DE102011017566A1

DE102011017566A1 - Substratbehandlungsanlage und Substrathalter dafür

Info

Publication number: DE102011017566A1
Application number: DE102011017566A
Authority: DE
Inventors: Dr. Stephan Ulf; Roland Lässig; Konrad Dybek; Jens Palme
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne GmbH
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2011-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Substrathalter, umfassend einen ebenen Rahmen mit mindestens einer Substrataufnahme für zu behandelnde Substrate, Kontaktierungsmittel zum elektrischen Kontaktieren des Rahmens und mindestens eine Koppelplatte, die mit lösbaren Befestigungsmitteln so am Rahmen befestigt ist, dass sie das Substrat in der Substrataufnahme hält und dabei wärmeleitenden Kontakt zum Substrat und elektrischen Kontakt zum Rahmen hat, und eine Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten im Durchlaufverfahren, umfassend eine Eingangsschleuse, eine Ausgangsschleuse sowie mindestens eine zwischen Eingangsschleuse und Ausgangsschleuse angeordnete Prozesskammer, in der eine Substratbehandlungseinrichtung und eine Potentialquelle angeordnet sind, einen Substrathalter mit mindestens einer Substrataufnahme für zu behandelnde Substrate und eine von der Eingangsschleuse zur Ausgangsschleuse erstreckte Transporteinrichtung zum Vorbeitransport des Substrathalters an der Substratbehandlungseinrichtung in einer Transportrichtung, wobei der Substrathalter einerseits und die Potentialquelle andererseits zusammenwirkende Kontaktierungsmittel aufweisen, die im Bereich der Substratbehandlungseinrichtung beim Vorbeitransport des Substrathalters an der Substratbehandlungseinrichtung einen schleifenden elektrischen Kontakt zwischen dem Substrathalter und der Potentialquelle vermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Substratbehandlungsanlage, insbesondere Ausgestaltungen eines Substrathalters zum Transport der zu behandelnden Substrate, beispielsweise bei der plasmagestützten Bearbeitung von Substraten in Niederdruckgasentladungen, wie beispielsweise PECVD, Sputtern und Plasmaätzen, im dynamischen Regime.
Hohe Plasmadichten und damit hohe Stromdichten auf den Elektroden des Reaktors, hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten sowie große Substratflächen erfordern eine hohe Homogenität der Substratbearbeitung über der Substratoberfläche, definierte Strom- und Potentialverteilung im Reaktor, ein definiertes Temperaturregime der Substrate, insbesondere kurze Aufheiz- und Abkühlzeiten, kurze Wartungszeiten und effiziente Reinigung der Substrathalter.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für Substratbehandlungsanlagen mit vertikaler Substratanordnung oder mit einer Neigung von einigen Grad zur Vertikalen, aber auch für horizontale Substratanordnung.
Vorrichtungen zur Substrathalterung und zum Transport durch eine Substratbehandlungsanlage sind beispielsweise bekannt als großflächig rahmen- oder plattenförmige, metallisch leitfähige Anordnungen mit Flächen etwa gleich der Substratfläche zum Transport eines oder mehrerer kleinflächiger Substrate von einer Bearbeitungsstation zur anderen unter Nutzung äußerer Antriebselemente und zur Halterung während der Substratbearbeitung ( DE 20 2009 001 817 U1 ) ohne oder mit ( DE 295 14 989 U1 ) federartigen Halteelementen für die plattenförmige Substrate in vertikaler Substrathalterstellung sowie zur Absorption der Heizerstrahlung und Leitung des Stromes zum Substrat. Diese Substrathalter weisen eine große Masse, träges thermisches Verhalten, komplizierte Reinigung, Beschränkung der Substratabmessung hinsichtlich der Anwendung von Anregungsfrequenzen im VHF-Bereich durch stehende Wellen auf.
Ebenfalls bekannt sind solche Substrathalter mit einem zusätzlichen Heizelement für die Substrate. Diese weisen eine hohe Wärmekapazität und damit geringe Abkühlgeschwindigkeit sowie eine hohe Masse auf. Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Zuführung der Heizenergie zur bewegbaren Anordnung erforderlich.
Weiterhin sind Anordnungen mit einer rahmenartigen Kontaktiervorrichtung für das Substrat oder die Substrathalter durch Aufsetzen bekannt ( DE 10 2006 022 799 A1 ), bei diesen ist jedoch keine Bewegung des Substrates während der Bearbeitung möglich.
Palettenwagenartige Halterungen mit elektrisch isolierter Substratbefestigung der Substrate und einer Kontaktiervorrichtung mit einer Kontaktzunge, die mit einem elektrischen Potentialträger (Generator der HF/VHF-Leistung) leitend verbunden sind und auf der Substratbefestigung schleifen weisen eine inhomogene Potentialverteilung über die Substratoberfläche, insbesondere bei großen Substratabmessungen oder hohen Erregerfrequenzen, auf.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, für Substratbehandlungsanlagen mit einem transportablen Substrathalter zur Halterung und zum Transport eines Substrates oder einer Charge mehrerer kleinflächiger Substrate zur dynamischen plasmagestützten Substratbearbeitung in einem Reaktor mit einer an einen HF/VHF-Generator angeschlossenen Plasmaquelle die Substrate während der Behandlung auf einem definierten elektrischen Potential homogener Verteilung über das gesamte Substrat zu halten sowie ein effizientes dynamisches thermisches Regime und eine wirtschaftliche Reinigung der Substrathalter nach einer Schichtabscheidung weitgehend unabhängig von den elektrischen, optischen und geometrischen Eigenschaften der Substrate zu ermöglichen.
