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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumanlage mit mindestens zwei Vakuumkammern
und einer Schleusenkammer zwischen den Vakuumkammern nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Insbesondere
betrifft die Einrichtung Vakuumanlagen, in denen plattenförmige Substrate
oder Substrate auf plattenförmigen
Substratträgern
behandelt werden sollen. Dabei müssen
die Substrate beispielsweise von einer Prozesskammer mit einem Arbeitsdruck
von 100 mbar zu einer zweiten Prozesskammer mit einem Arbeitsdruck
ebenfalls von 100 mbar aber mit unterschiedlichen Prozessgasen bewegt
werden, ohne dass sich die Prozessgase während des Transportes der Substrate
vermischen können.
Die Taktzeiten liegen dabei bei Substratanordnungen von 1 m2 in der Praxis allgemein im Bereich von
etwa einer Minute.
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Stand der Technik
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Nach
dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, bei denen die
Substrate mehrere Prozesskammern durchlaufen, in denen während der
Bearbeitung ein Vakuum oder eine spezifische Atmosphäre aufrechterhalten
werden muss und die deshalb vakuumdicht verschlossen werden. Dabei
werden zwischen zwei aufeinander folgende Prozesskammern Schleusenkammern
angeordnet, in denen vor der Schleusung in die nächste Prozesskammer die Prozessparameter
angepasst werden.
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Bei
aktuellen Entwicklungen dieser Durchlaufanlagen, auch Inline-Anlagen
genannt, soll insbesondere der Wirkungsgrad der Anlagen erhöht und die
Taktzeiten sowie die Anlagengröße verringert werden.
Dazu werden mehrere Prozessschritte miteinander derart kombiniert,
dass der Aufwand für
die Be- und Entladung der Prozesskammern sowie den Druck- und/oder
Prozessgaswechsel reduziert wird.
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Die
DE 199 49 084 C2 gibt
beispielweise ein Transportsystem für Substrate in einer Anlage
mit mehreren in einer Reihe angeordneten Bearbeitungsstationen an.
Zwischen den einzelnen Bearbeitungsstationen sind Durchlassschieber
vorgesehen. Die Substrate sind in einem Substratträger mit
Kufen gehaltert, mit denen der Substratträger auf einer Rollenbahn, die
aus mehreren Rollbahnabschnitten besteht, lagert und durch die Anlage
geführt
wird. Zur Positionierung der Substrate an einer vorbestimmten Stelle
in den jeweiligen in horizontaler Reihung angeordneten Bearbeitungsstationen
ist mindestens eine Lichtschranke vorgesehen, wobei die Lichtschranke ein
elektrisches Signal an eine Schalteinrichtung für eine Positioniereinrichtung
gibt und in der Folge die Positioniereinrichtung aktiviert wird.
Einzelne Bearbeitungsstationen können
auch als Schleusenkammernkammern zwischen zwei weiteren Bearbeitungsstationen
dienen.
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Die
US 6,382,895 B1 gibt
eine Einrichtung zum Behandeln von Substraten an, mit einer zentralen
Verteilungskammer, an deren Umfang und in zwei Ebenen eine Vielzahl,
z. B. vier, Schleusenkammern und eine Vielzahl, z. B. acht, Prozesskammern
vakuumdicht über
Absperrschieber angeflanscht sind. Innerhalb der zentralen Verteilungskammer
ist ein Transfermechanismus vorgesehen, der geeignet ist, ein Substrate
aus den Schleusenkammern zu entnehmen und in eine der acht Prozesskammern
zu transferieren sowie in umgekehrter Richtung wieder zu entnehmen.
Der Transfermechanismus kann dabei über eine Hubeinrichtung in
die beiden Ebenen bewegt werden. Der Transfermechanismus weist roboterartige
Arme auf, mit denen jeweils ein Substrat aufgenommen und transferiert
werden kann.
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In
der
US 6,176,667 B1 wird
ein Multideck-Wafer-Behandlungssystem angegeben, welches mindestens
zwei übereinander
angeordnete Prozesskammern, eine Wafer-Transferkammer und eine Schleusenkammer
aufweist. Jeweils zwei oder mehr Wafer werden gleichzeitig aus einer
Vorratskassette in der Schleusenkammer entnommen, einer Prozesskammer
zugeführt
und nach der Behandlung wieder in der Vorratskassette abgelegt.
Die Vorratskassette ist höhenverschiebbar
in einer Schleusenkammer angeordnet. Mit jedem Prozessschritt werden
somit vertikal übereinander
zwei oder mehr Wafer von der Vorratskassette in entsprechend viele Prozesskammern
transferiert. Die Vorratskassette ist in der Schleusenkammer höhenverstellbar,
damit bei jedem Prozessschritt andere Wafer transferiert werden.
