DE102005045718B4 - Träger für ein Substrat - Google Patents
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Abstract
Träger für ein Substrat, wobei wenigstens Teile des Trägers aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, der größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorgegebenen Bereich des Trägers (1) ein Steg (17) mittig befestigt ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als der des Bereichs ist, an dem er befestigt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Träger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- In Sputteranlagen werden oft Substrate an einem so genannten Target vorbeigeführt, von dessen Oberfläche Teilchen zerstäubt werden, die sich auf dem Substrat niederschlagen. Als Substrate kommen zum Beispiel Glasscheiben in Frage, die durch eine Inline-Sputter-Anlage transportiert werden. Diese Glasscheiben sind in einen Rahmen eingelassen, der mit einer Transportvorrichtung verbunden ist.
- So ist eine Vorrichtung für den Transport von Substraten in und durch Vakuum-Behandlungsanlagen bekannt, die ein massives Fußteil aufweist, das aus zwei Radsätzen besteht, die mit einer Schiene und einem Stützlager korrelieren (
DE 41 39 549 A1 ). Hierbei werden die zu behandelnden Substrate mittels eines rechteckigen Substrathalters gehalten. - Weiterhin ist ein ringförmiger Substrathalter für die Halterung einer runden Substratscheibe bekannt, wobei dieser Substrathalter seinerseits von vier gleichverteilten Haltearmen gehalten wird (
DE 102 11 827 C1 ). - Weisen die in Rahmen gehaltenen Substrate einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als der Rahmen selbst, können die Substrate an den Rändern ungleichmäßig und einseitig in zu hohem Maße abgedeckt werden. Bei Wafern spricht man dann von einer „edge exclusion", d. h. von einem peripheren Bereich des Wafers, der nicht beschichtet wird.
- Bei einem weiteren bekannten Substrathalter, der als Rahmen ausgebildet ist (
JP 09217173 A - Ferner ist ein Substrathalter bekannt, der aus Ti oder einer Ti-Legierung besteht (
JP 04325679 A - Es ist auch eine Haltevorrichtung zum Bilden eines Films auf einem Glassubstrat bekannt, die mit einem Verriegelungshaken versehen ist (
JP 2004211133 A JP 2000129441 A JP 05230651 A - Schließlich ist auch noch ein Halterahmen zum Festhalten von einem scheibenartigen Substrat bekannt, das einen Halterahmen aufweist, der biegeweich ausgebildet ist (
CH 684 602 A5 - Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Träger für Substrate zu schaffen, bei dem die Substrate am Rand gleichmäßig und nicht zu stark abgedeckt werden.
- Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Die Erfindung betrifft somit einen Träger für ein Substrat, wobei wenigstens Teile des Trägers aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, der größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats ist. Um eine ungleichmäßige Beschichtung des Substrats an den Rändern, insbesondere beim Sputter-Verfahren, zu vermeiden oder wenigstens zu verringern, wird ein Steg mittig mit dem Träger verbunden. Dieser Steg hat einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Bereich des Trägers, an dem er befestigt ist.
- Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass durch die Kombination von leichtem, kostengünstigem Aluminium, das sich sehr stark ausdehnt, mit einer Zentrierung aus einem sich weniger stark ausdehnenden Material, z. B. Titan eine „edge exclusion" verringert wird.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
-
1a bis1c Prinzipdarstellungen eines Substratträgers mit einem Substrat bei verschiedenen Wärmedehnungen; -
2 einen rahmenförmiger Substratträger mit einem Steg aus einem Material mit relativ kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten, beispielsweise aus Titan; -
3a bis3c schematische Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung; -
4 einen Schnitt B-B durch die Vorrichtung der3a . - In den
1a bis1c ist das Prinzip der Lagerung eines flächigen Substrats2 auf Stegen3 ,4 eines herkömmlichen Substratträgers1 dargestellt. Anhand dieser Figur soll die Problematik aufgezeigt werden, die es zu lösen gilt. Bei dem Substrat2 soll es sich um Glas handeln, während der Substratträger1 aus Aluminium besteht. - Die
1a zeigt den Zustand bei etwa 20°C (0°C = 273,15 K, d. h. 20°C = 293,15 K). Die Enden40 ,41 des Substrats2 stoßen hierbei an die Vorsprünge42 ,43 der Stege3 ,4 an. Mit44 ist diejenige Seite des Substrats2 bezeichnet, die beschichtet werden soll. In der in1a gezeigten Position des Substrats2 würden diejenigen Bereiche a, b, die von den Stegen3 ,4 abgedeckt werden, nicht beschichtet, wenn gesputtert würde. Die Bereiche a und b sind hierbei gleich groß. - Das Sputtern findet indessen bei einer beispielsweise um 220 K (= ca. 513,15 K) höheren Temperatur statt, bei welcher sich Glas und Aluminium unterschiedlich ausdehnen. Die Darstellungen der
1b und1c zeigen, wie sich diese unterschiedliche Ausdehnung auswirkt. Die miteinander verbundenen Stege3 ,4 aus Aluminium – die Verbindungen sind nicht dargestellt – wandern hierbei weitaus mehr nach der Seite hin als das Substrat2 . Dabei kann es zu zwei verschiedenen Konstellationen kommen, von denen die eine in1b und die andere in1c dargestellt ist. - Wie die Praxis zeigt, liegt einer der Endbereiche
45 ,46 des Substrats2 immer etwas fester als der andere auf den Stegen3 ,4 , mit dem Ergebnis, dass ein Endbereich – in1b der Endbereich46 – sich von dem Vorsprung42 entfernt, während der andere Endbereich45 seine ursprüngliche Position beibehält. - Hierdurch wird das Substrat
2 im Endbereich46 fast vollständig beschichtet, während der Endbereich45 unbeschichtet bleibt. -
1c zeigt den Fall, dass der Endbereich46 in seiner ursprünglichen Lage verbleibt, während der Endbereich45 relativ zum Steg4 wandert. - In
1b findet somit die „edge exclusion" im Endbereich45 , in1c dagegen im Endbereich46 statt. - Handelt es sich bei dem Substrat um eine 1950 mm breite Glasscheibe und beträgt die Temperaturdifferenz zum Beispiel ΔT = 220 K, so ergibt sich für das Glas eine Wärmedehnung von 1,6 mm und für Aluminium eine Wärmedehnung von 10,2 mm. Die Strecke E beträgt somit 8,6 mm.
- In der
2 ist ein erfindungsgemäßer Substratträger1 mit dem Substrat2 dargestellt. Bei dem Substrat2 handelt es sich wieder um eine Glasscheibe. Der Substratträger1 wird im Wesentlichen durch einen Rahmen mit zwei vertikalen Stegen3 ,4 und zwei horizontalen Platten5 ,6 gebildet. Bei den vertikalen Stegen3 ,4 handelt es sich beispielsweise um Stege aus Titan. Sie können jedoch auch aus einem anderen Material bestehen. Die horizontalen Platten5 ,6 bestehen vorzugsweise aus Aluminium und sind über Schrauben oder Nieten7 ,8 ,9 ,10 bzw.11 bis16 mit den Enden der vertikalen Stege3 ,4 verbunden. Dicht unterhalb des Substrats2 verläuft ein relativ dünner Steg17 aus Titan, der an seinen Enden jeweils einen nach oben gerichteten Finger18 ,19 aufweist. Dieser Steg17 ist über eine Schraube20 oder dergleichen mittig mit der Aluminium-Platte6 verbunden. In der Aluminium-Platte6 ist unter dem Steg17 eine nicht dargestellte Rinne vorgesehen, durch welche der Titan-Steg17 geführt wird. - Wird das Substrat