Das elektrische Potential soll auf der Substratoberfläche in seiner Höhe definiert und reproduzierbar eingestellt werden können und geringe Toleranzen aufweisen, um eine definierte und über die gesamte Substratoberfläche homogene plasmachemische Bearbeitung zu erreichen. Insbesondere soll eine gute Erdung der Substrate mit einem definierten Strompfad zum Generator erreicht werden. Die homogene Plasmaausbildung soll vor allem senkrecht zur Substrattransportrichtung erzielt werden, um Substrate großer Breite bearbeiten zu können. Die Kontaktierung soll galvanisch, niederohmig und langzeitstabil, d. h. verschleißarm sein, durch den Prozess der Substratbearbeitung nicht beeinträchtigt werden und ebenso den Prozess beispielsweise durch Partikelbildung nicht beeinträchtigen.
Die Temperatur der Heizelementoberfläche soll so niedrig wie möglich sein, um eine rein thermisch stimulierte Umsetzung des Reaktionsgases an der Heizeroberfläche zu vermeiden. Es soll möglich sein, Substrate zu bearbeiten, die bezüglich der Strahlung des Heizers teilweise transparent sind und die sich hinsichtlich der Absorption, Reflexion und Transmission von Strahlung, der elektrischen Leitfähigkeit und der Dicke unterscheiden. Demzufolge ist ein Ziel der Erfindung, für eine gute thermische Ankopplung des Substrates an den Heizer zu sorgen.
Infolge der Konformität der plasmachemischen Abscheidung kommt es zu einer Kontamination der Substratbehandlungseinrichtung und der Substrathalter für den Transport der Substrate, die eine zyklische Reinigung erfordert, um Verunreinigungen der Schicht durch Abplatzungen zu unterbinden. Diese Reinigung soll in der Prozesskammer der Vakuumanlage durch plasmachemisches Ätzen möglich sein. Teile der Vorrichtung, die nicht direkt der Einwirkung eines Plasmas bei der plasmachemischen Reinigung ausgesetzt sind, sollen außerhalb der Anlage, d. h. ohne Vakuumunterbrechung durch Öffnung der Vakuum-Prozesskammern, reinigbar sein.
Der Erfindung liegt als wesentlicher Lösungsgedanke eine Vorrichtung zugrunde, bei der die Aufgaben (1) Halterung und Transport der Substrate oder einer Charge von Substraten, (2) thermische Kontaktierung und (3) elektrische Kontaktierung optimal realisiert werden. Hierzu dient unter anderem eine Segmentierung der Vorrichtung derart, dass durch funktionelle Trennung, dass heißt durch mechanische, elektrische und thermische Isolation der entsprechenden Komponenten voneinander die mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften der Komponenten gegenüber bekannten Vorrichtungen verbessert werden.
Der vorgeschlagene Substrathalter umfasst einen ebenen Rahmen mit mindestens einer Substrataufnahme für zu behandelnde Substrate, Kontaktierungsmittel zum elektrischen Kontaktieren des Substrathalters, und mindestens eine Koppelplatte, die mit lösbaren Befestigungsmitteln so am Rahmen befestigt ist, dass sie das Substrat in der Substrataufnahme hält und dabei wärmeleitenden Kontakt zum Substrat und elektrischen Kontakt zum Rahmen hat.
Der Substrathalter umfasst einen Rahmen zur Fixierung der Lage des Substrates bzw. der Charge von Substraten, an dem eine Führungsschiene für den Lineartransport vorgesehen sein kann und die Komponenten zur thermischen und elektrischen Kontaktierung montiert sein können. Ein Rahmen in diesem Sinne kann beispielsweise aus mehreren Trägern zusammengesetzt sein, die eine Substrataufnahme umschließen, oder beispielsweise eine Platte mit einer oder mehreren Aussparungen sein, wobei die eine oder mehreren Aussparungen die Substrataufnahmen bilden. Die Substrataufnahmen sind so ausgebildet, dass ein Substrat von einer Seite des Rahmens, die im Betrieb von der Substratbehandlungseinrichtung abgewandt ist, in die Substrataufnahme eingelegt werden kann, ohne dass das Substrat nach der anderen Seite, die im Betrieb der Substratbehandlungseinrichtung zugewandt ist, hindurchrutschen kann.
Dabei kann der Rahmen elektrisch leitfähig oder nicht leitfähig sein. Im ersteren Fall kann das Kontaktierungsmittel entweder am Rahmen oder an der Koppelplatte befestigt sein; im letzteren Fall muss das Kontaktierungsmittel an der Koppelplatte angebracht sein oder es muss auf andere Weise ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktierungsmitteln und der Koppelplatte hergestellt werden.
Zur Erzielung eines Plasmakonfinements kann der Rahmen elektrisch und thermisch einerseits gegenüber der Führungsschiene, andererseits aber auch gegenüber voranlaufenden und nachfolgenden Substrathaltern in einem Zug von Substrathaltern elektrisch und thermisch isoliert sein.
