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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Gaslast von Substratträgern bei Vakuumprozessen.
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Die Erfindung bezieht sich auf Vakuumbehandlungsanlagen zur Behandlung von Substraten, beispielsweise Glasscheiben, Wafer oder dergleichen, durch Sputtern, Elektronenstrahlbedampfung usw., und insbesondere auf Inline-Anlagen (Anlagen, die nach dem Durchlaufprinzip arbeiten), sowie die Rückführung der Transportmittel, beispielsweise sogenannter Substratträger, an denen Substrate bei ihrem Transport durch die Anlage gehalten werden.
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Bei der Substratbehandlung, beispielsweise der Reinigung oder/und Beschichtung von Substraten in derartigen Anlagen werden für den Transport in der Anlage Substratträger eingesetzt. Das oder die Substrate werden vor der Beschichtung auf einen Substratträger aufgelegt und nach der Beschichtung wieder vom Substratträger abgenommen. Die Substratträger werden wieder zurückgeführt, um sie erneut zu verwenden, und unterliegen so einem Zyklus von Bestücken, Einschleusen, Beschichten, Ausschleusen, Entstücken, Zurückführen. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Restgaszusammensetzung in der Beschichtungszone der Vakuumbehandlungsanlage bei typischen Prozessdrücken von weniger als 5·10–3 mbar sehr stark von der Gasabgabe des Substratträgers dominiert wird. Am Substratträger angelagerte Moleküle (Gase oder/und Wasser) desorbieren in der Beschichtungszone und führen zur Verschlechterung von Schichteigenschaften, wie zum Beispiel zur Erhöhung des spezifischen Widerstandes einer leitfähigen Schicht. Wenn es sich um sehr dünne temperaturempfindliche Einzelsubstrate handelt, kann der Substratträger im beladenen Zustand nicht ausgeheizt werden, um anhaftende Gasmoleküle zu entfernen. Eine Vorbehandlung durch Plasmaeinwirkung wird von bestimmten Substraten nicht toleriert.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, unter solchen Randbedingungen die Beeinträchtigung der Schichteigenschaften durch mit dem Substratträger eingeschleuste Gase zu minimieren.
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Hierzu wird nachfolgend ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 vorgeschlagen, mit dem die Gaslast des Substratträgers nachhaltig verringert werden kann. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Bei dem neuen Verfahren zur Reduzierung der Gaslast von Substratträgern bei Vakuumprozessen, bei denen ein Substratträger wiederholt mit mindestens einem Substrat bestückt, in eine Vakuumbehandlungsanlage eingeschleust, das Substrat in der Vakuumbehandlungsanlage behandelt, der Substratträger aus der Vakuumbehandlungsanlage ausgeschleust, das Substrat vom Substratträger entnommen und der Substratträger zurückgeführt wird, wird vorgeschlagen, dass der Substratträger während der Rückführung durch ein die Gasaufnahme behinderndes Medium geführt oder/und geheizt wird.
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Das vorgeschlagene Verfahren hat den Effekt, dass der Substratträger zwischen der Ausschleuskammer am Ende der Vakuumbehandlungsanlage und der Einschleuskammer am Anfang der Vakuumbehandlungsanlage, wohin der Substratträger nach dem Ausschleusen zurückgeführt wird, freigehalten wird von der erneuten Anlagerung unerwünschter Gas- und Wassermoleküle. Dies geschieht entweder durch Beheizen des Substratträgers, wodurch sich anlagernde Moleküle sofort wieder verdampft werden, oder dadurch, dass der Substratträger bei der Rückführung zur Einschleuskammer durch ein Medium geführt wird, das entweder eine gegenüber der Umgebungsatmosphäre deutlich geringere Konzentration anlagerungsfähiger Moleküle enthält oder dessen Moleküle nicht anlagerungsfähig sind. Eine Kombination der beiden Maßnahmen – Heizen und Führen durch ein die Gasaufnahme behinderndes Medium – ist ebenfalls vom Erfindungsgedanken mit umfasst.