2 ohne den Steg17 und die Finger18 ,19 – also nur auf den Aluminium-Platten5 ,6 aufliegend – durch eine erhitzte Sputterkammer transportiert, so dehnen sich die Aluminium-Platten5 ,6 stärker aus als das aus Glas bestehende Substrat2 . Die Stege3 ,4 entfernen sich also voneinander – wie in den1a bis1c dargestellt –, was bedeutet, dass das Substrat2 nicht mehr durch diese Stege3 ,4 begrenzt wird. Das Substrat2 kann sowohl mit seiner linken Kante (vgl.1c ) am Steg3 als auch mit seiner rechten Kante (vgl.1b ) am Steg4 liegen. In beiden Fällen liegt es nicht mehr zentrisch zu den Stegen3 ,4 , was zu ungleichmäßig beschichteten Rändern des Substrats2 führen kann. - Liegt dagegen das Substrat
2 zwischen den Fingern18 ,19 des Titan-Stegs17 , so bleibt das Substrat2 zentriert, weil der Titan-Steg17 in seiner Mitte mit der Mitte der Aluminium-Platte6 verbunden ist. Der Titan-Steg17 wandert symmetrisch zur Schraube20 nach links und nach rechts. - Da Titan einen wesentlich geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Aluminium besitzt, verschiebt sich das Substrat
2 relativ zu den Fingern18 ,19 nur gering. Es bleibt somit relativ zu den vertikalen Stegen3 ,4 zentriert. - In den
3a bis3c ist dies noch einmal im Prinzip dargestellt. - Die
3a zeigt die Situation bei etwa 20°C. Die Finger18 ,19 des Titan-Stegs17 stoßen hierbei einerseits an die Vorsprünge42 ,43 und andererseits an die Enden40 ,41 des Substrats. - Bei einer beispielsweise um 220 K erhöhten Temperatur stellt sich entweder die Konstellation gemäß
3b oder die Konstellation gemäß3c ein. - Da sich Titan weitaus weniger als Aluminium bei zunehmender Wärme dehnt, hat das Substrat
2 nur ein geringes Spiel c bzw. d gegenüber dem Finger19 bzw.18 des Titan-Stegs17 . Die Beschichtung des Substrats2 ist somit wesentlich gleichmäßiger als im Fall der1b und1c . Bei einer Temperaturdifferenz von 220 K dehnt sich der Titan-Steg17 bei einer angenommenen Breite nur um 3,5 mm aus. Die Abstände c und d betragen damit nur 1,9 mm. Statt Titan können auch andere Materialien mit geringerer Wärmeausdehnung verwendet werden, z. B. Keramiken, die gegebenenfalls mit Glasfasern verstärkt sind. - In der
4 ist ein Schnitt B-B durch die Anordnung gemäß3a gezeigt. Man erkennt hierbei wieder die Finger18 ,19 des Titan-Stegs17 . Der Rahmen3 ,4 ,50 ist hierbei überall aus dem gleichen Material, z. B. aus Aluminium.
Claims (10)
- Träger für ein Substrat, wobei wenigstens Teile des Trägers aus einem Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, der größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vorgegebenen Bereich des Trägers (
1 ) ein Steg (17 ) mittig befestigt ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als der des Bereichs ist, an dem er befestigt ist. - Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (
17 ) an seinen Enden Vorsprünge (18 ,19 ) aufweist, zwischen denen ein Ende des Substrats (2 ) liegt. - Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (
1 ) rahmenförmig ausgebildet ist. - Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens Teile (
5 ,6 ) des Trägers (1 ) aus Aluminium bestehen. - Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei vertikale Stege (
3 ,4 ) und zwei horizontale Platten (5 ,6 ) aufweist, wobei die horizontalen Platten (5 ,6 ) aus Aluminium bestehen. - Träger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden vertikalen Stege (
3 ,4 ) aus Titan bestehen. - Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (
2 ) eine Glasscheibe ist. - Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Träger (
1 ) befestigte Steg (17 ) aus Titan besteht. - Träger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontalen Platten (
5 ,6 ) mit den Enden der vertikalen Stege (3 ,4 ) des Trägers (1 ) verbunden sind und der Steg (17 ) mit der unteren der horizontalen Platten (6 ) mittig in Verbindung steht. - Rahmenförmiger Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (
6 ), auf welcher der Steg (17 ) angeordnet ist, eine horizontale Führung für diesen Steg (17 ) aufweist.
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