Zur thermischen Kontaktierung zwischen Heizer und Substrat dient eine an oder in dem Rahmen angeordnete, Wärmestrahlung absorbierende Koppelplatte mit im Vergleich zum Rahmen geringer Wärmekapazität und einer Oberflächenbehandlung, die einen hohen Absorptionsgrad für die Strahlungswellenlängenbereich des Heizers bewerkstelligt. Die Koppelplatte soll zugleich zur flächenhaft homogenen Stromableitung vom Substrat zur Masse dienen.
Dazu kann die thermische Koppelplatte aus einem Metall mit ausreichender elektrischer und thermischer Leitfähigkeit sowie für den Prozesstemperaturbereich guter thermischer Beständigkeit gefertigt sein. Weiterhin kann die thermische Koppelplatte mit einer Ti-Al-N-Legierung beschichtet sein, die eine plasmachemische Reinigung nach einer prozessbedingten Kontamination erlaubt, d. h. die Oberflächenbehandlung der Koppelplatte ist gegen die Chemie des Ätzgases ausreichend resistent.
Der Substrathalter kann entweder für ein einzelnes Substrat ausgelegt sein oder so ausgebildet sein, dass im Rahmen mehrere gleichartige Substrataufnahmen matrixartig angeordnet sind, so dass an dem Substrathalter gleichzeitig eine Charge gleichartiger Substrate befestigt sein kann.
Dabei kann jeder Substrataufnahme eine Koppelplatte zugeordnet sein, die ein Substrat in der jeweiligen Substrataufnahme hält und jede Koppelplatte individuell angebracht und abgenommen werden kann. Mit anderen Worten existiert zu jede Substrataufnahme eine eigene Koppelplatte, die nach dem Einlegen eines Substrats in die Substrataufnahme ebenfalls in die Substrataufnahme eingelegt und darin befestigt wird, so dass die Koppelplatte die Rückseite des Substrats berührt.
Alternativ kann eine einzelne Koppelplatte eine matrixartige Anordnung von Erhebungen aufweisen, die der Anordnung der Substrataufnahmen im Substrathalter entspricht, so dass jede Erhebung einer Substrataufnahme zugeordnet ist und ein Substrat in der jeweiligen Substrataufnahme hält. Mit anderen Worten kann diese einzelne Koppelplatte mit allen Erhebungen am Substrathalter angebracht und abgenommen werden. Die Koppelplatte wird nach dem Einlegen aller Substrate in die jeweiligen Substrataufnahmen am Rahmen befestigt, so dass die Erhebungen in die Substrataufnahmen eingreifen und dadurch jede Erhebung die Rückseite eines Substrats berührt und in der Substrataufnahme fixiert.
Die beschriebenen Koppelplatten können vorteilhaft aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Aluminium oder Legierungen dieser Metalle gefertigt sein. Alternativ oder zusätzlich können die Koppelplatten mit einer den Absorptionsgrad erhöhenden Beschichtung, beispielsweise einer Ti-O-N-Verbindung, beschichtet sein. Weiter vorteilhaft kann der Rahmen des Substrathalters aus einem Material hoher Wärmekapazität und geringer Wärmeleitung, beispielsweise Glaskeramik oder Aluminiumoxidkeramik, gefertigt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Rahmen mit einer elektrisch gut leitfähigen, temperaturstabilen, kratzfesten und plasmachemisch stabilen Schicht, beispielsweise aus einer Aluminium oder/und Chrom oder/und Nickel enthaltenden Legierung, versehen sein. Diese Beschichtung kann beispielsweise 200 μm dick sein. Größere Schichtdicken sind möglich, aber nicht nötig, da es bei hohen Frequenzen nur noch eine Oberflächenleitung gibt (Skin-Effekt).
Bei einem rechteckigen Substrathalter kann weiter vorgesehen sein, dass an einem oder beiden parallel zur Transportrichtung ausgerichteten Rändern oder/und zwischen den beiden parallel zur Transportrichtung ausgerichteten Rändern Kontaktierungsmittel angeordnet sind. Dadurch kann der gleitende Kontakt des Substratträgers zur Potentialquelle während des Vorbeitransports auf einfache Weise realisiert werden.
Die thermische Koppelplatte mit einer Größe, die etwa der Fläche des Substrates entspricht, oder mit mehreren Erhöhungen, deren Größe jeweils etwa der Fläche eines Substrates entspricht, kann beispielsweise durch Klemmelemente in einem festen mechanischen und elektrischen Kontakt mit der Rückseite des oder der Substrate stehen, wobei die Klemmelemente am Rahmen befestigt sein und sich zur Koppelplatte erstrecken können. Der Verbund Koppelplatte/Substrat soll eine nicht wesentlich höhere Wärmekapazität haben als die des Substrates. Eine Koppelplatte mit einer matrixartigen Anordnung von Erhöhungen kann alternativ auch mit dem Rahmen verschraubt werden.
Die Komponente zur elektrischen Kontaktierung des transportablen Rahmens mit einer ortsfesten Stromableitung zum Generator, die beispielsweise an der Vakuumkammerwand befestigt und von dieser elektrisch isoliert sein kann, kann beispielsweise am Rahmen befestigte Kontaktfedern, eine ortsfeste Kontaktschiene und eine kammartige Mehrleiterverbindung zwischen Kontaktschiene und Stromableitung umfassen, die an den zwei parallel zum Substrattransport während der plasmachemischen Bearbeitung gelegenen Stirnseiten der Vorrichtung zur Substrathalterung und zum Substrattransport angeordnet sein können. Der Mehrleiter-Verbindungskamm bewerkstelligt eine phasenrichtige Mehrpunkt-Stromableitung zum Masseanschluss des Generators.