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Das Heizen des Substratträgers kann beispielsweise durch äußere Wärmeeinwirkung erfolgen, die durch eine außerhalb des Substratträgers angeordnete Heizeinrichtung hervorgerufen wird. Mit anderen Worten wird der Substratträger durch eine Heizeinrichtung erwärmt, die nicht Bestandteil des Substratträgers ist, sondern beispielsweise im Innern der Substratbehandlungsanlage oder/und in einem der Rückführung des Substratträgers dienenden Rückführtunnel oder/und in einer der Rückführung des Substratträgers dienenden Kassette angeordnet ist.
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Diese Heizeinrichtung kann beispielsweise Heizstrahler oder/und eine Induktionseinrichtung umfassen. Im ersteren Fall wird der Substratträger durch Wärmestrahlung beheizt, im letzteren Fall erwärmt sich insbesondere die Oberfläche des Substratträgers durch Induktion. Da sich die unerwünschten Gas- und Wassermoleküle an der Oberfläche des Substratträgers anlagern, ist diese oberflächliche Erwärmung ausreichend, um den Substratträger von diesen Molekülen zu befreien. Gleichzeitig kann damit der gewünschte Effekt mit einem relativ geringen Energieeinsatz erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Substratträger durch eine geeignete plasmaerzeugende Einrichtung einem Plasma auszusetzen, welches eine beschleunigte Gasabgabe und meist ebenfalls eine Erwärmung des Substratträgers bewirkt.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Heizen des Substratträgers durch innere Wärmeeinwirkung erfolgen, die durch eine am oder im Substratträger angeordnete Heizeinrichtung hervorgerufen wird.
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Eine solche Heizeinrichtung kann beispielsweise Widerstandsheizfolien oder andere Widerstandsheizeinrichtungen umfassen, durch die der Substratträger direkt beheizt wird, so dass der Substratträger selbst zum Strahler wird. Die Heizeinrichtung kann jedoch beispielsweise auch dadurch realisiert sein, dass der Substratträger selbst von Strom durchflossen wird und sich dadurch aufheizt.
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Eine verbesserte Verfahrensführung lässt sich dadurch erzielen, dass die Temperatur des Substratträgers oder/und die Umgebungstemperatur oder/und die Luftfeuchtigkeit der Umgebung erfasst und die Heizeinrichtung gesteuert oder geregelt wird. Die Steuerung oder Regelung der Heizeinrichtung kann anhand der gemessenen Größen so erfolgen, dass mit dem geringstmöglichen Energieeinsatz und mit der geringstmöglichen Erwärmung des Substratträgers der gewünschte Effekt erzielt wird, nämlich dass die Anlagerung von Gas- und Wassermolekülen verhindert wird.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der Betrag oder/und der zeitliche Verlauf der Leistung der Heizeinrichtung gesteuert oder geregelt wird. Dabei bedeutet die Steuerung oder Regelung des Betrags der Leistung, dass die Energiezufuhr zum Substratträger nur so hoch gewählt wird, wie zum Erreichen des gewünschten Effekts notwendig ist. Die Steuerung oder Regelung des zeitlichen Verlaufs hingegen bedeutet, dass die Heizeinrichtung auch zyklisch betrieben werden kann, beispielsweise indem nur zeitweise Energie zugeführt wird und zeitweise keine Energie zugeführt wird. Letztere Abschnitte können beispielsweise auch dadurch entstehen, dass der Substratträger zwischen einem Zeitabschnitt mit Energiezufuhr unmittelbar nach dem Ausschleusen aus der Substratbehandlungsanlage und einem anderen Zeitabschnitt mit Energiezufuhr unmittelbar vor dem Einschleusen in die Substratbehandlungsanlage in einem dazwischen liegenden Zeitabschnitt ohne Energiezufuhr von der Ausschleuskammer zur Einschleuskammer zurückgeführt wird.