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Die
DE 43 03 462 C2 gibt
eine Mehrkammerbeschichtungsanlage mit einer Vorrichtung zum Transport
von Substraten an. Eine Transportvorrichtung besteht aus einem nach
oben hin offenen und auf Gleitelementen abstützbaren Transportwagen, auf
den das Substrat aufbringbar ist. Zwischen zwei Beschichtungskammern
befindet sich eine Schleuse mit einem Schleusenoberteil und einem
eine Schlitzöffnung
bildenden Schleusenunterteil. Die Schlitzöffnung ist an den Querschnitt
der Transportvorrichtung anpassbar.
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Aufgabenstellung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumanlage mit mindestens
zwei Vakuumkammern und einer Schleusenkammer zwischen den Vakuumkammern
anzugeben, die eine sichere Trennung der jeweiligen atmosphärischen
Gegebenheiten in den Vakuumkammern bei geringer Taktzeit gewährleistet.
Weiterhin soll die Größe der Vakuumanlage,
insbesondere in der Länge
relativ gering sein.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und werden
nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der
Erfindung, einschließlich
der Zeichnung, näher
dargestellt.
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Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass die Ein- und Auslassöffnungen der zwei Vakuumkammern,
zwischen denen eine Schleusenkammer angeordnet ist, in zwei vertikal
verschiedenen Ebenen angeordnet sind. Danach sind auch die zwischen
der Schleusenkammer und den Vakuumkammern vorhandenen vakuumdichten
Absperreinrichtungen sowie die Ein- und Auslassöffnung der Schleusenkammer
entsprechend in einer oberen und einer unteren Ebene angeordnet.
In einer als solche bekannten Weise ist ein Transportsystem für die Substrate
vorhanden, mit dem die Substrate, vorzugsweise auf Substratträgern, durch
die Vakuumanlage bewegt werden können.
Nachfolgend wird vereinfachend und allgemein der Transport von Substraten
auf Substratträgern
erläutert,
geeignete Substrate können aber
immer auch ohne Substratträger
in entsprechender Weise transportiert werden.
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Ein
weiteres wesentliches Merkmal ist eine Hubeinrichtung in der Schleusenkammer,
die geeignet ist, einen in der Schleusenkammer auf der unteren Ebene
befindlichen Substratträger
in eine Ebene oberhalb der oberen Ebene zu heben und/oder in umgekehrter
Richtung abzusenken. Dabei kann die Hubeinrichtung am Boden der
Schleusenkammer vorgesehen sein, wobei als Antriebselemente pneumatisch,
hydraulisch oder elektromotorisch angetriebene Hubzylinder vorhanden
sind, die mindestens teilweise außerhalb der Schleusenkammer
angeordnet sind und den Boden der Schleusenkammer mittels vakuumdichter
Durchführungen
durchdringen. Die Hubeinrichtung kann aber auch innerhalb oder oberhalb
der Schleusenkammer vorgesehen sein, wobei als Antriebselemente
pneumatisch, hydraulisch oder elektromotorisch angetriebene Hubzylinder
und/oder Getriebe vorhanden sind.
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In
der oberen Ebene ist an der Wand der Schleusenkammer mindestens
eine Tragvorrichtung derart angeordnet, dass der Substratträger vertikal frei
bewegt werden kann. Die Tragvorrichtung kann horizontal unter einen
von der Hubeinrichtung oberhalb der oberen Ebene gehaltenen Substratträger bewegt
werden. Bei abgesenkter Hubeinrichtung und unter dem Substratträger befindlicher
Tragvorrichtung liegt der Substratträger auf der Tragvorrichtung auf.
Die Tragvorrichtung weist Transportelemente auf, die als Teil des
gegebenen Transportsystems geeignet sind, den Substratträger zwischen
der Schleusenkammer und der in der jeweiligen Ebene angrenzenden
Vakuumkammer zu bewegen. In vorteilhafter Weise sind als Transportsystem
mindestens teilweise angetriebene Trag- und Transportrollen vorgesehen,
auf denen geeignete Kufen am Substratträger aufliegen.
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Die
Tragvorrichtung kann auf einer Seite der Schleusenkammer vorgesehen
sein oder auch geteilt auf zwei Seiten der Schleusenkammer. Der
Antrieb der horizontalen Bewegung kann pneumatisch, hydraulisch
oder elektromotorisch erfolgen.