Die Lage des Schleif- bzw. Gleitpunktes der Federn ist so gewählt, dass eine Kontamination des Plasmaraums mit Materialabrieb vermieden werden kann. So kann entstehender Abrieb bei der FaceUp-Kontaktierungsseite beispielsweise von einer Barriere, beispielsweise einer Blende, zurückgehalten werden. Die Materialen von Kontaktfedern und Kontaktschiene sind vorzugsweise zur Gewährleistung eines geringen Kontaktwiderstandes und eines einseitigen Verschleißes der Kontaktfedern aufeinander abgestimmt, und können in einer Variante der Substrathalter, bei der sie am Rahmen der Substrathalter befestigt sind, nach Ausschleusung mit dem Substrathalter erneuert werden, ohne die Prozesskammer zu belüften.
Für die wärmestrahlungsabsorbierende Koppelplatte eignen sich Materialien wie Aluminium oder Kupfer. Zur Erhöhung des Absorptionsgrades kann die Koppelplatte mit weiteren Stoffen beschichtet sein. In einem Ausführungsbeispiel ist die Koppelplatte durch reaktives Sputtern von Ti im Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch als Reaktionsgas beschichtet. Mit einer derartigen Beschichtung wird ein Emissionskoeffizient von 83% erreicht, wodurch für eine Substrattemperatur um 200°C die Heizerleistung um 10–15% im Vergleich zu unbeschichteten Platten reduziert werden konnte.
Eine plasmachemische Reinigung der Koppelplatte nach einer Kontamination mit Si-H-Legierungen ist beispielsweise im NF₃-Plasma möglich, ohne dass ein Abtrag der Koppelplatte aus einer Al-Legierung erfolgte.
Vorteile der Verwendung der beschriebenen Substrathalter bei der Substratbehandlung sind eine niedrigere Heizer-Oberflächentemperatur in der Substratbehandlungsanlage bei vorgegebener Substrattemperatur und damit Unterbindung oder Reduzierung thermisch stimulierter chemischer Reaktionen des Prozessgases, geringere Aufheiz- und Abkühlzeiten des Substrates, im Vergleich zu Aluminiumoxid geringe Wasseraufnahme der den Emissionskoeffizienten erhöhenden Ti-O-N-Schicht an Luft und damit Erhöhung der Produktivität durch kürzere Prozesszeiten.
Weiterhin wird eine Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten vorgeschlagen, die mindestens eine Schleuse, mindestens eine Prozesskammer, in der eine Substratbehandlungseinrichtung und eine Potentialquelle wie beispielsweise eine Hochfrequenzquelle angeordnet sind, einen Substrathalter mit mindestens einer Substrataufnahme für zu behandelnde Substrate und eine Transporteinrichtung zum Vorbeitransport des Substrathalters an der Substratbehandlungseinrichtung in einer Transportrichtung umfasst, wobei der Substrathalter einerseits und die Potentialquelle andererseits zusammenwirkende Kontaktierungsmittel aufweisen, die im Bereich der Substratbehandlungseinrichtung beim Vorbeitransport des Substrathalters an der Substratbehandlungseinrichtung einen schleifenden elektrischen Kontakt zwischen dem Substrathalter und der Potentialquelle vermitteln.
Bei einer sogenannten Durchlaufanlage weist diese an ihrem einen Ende eine Eingangsschleuse und an ihrem anderen Ende eine Ausgangsschleuse sowie dazwischen mindestens eine Prozesskammer auf. Bei einer sogenannten Single-End-Anlage ist hingegen nur eine Schleuse vorgesehen, durch die die Substrate eingeschleust werden. Anschließend wird das Substrat durch die Anlage, d. h. auch durch eine oder mehrere Prozesskammern und an der oder den Substratbehandlungseinrichtungen vorbei transportiert, um schließlich durch dieselbe Schleuse die Substratbehandlungsanlage zu verlassen.
In einer Ausgestaltung ist weiter vorgesehen, dass in der Prozesskammer, in der Transportrichtung des Substrathalters gesehen, mehrere gleichartige Kontaktierungsmittel angeordnet sind.
Eine Potentialquelle in diesem Sinne kann eine im Bereich der Substratbehandlungseinrichtung angeordnete Schnittstelle zu einer außerhalb der Prozesskammer angeordneten Spannungsversorgung sein, beispielsweise in Form einer Kontaktleiste, die über eine elektrische Verbindungsleitung mit einem Hochfrequenzgenerator verbunden ist. Ein Hochfrequenzgenerator in diesem Sinne umfasst die fachüblichen Spannungsquellen für HF- und VHF-Spannungen, aber auch Quellen konstanter Potentiale, wie beispielsweise einer positiven oder negativen Hochspannung oder des Erdpotentials. Dadurch ist es möglich, das oder die am Substrathalter angebrachten Substrate auf ein wählbares Potential zu legen oder zu erden.