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Wird alternativ oder zusätzlich zum Beheizen der Substratträger während der Rückführung durch ein die Gasaufnahme behinderndes Medium geführt, so kann das die Gasaufnahme behindernde Medium ein trockenes Gas oder ein Schutzgas sein, welches beim Rücktransport um den Substratträger herum aufrechterhalten wird. Dabei können in einer Verfahrensvariante das Beheizen und das Führen durch ein die Gasaufnahme behinderndes Medium gleichzeitig erfolgen. In einer anderen Verfahrensvariante wechseln sich das Beheizen und das Führen durch ein die Gasaufnahme behinderndes Medium ab, beispielsweise indem das Substrat unmittelbar nach dem Ausschleusen und während des Entstückens, d. h. während der Entnahme der bereits behandelten Substrate vom Substratträger sowie unmittelbar vor dem Einschleusen und während des Bestückens, d. h. während des Anbringens zu behandelnder Substrate am Substratträger beheizt wird und der Substratträger beim Transport von der Ausschleusstation zur Einschleusstation durch ein die Gasaufnahme behinderndes Medium geführt wird.
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Das die Gasaufnahme behindernde Medium kann beispielsweise eine nichtbenetzende Flüssigkeit sein, welche in einer Tauchstrecke bereitgestellt wird, durch die der Substratträger zurückgeführt wird. Derartige die Gasaufnahme behindernde Medien können beispielsweise ölbasierte Flüssigkeiten sein.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Substratträger vor der erstmaligen Verwendung in der Vakuumbehandlungsanlage durch Heizen oder/und Plasmaeinwirkung z. B. Glimmen entgast wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Substratträger auch beim erstmaligen Einschleusen in den Prozessbereich keine oder nur eine sehr geringe Gaslast mit sich führt. Nachfolgend wird eine erneute Aufnahme unerwünschter Moleküle durch die oben beschriebenen Maßnahmen während der Rückführung verhindert.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass der Substratträger einmalig oder wiederholt mit einer hydrophoben Beschichtung versehen wird. Eine solche hydrophobe Beschichtung kann beispielsweise eine ölbasierte Flüssigkeit oder ein Feststoff mit sehr geringer Rauhigkeit sein.
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Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Substratträger aus einem Material gefertigt wird, welches nur in geringem Maße Wasser aufnehmen kann. Ein solches Material ist beispielsweise polierter Edelstahl. Empfehlenswert ist es außerdem, unerwünschte Beschichtungen aus dem Vakuumprozess, die sich am Substratträger niederschlagen, regelmäßig zu entfernen, um die Oberfläche des Substratträgers eben und damit klein zu halten.
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Es ist zu unterscheiden zwischen Substratträgern, die sich im Prozessumlauf befinden und Substratträgern, die neu in den Prozessumlauf eingegliedert werden sollen.
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An Substratträgern, die sich bereits im Prozessumlauf befinden, können demnach folgende Maßnahmen einzeln oder in Kombination vorgenommen werden:
Substratträger werden aus der Anlage in eine trockene Atmosphäre oder/und eine Schutzgasatmosphäre (die ebenfalls einen möglichst geringen Wassergehalt aufweisen sollte) ausgeschleust und darin zurückgeführt, gegebenenfalls auch gelagert und bestückt, so dass insbesondere Wasserdampf vom Substratträger ferngehalten wird.
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Substratträger werden in einer nichtbenetzenden Tauchstrecke zur Bestückungsstation zurückgeführt.
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Substratträger werden auf einer erhöhten Temperatur gehalten, so dass eine Wasseraufnahme am Substratträger während der Rückführung mit oder auch ohne Schutzgas verhindert oder zumindest stark reduziert wird.
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Substratträger werden permanent oder zyklisch nachgeheizt, so dass bis zur Wiedereinschleusung eine bestimmte Temperatur nicht unterschritten wird. Dazu kann die Temperatur des Substratträgers erfasst und damit die Heizleistung und gegebenenfalls die Heizintervalle gesteuert werden, unter Berücksichtigung der unteren Schwelltemperatur, die gegebenenfalls anhand der aktuell gemessenen Luftfeuchtigkeit und Umgebungstemperatur ermittelt wird.
