 1′, . . . könnten die Verfahrensschritte auch mit Carriern 12, 12′, . . . beschrieben werden.

Bezugszeichenliste

 1, 1′, . . . Substrat
 2 Eingangskammer
 3, 3′, . . . Schieberventile
 4 Pufferkammer
 5 Transferkammer
 6 Zerstäubungskammer, Vakuumkammer
 6′, 6′′, . . . Abteilungen
 7, 7′, . . . Katode
 8, 8′, . . . Vakuumpumpe
 9 Transferkammer
10 Pufferkammer
11 Ausgangskammer
12, 12′, . . . Carrier
B Bewegungsrichtung, -ebene
E Bewegungsrichtung

Claims (3)

1. Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Sub­ straten (1, 1′, . . .) vorzugsweise mittels Katodenzer­ stäubung in einer Vakuumanlage, bestehend aus min­ destens einer Zerstäubungskammer (6), die in mehrere Abteilungen (6, 6′, . . .) untergliedert ist, welche mit beispielsweise je einer Katode (7, 7′, . . .) gleichen oder unterschiedlichen zu zerstäubenden Werkstoffs versehen sind und mittels der einzeln oder in Gruppen zu betreibenden Katoden (7, 7′, . . .) sowie unterschiedlicher, in der Kammer einzustellender Ver­ fahrensbedingungen verschiedenartige Schichtsysteme auf die zu beschichtenden, vorzugsweise gebogenen Substrate (1, 1′, . . .) aufbringbar sind und die Sub­ strate (1, 1′, . . .) mittels eines Transportsystems, vorzugsweise mittels Carrier (12, 12′, . . .) in einer Bewegungsrichtung (B), die vorzugsweise in Haupter­ streckungsrichtung der Anlage verläuft, durch die Vakuumanlage hindurch bewegbar sind und die Substrate (1, 1′, . . .) die Zerstäubungskammer (6) mehrfach in Bewegungsrichtung (B) sowie in entgegengesetzter Rich­ tung (E) im sogenannten Multipaß-Mode durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtenden Substrate (1, 1′, . . .) bzw. die die Substrate (1, 1′, . . .) aufnehmenden Carrier (12, 12′, . . .) vor dem Eintritt in die Zerstäubungskammer (6) in Gruppen von mehreren vorzugsweise von je zwei Substraten (1, 1′, . . .), bzw. Carriern (12, 12′, . . .) zusammengefaßt sind und diese die Zerstäubungskammer (6) im sogenann­ ten Dual-Multipaß-Mode gleichzeitig durchlaufen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate (1, 1′, . . .) bzw. Carrier (12, 12′, . . .) einzeln in eine, in Bewegungsrichtung (B) vor der Zerstäubungskammer (6) angeordnete Transfer­ kammer (5) eingeschleust sind.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle weiteren Kammern (2, 4, 10, 11), die sich an die Zerstäu­ bungskammer (6) sowie die beiden Transferkammern (5, 9) anschließen, in ihrer räumlichen Erstreckung so bemessen sind, daß gerade ein Substrat (1, 1′, . . .) bzw. Carrier (12, 12′, . . .) in diese Kammern (2, 4, 10, 11) einbringbar ist.