Weiterhin ist es möglich, den Substrathalter mit einer Spannung zu versorgen, beispielsweise um eine in den Substrathalter integrierte Heiz- oder Kühleinrichtung zur Beheizung oder Abkühlung der Substrate zu betreiben. Durch Verwendung mehrerer unabhängiger Gruppen von Kontaktierungsmitteln ist es auch möglich, mehrere der oben genannten Maßnahmen gleichzeitig durchzuführen, beispielsweise die Substrate zu erden und gleichzeitig eine Heizeinrichtung zu betreiben.
Hierzu kann auch vorgesehen sein, dass der Bereich, in welchem der Substrathalter in elektrischen Kontakt mit der Potentialquelle tritt, über den unmittelbaren Bereich der Substratbehandlungseinrichtung hinaus ausgedehnt ist. Beispielsweise kann sich der Bereich des elektrischen Kontakts der Substrathalter mit der Potentialquelle von der Eingangsschleuse bis zur Ausgangsschleuse durch die gesamte Substratbehandlungsanlage erstrecken.
Eine positive oder negative Vorspannung des Substrathalters ist in einigen Fällen nicht notwendig. Meist wird angestrebt, alle Teile des Substrathalters auf Massepotential zu bringen. Sofern es sich um elektrisch leitfähige Substrate handelt, wird hier ebenfalls eine Erdung angestrebt. Der Substrathalter ist aufgrund der beschriebenen Merkmale während des Vorbeitransports Teil der Plasmaquelle und bei ausreichender Erdung treten keine parasitären Plasmen (ungewollte Abscheidungen) auf.
In einer Ausgestaltung kann die Potentialquelle elektrisch isolierend an der Prozesskammer angebracht sein, beispielsweise indem eine Kontaktleiste mittels Isolatorelementen mit einer Kammerwand der Prozesskammer verschraubt wird.
In einer anderen Ausgestaltung kann aber auch vorgesehen sein, dass die Potentialquelle mit der Substratbehandlungseinrichtung elektrisch leitend verbunden ist, um das dort anliegende Wechselspannungspotential oder/und den dortigen Masseanschluss anzuzapfen. Beispielsweise kann die Potentialquelle der geerdete Rahmen der Substratbehandlungseinrichtung sein.
Die Kontaktierungsmittel können beispielsweise als eine an dem Substrathalter angeordnete, mit dem Substrathalter elektrisch verbundene Kontaktschiene und eine Mehrzahl von an der Potentialquelle in der Transportrichtung gesehen hintereinander angeordneten Schleifkontakten ausgeführt sein, die beim Vorbeitransport des Substrathalters mit der Kontaktschiene des Substrathalters in elektrischen Kontakt treten, wobei die Schleifkontakte über eine Mehrzahl von in der Transportrichtung gesehen hintereinander angeordneten Verbindungsleitern mit der Potentialquelle elektrisch verbunden sind.
Dabei kann die Kontaktschiene beispielsweise aus Stahl, Kupfer, einer Kupferlegierung oder anderen geeigneten Materialien bestehen und die Schleifkontakte können aus Federstahl, Federstahl mit zusätzlicher leitfähiger Beschichtung, einer Beryllium-Kupfer-Legierung, einer Zirkonium-Kupfer-Legierung oder anderen geeigneten Materialien bestehen.
Die Schleifkontakte können beispielsweise als Kontaktfedern ausgebildet sein, die während des schleifenden elektrischen Kontakts mit der Kontaktschiene einen Anpressdruck auf diese ausüben. Die Verbindungsleiter, die die jeweilige Kontaktschiene mit dem Substrathalter oder der Potentialquelle verbinden, können gleichartig ausgebildet sein und kammartig mit gleichbleibendem Abstand parallel zueinander angeordnet sein, wobei der Abstand von zwei in der Transportrichtung hintereinander angeordneten Schleifkontakten oder/und Verbindungsleitern vorteilhaft kleiner als 100 mm, vorzugsweise kleiner als 60 mm ist, um eine möglichst homogene Potentialverteilung im Substrathalter und damit in den Substraten zu erzielen. Als Verbindungsleiter in diesem Sinne können auch Schraubverbindungen oder andere, möglichst viele und kurze Kontaktierungselemente mit geringer Impedanz, verwendet werden. Beispielsweise kann eine in der Substratbehandlungsanlage ortsfest angeordnete Kontaktschiene direkt mit dem geerdeten Rahmen einer Substratbehandlungseinrichtung verschraubt sein. Als Kontaktierungsmittel, das die Kontaktschiene mit der Potentialquelle oder dem Substrathalter verbindet, kann vorteilhaft auch eine Spiralfeder-Kontaktschnur verwendet werden, die parallel zu der zu kontaktierenden Kontaktschiene angeordnet ist.
In einer Umkehrung der oben beschriebenen Konfiguration kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kontaktierungsmittel eine an der Potentialquelle angeordnete Kontaktschiene und eine Mehrzahl von an dem Substrathalter in der Transportrichtung gesehen hintereinander angeordneten Schleifkontakten umfassen, die beim Vorbeitransport des Substrathalters mit der Kontaktschiene der Potentialquelle in elektrischen Kontakt treten, wobei die Schleifkontakte über eine Mehrzahl von an dem Substrathalter in der Transportrichtung gesehen hintereinander angeordneten Verbindungsleitern mit dem Substrathalter elektrisch verbunden sind.