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Substratträger werden vor der Bestückung und Wiedereinschleusung indirekt, z. B. durch Strahlung, durch Induktion (besonders auf die Oberfläche beschränkbar) oder direkt durch Stromfluss oder durch in den Substratträger integrierte Heizelemente, die eine Aufheizung bestimmter Bereiche des Substratträgers erlauben, beheizt.
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Substratträger werden durch die Prozesswärme und eventuell zusätzliche Heizelemente aufgeheizt und nach dem Ausschleusen besonders schnell zurückgeführt, so dass sie während der Rückführung nur wenig abkühlen, wobei gleichzeitig wenig Zeit bleibt, Wasser aufzunehmen.
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Mit neu oder erneut (z. B. nach einer Reinigung) in den Prozessumlauf einzugliedernden Substratträgern kann beispielsweise wie folgt verfahren werden:
Da diese Substratträger eine Gaslast tragen, sollten sie vor der Eingliederung in den Prozessumlauf einer separaten Vorbehandlung unterzogen werden, bei der die Entgasung durch unterstützende Prozesse wie Ausheizen oder Plasmaeinwirkung, z. B. Glimmen, vorgenommen wird. Anschließend wird wie oben beschrieben mit den Substratträgern verfahren.
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Weiterhin können folgende unterstützende Maßnahmen einbezogen werden:
Substratträger werden entweder vollständig oder nur auf der der Beschichtungsstation der Substratbehandlungsanlage abgewandten Seite mit einer hydrophoben Beschichtung versehen, die eine Wasseraufnahme reduziert. Eine hydrophobe Beschichtung des Substratträgers kann einmalig oder nach jedem Beschichtungszyklus erfolgen, beispielsweise unmittelbar nachdem die Substrate abgenommen wurden.
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Der Substratträger kann aus einem Material gefertigt werden, welches wenig Gas und Wasserdampf aufnehmen bzw. abgeben kann.
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Vorteilhaft ist darüber hinaus eine regelmäßige Entfernung aufgewachsener Schichten.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer 1 näher erläutert, die in schematischer Darstellung den Ablauf des beschriebenen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Einbeziehung einer Substratbehandlungsanlage verdeutlicht.
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Die schematisch dargestellte Substratbehandlungsanlage umfasst zwischen einer Einschleuskammer I und einer Ausschleuskammer V eine erste Bufferkammer II, eine Prozesskammer III und eine zweite Bufferkammer IV. Die an den Substratträgern ST angebrachten Substrate S werden durch die Einschleuskammer I in die Substratbehandlungsanlage eingeschleust, durch die Substratbehandlungsanlage transportiert, dabei in der Prozesskammer III behandelt und anschließend durch die Ausschleuskammer IV aus der Substratbehandlungsanlage ausgeschleust. Die beiden Bufferkammern II und IV dienen der Zwischenspeicherung der Substrate sowie der Vakuumtrennung zwischen Einschleuskammer I bzw. Ausschleuskammer V und Prozesskammer III. Das beschriebene Konzept und Verfahren sind selbstverständlich auch auf andere Anlagenkonzepte anwendbar.
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In der Konditionierkammer C erfolgt die erstmalige Entgasung neu in den Prozessumlauf einzuführender Substratträger ST. Die Konditionierkammer C kann alternativ oder gleichzeitig der Vorhaltung mehrerer entgaster Substratträger ST dienen. Die Konditionierkammer kann zur Erzeugung und Aufrechterhaltung des entgasten Zustands der Substratträger ST beispielsweise evakuierbar sein oder/und mit einer plasmaerzeugenden Einrichtung oder/und mit einer Heizeinrichtung ausgestattet sein und gegebenenfalls ein Magazin zur Lagerung mehrerer entgaster Substratträger ST aufweisen.