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Entsprechend
der gegebenen technologischen Aufgabe können innerhalb der Schleusenkammer
auch technologische Einrichtungen angeordnet sein, die auf die Substrate
einwirken. Dazu gehören insbesondere
Einrichtungen zur Änderung
des Druckes und der Atmosphäre
in der Schleusenkammer oder Einrichtungen zur Temperierung der Substrate. Damit
ist es möglich,
während
der Takte, in denen die Substrate in den Vakuumkammern behandelt
werden, bereits technologische Vorbereitungen für den Prozess in der jeweils
nächsten
Vakuumkammer durchzuführen.
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Entsprechend
Anspruch 8 kann in der Schleusenkammer eine Trenneinrichtung vorhanden sein,
die geeignet ist, die Schleusenkammer in zwei vakuumdichte Räume zu trennen,
wobei sich der Substratträger
in der oberen Ebene und die Hubeinrichtung in der unteren Ebene
oder der Substratträger
und die Hubeinrichtung in der unteren Ebene befinden. Als Trenneinrichtung
eignet sich ein vakuumdichtes Ventil, z. B. ein Schieberventil oder
Klappenventil, welches die Schleusenkammer in einer horizontalen
Ebene trennt.
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Die
Anwendung der erfindungsgemäßen Vakuumanlage
wird im nachfolgenden Ausführungsbeispiel
näher beschrieben.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Zugehörig zeigt 1 schematisch
die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vakuumanlage im Schnitt. 2 zeigt
den Schnitt A-A in 1.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist eine Vakuumkammer 1 mit einer Auslassöffnung 2 und
eine Vakuumkammer 3 mit einer Einlassöffnung 4 dargestellt. In
den beiden Vakuumkammern 1 und 3 sind Transportrollen 5 eines
steuerbaren Transportsystems vorgesehen, auf denen Substratträger 6 mit
den zu behandelnden Substraten von der Vakuumkammer 1 in die
Vakuumkammer 3 bewegt werden können. Eine untere Ebene 7,
definiert durch die Auflagepunkte der Substratträger 6 auf den Transportrollen 5 in
der Vakuumkammer 1, und eine entsprechende obere Ebene 8 in
der Vakuumkammer 3, befinden sich in einem definierten
vertikalen Abstand 9 zueinander.
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Zwischen
den Vakuumkammern 1 und 3 befindet sich eine Schleusenkammer 10 mit
einer Einlassöffnung 11,
parallel zur Auslassöffnung 2,
und einer Auslassöffnung 12,
parallel zur Einlassöffnung 4. Zwischen
der Auslassöffnung 2 und
der Einlassöffnung 11 sowie
zwischen der Auslassöffnung 12 und der
Einlassöffnung 4 sind
als Absperreinrichtungen je ein Vakuumschieberventil 13 vorgesehen.
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Im
unteren Teil der Schleusenkammer 10 sind als Teil des steuerbaren
Transportsystems ebenfalls vertikal fest angeordnete Transportrollen 5 vorgesehen.
In 1 beidseitig eines eingefahrenen Substratträgers 6 zwei Hubstempel 14 vorgesehen, die
den Boden der Schleusenkammer 10 vakuumdicht durchdringen
und deren in der Zeichnung nicht dargestellter pneumatischer Hubzylinder
sowie eine Steuereinrichtung sind außerhalb der Schleusenkammer 10 angeordnet.
An den oberen Enden der Hubstempel 14 sind Tragelemente 15 ausgebildet, die
zu entsprechenden Elementen an den in Transportrichtung Vorder-
und Hinterseite der Substratträger 6 passen
und bei Betätigung
an diese angreifen.
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Im
oberen Teil der Schleusenkammer 10 sind als Teil des Transportsystems
beidseitig zur Transportrichtung vertikal fest und horizontal als
Tragvorrichtung verschiebbare Transportrollen 16 vorgesehen.
Wie in 2 erkennbar, können
die Transportrollen 16 mittels einer Verschiebeeinrichtung 17 seitlich
unter die Substratträger 6 geschoben
werden bzw. derart weit nach außen
bewegt werden, dass der Substratträger 6 vertikal frei
nach unten bewegt werden kann.
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Entsprechend
Anspruch 8 ist in der Schleusenkammer 10 eine Trenneinrichtung 18 vorhanden, die
geeignet ist, die Schleusenkammer 10 in zwei vakuumdicht
voneinander getrennte Räume
zu teilen, wobei sich der Substratträger 6 in der oberen
Ebene 8 und die Hubeinrichtung 14 in der unteren
Ebene 7 oder der Substratträger 6 und die Hubeinrichtung 14 in
der unteren Ebene 7 befinden. Als Trenneinrichtung 18 ist
beispielhaft ein Schieberventil vorhanden, welches den Raum der
Schleusenkammer 10 zwischen der Einlassöffnung 11 und der
Auslassöffnung 12 trennt.