Diese Ausgestaltung hat den weiteren Vorteil, dass die Schleifkontakte mit dem Substrathalter durch die Prozesskammer transportiert werden, wodurch sie am Ende der Behandlung mit dem Substrat ausgeschleust werden und auf diese Weise bedarfsweise verschleißabhängig einfach und schnell ausgewechselt werden können, ohne Eingriffe in die Prozesskammer und damit in den laufenden Betrieb der Substratbehandlungsanlage vornehmen zu müssen.
In einer kostengünstigen Variante sind jeweils zwei oder mehr Schleifkontakte mit einem Verbindungsleiter verbunden. Um die Potentialverteilung möglichst homogen zu gestalten, kann es jedoch vorteilhaft sein, dass jedem Schleifkontakt genau ein Verbindungsleiter zugeordnet ist.
Für Substratbehandlungsanlagen zum Ätzen oder/und Beschichten rechteckiger Substrate, beispielsweise Architekturglas oder Dünnschicht-Solarzellen, ist die Verwendung rechteckiger Substrathalter sinnvoll, die entweder horizontal (liegend) oder vertikal (stehend) durch die Substratbehandlungsanlage transportiert werden. Insbesondere, aber nicht ausschließlich für solche rechteckigen Substrathalter ist es sinnvoll, dass an einem oder beiden der parallel zur Transportrichtung ausgerichteten Ränder Kontaktierungsmittel angeordnet sind. Im Falle von zwei oder mehr Gruppen von Kontaktierungsmitteln können diese das gleiche oder ein unterschiedliches Potential übertragen, um die gleiche oder unterschiedliche Aufgaben zu erfüllen, wie oben bereits beschrieben wurde.
Insbesondere bei Substrathaltern, die zur Aufnahme mehrerer kleiner Substrate ausgebildet sind, kann weiter vorgesehen sein, dass der Substrathalter rechteckig ist und zwischen den beiden parallel zur Transportrichtung ausgerichteten Rändern Kontaktierungsmittel angeordnet sind.
Zum Schutz der Substrate vor Materialabrieb, der an den Schleifkontakten oder/und der Kontaktschiene auftritt, kann weiter vorgesehen sein, dass zwischen den Kontaktierungsmitteln und der Substrataufnahme eine Blende angeordnet ist, welche diesen Abrieb auffängt.
Vorteile der beschriebenen Substratbehandlungsanlage sind geringe Toleranzen des elektrischen Potentials über der Substratoberfläche, definierter Stromfluss vom Substrat zum Masseleiter zum Generator und damit reproduzierbare Prozessführung, Wartung/Austausch der verschleißbehafteten Kontaktfedern außerhalb der Vakuumanlage nach Ausschleusung, ohne Belüftung der Prozesskammern, und damit Reduzierung der Anlagenstillstandszeit und die langzeitstabile und über die Substratoberfläche homogene Plasmaausbildung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen
1 zwei Ausführungsbeispiele eines Substrathalters zum Transport von Substraten in Substratbehandlungsanlagen,
2 eine Schnittdarstellung einer Substratbehandlungsanlage im Bereich einer Substratbehandlungseinrichtung und einen Substrathalter beim Passieren der Substratbehandlungseinrichtung, deren Rahmen gleichzeitig als Potentialquelle zur Erdung des Substrathalters dient,
3 in einer Detaildarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des elektrischen Kontakts zwischen Substrathalter und Potentialquelle,
4 in einer Detaildarstellung ein zweites Ausführungsbeispiel des elektrischen Kontakts zwischen Substrathalter und Potentialquelle,
5 zwei Detailansichten eines Substrathalters mit einer matrixartigen Anordnung von Substrataufnahmen und darin angeordneten Koppelplatten,
6 eine Koppelplatte mit einer matrixartigen Anordnung von Erhebungen.
1 zeigt in der linken Darstellung einen rechteckigen Substrathalter 1 für ein großflächiges Substrat mit Abmessungen von 400 mm × 400 mm für eine Anlage mit vertikaler Substratanordnung während des plasmagestützten Bearbeitungsprozesses, mit einem Rahmen 11 und einer Substrataufnahme 12. An der Unterseite, die parallel zur Transportrichtung 2 verläuft, ist eine Führungsstange 13 angebracht, die in der Substratbehandlungsanlage von Transportrollen einer Transporteinrichtung gestützt wird. An der Oberseite, die ebenfalls parallel zur Transportrichtung 2 verlauft, ist eine Kontaktschiene 14 angebracht, die als Kontaktierungsmittel dient.
Der Substrathalter 1 in der rechten Darstellung von 1 unterscheidet sich hiervon dadurch, dass mehrere Substrataufnahmen 12 für kleinere Substrate in drei Zeilen und drei Spalten mit Abmessungen von je 100 mm × 100 mm angeordnet sind. Da die Substrate mit Abständen zueinander an dem Substrathalter 1 angeordnet sind, können die zwischen den Zeilen vorhandenen Abstände ebenfalls dazu genutzt werden, Kontaktierungsmittel wie Kontaktschienen oder Schleifkontakte anzubringen.
2 zeigt einen Teilquerschnitt durch eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwand 31 im Bereich einer Substratbehandlungseinrichtung 32, die an der Kammerwand 31 angeordnet ist. Der Substrathalter 1 wird in vertikaler Position mit geringem Abstand an der Substratbehandlungseinrichtung 32 vorbeigeführt, wobei das Substrat der Wirkung eines Plasmas ausgesetzt wird.