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Aus der Konditionierkammer C werden entgaste Substratträger ST entweder durch die Behandlungsstation B oder auf direktem Wege in die der Einschleuskammer I vorgelagerte Beladestation A bewegt. Hier werden die Substratträger ST mit Substraten S bestückt. In der Beladestation wird eine Atmosphäre aus trockener Luft oder Schutzgas aufrechterhalten. Die Bestückung der Substratträger ST kann beispielsweise maschinell durch eine geeignete Bestückungseinrichtung erfolgen. Anschließend wird der Substratträger durch die Einschleuskammer I in die Substratbehandlungsanlage eingeschleust, durch die erste Bufferkammer II, die Prozesskammer III und die zweite Bufferkammer IV transportiert, dabei in der Prozesskammer III behandelt und anschließend durch die Ausschleuskammer IV aus der Substratbehandlungsanlage ausgeschleust. In der Prozesskammer III wird die Ausgasungsrate gemessen. Dies kann beispielsweise durch ein Massenspektrometer, eine fortlaufende Druckmessung oder eine Gasflussmessung bei konstantem Druck erfolgen. Die ermittelten Werte werden an einen Rechner R weitergeleitet, der auch die Messwerte für die Temperatur und Feuchtigkeit der Umgebungsatmosphäre erfasst und daraus die notwendige Behandlungsleistung (Heizleistung) ermittelt.
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Nach dem Ausschleusen des Substratträgers ST aus der Ausschleuskammer V wird dieser in die Entladestation E überführt, wo die Substrate S vom Substratträger ST entnommen werden. Anschließend wird der Substratträger ST in die Behandlungsstation D überführt, in der eine bedarfsgerechte Beheizung des Substratträgers ST erfolgen kann, die wie oben bereits dargelegt durch Wärmestrahlung, Induktion, Plasma usw. erfolgen kann. In der Behandlungsstation D wird die Temperatur des Substratträgers ST gemessen und der ermittelte Wert an den Rechner R übertragen. Zur Steuerung oder Regelung der Beheizung des Substratträgers ST ist die in der Behandlungsstation D angeordnete Heizeinrichtung mit dem Rechner R wirkverbunden.
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Nach der Rückführung des Substratträgers ST zum Anfang der Substratbehandlungsanlage, die möglichst schnell erfolgen sollte, um die Anlagerung von Mölekülen so gering wie möglich zu halten, wird der Substratträger ST in die Behandlungsstation B verbracht. Diese ist prinzipiell wie die Behandlungsstation D aufgebaut, d. h. die Temperatur des Substratträgers ST wird gemessen und an den Rechner R übertragen und die Heizeinrichtung der Behandlungsstation B ist mit dem Rechner R wirkverbunden. Anschließend kann der Substratträger St wieder in die Beladestation A und damit erneut in den Prozessumlauf gebracht werden.
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Es versteht sich, dass die Behandlungsstationen B und D auch zu einer einzigen Behandlungsstation verbunden sein könnten, beispielsweise als ein Transporttunnel, durch welchen die Substratträger ST zum Anfang der Substratbehandlungsanlage zurückgeführt werden. In diesem Fall kann die Beheizung ununterbrochen oder abschnittsweise erfolgen und der Substratträger ST kann ununterbrochen oder abschnittsweise durch ein die Gasaufnahme behinderndes Medium geführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- I
- Einschleuskammer
- II
- Bufferkammer
- III
- Prozesskammer
- IV
- Bufferkammer
- V
- Ausschleuskammer
- A
- Beladestation
- B
- Behandlungsstation
- C
- Konditionierkammer
- D
- Behandlungsstation
- ST
- Substratträger
- S
- Substrat
- E
- Entladestation
- R
- Rechner
- T
- Temperaturmesseinrichtung
- F
- Feuchtigkeitsmesseinrichtung
- G
- Ausgasungsratenmessung