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Ergänzend sind
in der Schleusenkammer 10 unten und oben je ein Strahlungsheizer 19 sowie
ein Vakuumanschluss 20 vorhanden.
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Nachfolgend
wird die erfindungsgemäße Vakuumanlage
in der Funktion beispielhaft näher
beschrieben.
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In
der Ausgangsstellung sind die Vakuumkammern 1 und 3 sowie
die Schleusenkammer 10 über
die Vakuumschieberventile 13 geschlossen. Nachdem flache
plattenförmige
Substrate auf einem Substratträger 6 in
der Vakuumkammer 1 zur Reinigung der Oberfläche einer
Glimmentladung ausgesetzt wurden, wird der Substratträger 6 über die Schleusenkammer 10 in
die Vakuumkammer 3 transportiert, in der eine Plasmabeschichtung
der Substratoberfläche
mit Silizium erfolgen soll. Dazu wird das Vakuumschieberventil 13 zur
Schleusenkammer geöffnet,
der Substratträger 6 mittels
de angetriebenen Transportrollen 5 in die Schleusenkammer 10 bewegt und
das Vakuumschieberventil 13 wieder geschlossen.
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Abgestimmt
mit der Taktzeit des gesamten Prozesses in der Vakuumanlage wird
beispielhaft der untere Strahlungsheizer 19 in Betrieb
gesetzt und der Substratträger 6 von
unten geheizt, derart, dass auch die Substrate erwärmt werden.
Zu gegebener Zeit wird das Schieberventil der Trenneinrichtung 18 geöffnet und
die Hubeinrichtung 14 in Betrieb gesetzt, derart, dass
der Substratträger 6 aus
der untere Ebene 7 wenig über die obere Ebene 8 angehoben
wird. Danach werden automatisch gesteuert die Transportrollen 16 mittels
der Verschiebeeinrichtung 17 nach innen unter den Substratträger 6 geschoben
und die Hubeinrich tung 14 wieder in die untere Stellung
abgesenkt. Dabei wird der Substratträger 6 auf die Transportrollen 16 aufgesetzt.
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Entsprechend
einer konkreten Technologie zum gegebenen Gesamtprozess wird die
Trenneinrichtung 18 geschlossen. Der Substratträger 6 verbleibt
im oberen Teil der Schleusenkammer 10 bis die Vakuumkammer 3 frei
ist.
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Zwischenzeitlich
wird in den unteren Teil der Schleusenkammer 10 der nächste Substratträger 6 eingefahren
und wie beschrieben vom Strahlungsheizer 19 erwärmt.
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Nachdem
die Vakuumkammer 3 frei geworden ist, wird das Vakuumschieberventil 13 an
der Auslassöffnung 12 geöffnet, der
Substratträger 6 in die
Vakuumkammer 3 bewegt und das Vakuumschieberventil 13 wieder
geschlossen.
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Der
Vorteil des konkreten Ausführungsbeispiels
besteht insbesondere darin, dass die Schleusenkammer 10 praktisch
zwei technologisch nutzbare vertikal übereinander angeordnete Teile
aufweist und damit die Vakuumanlage in der Länge wesentlich verkürzt werden
kann. In entsprechender Weise kann in Transportrichtung nach der
Vakuumkammer 3 eine weitere Schleusenkammer 10 vorgesehen
sein, in der die Substratträger 6 von
der oberen Ebene 8 wieder auf die untere Ebene 7 abgesenkt
werden. Bei einer erforderlichen Vielzahl von Prozessschritten in getrennten
Vakuumkammern kann mit den erfindungsgemäßen Schleusenkammern 10 die
Gesamtlänge
der Vakuumanlage gegenüber
dem Stand der Technik mehrfach verkürzt werden.
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- 1
- Vakuumkammer
- 2
- Auslassöffnung
- 3
- Vakuumkammer
- 4
- Einlassöffnung
- 5
- Transportrollen
- 6
- Substratträger
- 7
- untere
Ebene
- 8
- obere
Ebene
- 9
- vertikaler
Abstand
- 10
- Schleusenkammer
- 11
- Einlassöffnung
- 12
- Auslassöffnung
- 13
- Vakuumschieberventil
- 14
- Hubstempel
- 15
- Tragelemente
- 16
- Transportrollen
- 17
- Verschiebeeinrichtung
- 18
- Trenneinrichtung
- 19
- Strahlungsheizer
- 20
- Vakuumanschluss