Details der elektrischen Kontaktierung zwischen Substrathalter 1 und Potentialquelle gemäß 2 sind in 3 dargestellt. An der Oberseite und der Unterseite des Substrathalters 1 sind Kontaktschienen 14 angeordnet, die als Kontaktierungsmittel dienen. Die Substratbehandlungseinrichtung 32 dient als Potentialquelle, da sie mit einem außerhalb der Prozesskammer angeordneten, in der Figur nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator verbunden ist. Dabei liegt das Gehäuse der Substratbehandlungseinrichtung 32 an Masse. An der Oberseite und der Unterseite dieses Gehäuses ist an einer Halterung 33 je eine Kontaktschiene 34 angeordnet. Diese Kontaktschiene 34 weist an der dem Substrathalter 1 zugewandten Seite eine Mehrzahl gleichmäßig beabstandeter Schleifkontakte 35 auf, die beim Vorbeitransport des Substrathalters 1 mit der Kontaktschiene 14 des Substrathalters 1 in elektrischen Kontakt treten.
Jedem Schleifkontakt 35 ist ein Verbindungsleiter 36 zugeordnet, der die Kontaktschiene 34 mit dem Gehäuse der Substratbehandlungseinrichtung 32 elektrisch verbindet. Die Verbindungsleiter 36 sind in der Transportrichtung des Substrathalters 1 hintereinander mit gleichen Abständen wie die Schleifkontakte 35 angeordnet, so dass sie eine kammartige Mehrleiterverbindung bilden.
Die Ausführungsform der 4 unterscheidet sich davon in erster Linie dadurch, dass die Schleifkontakte 15 an der Kontaktschiene 14 des Substrathalters 1 angeordnet sind und beim Vorbeitransport des Substrathalters 1 mit der Kontaktschiene 34 der Substratbehandlungseinrichtung 32 in elektrischen Kontakt treten An der Oberseite und der Unterseite des Gehäuses der Substratbehandlungseinrichtung 32 ist wiederum an einer Halterung 33 je eine Kontaktschiene 34 angeordnet. Eine Mehrzahl von Verbindungsleitern 36 verbindet die Kontaktschiene 34 mit dem Gehäuse der Substratbehandlungseinrichtung 32 elektrisch. Die Verbindungsleiter 36 sind in der Transportrichtung des Substrathalters 1 hintereinander mit gleichen Abständen wie die Schleifkontakte 35 angeordnet, so dass sie eine kammartige Mehrleiterverbindung bilden.
5 zeigt eine untere Ecke eines Substrathalters in der Ansicht von der Rückseite, d. h. der von der Substratbehandlungseinrichtung abgewandten Seite sowie eine Schnittdarstellung dieses Bereichs. Der Rahmen 11 weist an seiner Unterseite eine Führungsstange 13 auf, mit der sich der Substrathalter 1 beim Transport durch die Substratbehandlungsanlage auf Transportrollen der in der Substratbehandlungsanlage angeordneten Transporteinrichtung abstützt. Der Rahmen 11 weist eine matrixartige Anordnung von Substrataufnahmen 12 auf, in denen Substrate 18 angeordnet sind.
In jeder Substrataufnahme 12 ist weiterhin eine Koppelplatte 16 angeordnet, die das Substrat 18 in der Substrataufnahme 12 fixiert. An der Rückseite des Substrathalters 1 ist ein Hilfsrahmen 20 mit Schrauben befestigt, und an dem Hilfsrahmen 20 sind Befestigungsmittel 19 in Form von Leisten aus Federstahl mit Schrauben so befestigt, dass die Befestigungsmittel 19 die Koppelplatten 16 durch Federkraft in der Substrataufnahme 12 halten und auf das jeweilige Substrat 18 pressen. Die Befestigungsmittel 19 sind ebenso wie die Koppelplatten 16, der Hilfsrahmen 20, der Rahmen 11 und die Kontaktschiene 14 aus leitendem Material gefertigt, so dass alle diese Teile das gleiche elektrische Potential aufweisen, das durch den Kontakt der Kontaktschiene 14 zur hier nicht dargestellten Potentialquelle der Substratbehandlungsanlage bestimmt wird.
Die Kontaktschiene 14 ist in 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit an der Rückseite des Substrathalters 1 dargestellt; es versteht sich jedoch von selbst, dass die Kontaktschiene 14 besonders vorteilhaft an der Vorderseite des Substrathalters 1 angebracht sein kann, wenn die Potentialquelle auf derselben Seite wie die Substratbehandlungseinrichtung angeordnet ist, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn die Potentialquelle der geerdete Rahmen der Substratbehandlungseinrichtung ist.
Eine alternative Ausgestaltung einer Koppelplatte 16 ist in 6 dargestellt. Diese Koppelplatte 16 ist wesentlich größer als eine Substrataufnahme des Substratträgers und weist eine matrixartige Anordnung von Erhebungen 17 auf, die formschlüssig in eine gleichartige matrixartige Anordnung von Substrataufnahmen passen. Diese Koppelplatte 16 kann über Verbindungsmittel wie Schrauben oder dergleichen direkt mit dem Rahmen eines Substrathalters verbunden werden, so dass auf den Hilfsrahmen und die Befestigungsmittel verzichtet werden kann. Hierfür weist die Koppelplatte 16 Bohrungen 21 auf.
Bezugszeichenliste

1: Substrathalter
11: Rahmen
12: Substrataufnahme
13: Führungsstange
14: Kontaktschiene
15: Schleifkontakt
16: Koppelplatte
17: Erhebung
18: Substrat
19: Befestigungsmittel
20: Hilfsrahmen
21: Bohrung
2: Transportrichtung
3: Prozesskammer
31: Kammerwand
32: Substratbehandlungseinrichtung
33: Halterung
34: Kontaktschiene
35: Schleifkontakt
36: Verbindungsleiter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202009001817 U1 [0004]
DE 29514989 U1 [0004]
DE 102006022799 A1 [0006]

Claims

Substrathalter, umfassend einen ebenen Rahmen mit mindestens einer Substrataufnahme für zu behandelnde Substrate, Kontaktierungsmittel zum elektrischen Kontaktieren des Substrathalters und mindestens eine Koppelplatte, die mit lösbaren Befestigungsmitteln so am Rahmen befestigt ist, dass sie das Substrat in der Substrataufnahme hält und dabei wärmeleitenden Kontakt zum Substrat und elektrischen Kontakt zum Rahmen hat.
Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere gleichartige Substrataufnahmen matrixartig angeordnet sind.
Substrathalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Substrataufnahme eine Koppelplatte zugeordnet ist, die ein Substrat in der jeweiligen Substrataufnahme hält und jede Koppelplatte individuell angebracht und abgenommen werden kann.
Substrathalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koppelplatte eine matrixartige Anordnung von Erhebungen aufweist, wobei jede Erhebung einer Substrataufnahme zugeordnet ist und ein Substrat in der jeweiligen Substrataufnahme hält und die Koppelplatte mit allen Erhebungen angebracht und abgenommen werden kann.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelplatte aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Aluminium oder Legierungen dieser Metalle gefertigt ist.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelplatte mit einer den Absorptionsgrad erhöhenden Beschichtung, beispielsweise einer Ti-O-N-Verbindung, beschichtet ist.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen aus einem Material hoher Wärmekapazität und geringer Wärmeleitung, beispielsweise Glaskeramik oder Aluminiumoxidkeramik, gefertigt ist.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen mit einer elektrisch gut leitfähigen, temperaturstabilen, kratzfesten und plasmachemisch stabilen Schicht, beispielsweise aus einer Aluminium oder/und Chrom oder/und Nickel enthaltenden Legierung, versehen ist.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter rechteckig ist und an mindestens einem parallel zur Transportrichtung ausgerichteten Rändern Kontaktierungsmittel angeordnet sind.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter rechteckig ist und zwischen den beiden parallel zur Transportrichtung ausgerichteten Rändern Kontaktierungsmittel angeordnet sind.
Substratbehandlungsanlage zur Behandlung von Substraten, umfassend mindestens eine Schleuse, mindestens eine Prozesskammer, in der eine Substratbehandlungseinrichtung und eine Potentialquelle angeordnet sind, einen Substrathalter mit mindestens einer Substrataufnahme für zu behandelnde Substrate und eine Transporteinrichtung zum Vorbeitransport des Substrathalters an der Substratbehandlungseinrichtung in einer Transportrichtung, wobei der Substrathalter einerseits und die Potentialquelle andererseits zusammenwirkende Kontaktierungsmittel aufweisen, die im Bereich der Substratbehandlungseinrichtung beim Vorbeitransport des Substrathalters an der Substratbehandlungseinrichtung einen schleifenden elektrischen Kontakt zwischen dem Substrathalter und der Potentialquelle vermitteln.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesskammer, in der Transportrichtung des Substrathalters gesehen, mehrere gleichartige Kontaktierungsmittel angeordnet sind.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialquelle mit der Substratbehandlungseinrichtung elektrisch leitend verbunden ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialquelle elektrisch isolierend an der Prozesskammer angebracht ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsmittel eine an der Substrathalter angeordnete, mit der Substrathalter elektrisch verbundene Kontaktschiene und eine Mehrzahl von an der Potentialquelle in der Transportrichtung gesehen hintereinander angeordneten Schleifkontakten umfassen, die beim Vorbeitransport der Substrathalter mit der Kontaktschiene der Substrathalter in elektrischen Kontakt treten.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsmittel eine an der Potentialquelle angeordnete Kontaktschiene und eine Mehrzahl von an dem Substrathalter in der Transportrichtung gesehen hintereinander angeordneten Schleifkontakten umfassen, die beim Vorbeitransport der Substrathalter mit der Kontaktschiene der Potentialquelle in elektrischen Kontakt treten.
Substratbehandlungsanlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkontakte über eine Mehrzahl von in der Transportrichtung gesehen hintereinander angeordneten Verbindungsleitern mit der Potentialquelle bzw. dem Substrathalter elektrisch verbunden sind.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Schleifkontakt genau ein Verbindungsleiter zugeordnet ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontaktierungsmitteln und der Substrataufnahme eine Blende zum Schutz des Substrats vor Materialabrieb angeordnet ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von zwei in der Transportrichtung hintereinander angeordneten Schleifkontakten oder/und Verbindungsleitern kleiner als 100 mm, vorzugsweise kleiner als 60 mm ist.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktschiene aus Stahl, Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Substratbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkontakte aus Federstahl, Federstahl mit zusätzlicher leitfähiger Beschichtung, einer Beryllium-Kupfer-Legierung oder einer Zirkonium-Kupfer-Legierung bestehen.