DE102013211127A1

DE102013211127A1 - Erkennung von Carriern für Substrate in Beschichtungskammern

Info

Publication number: DE102013211127A1
Application number: DE102013211127.4A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Singulus Technologies AG
Current assignee: Singulus Technologies AG
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-12-18

Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung zur Erkennung eines Carriers für ein Substrat in einer Beschichtungsanlage bereitgestellt. Die Vorrichtung weist einen optischen Sensor auf, wobei das optische Signal des optischen Sensors durch ein Rohr geleitet wird, das einen gestuften Innendurchmesser aufweist. Zwischen dem Rohr und dem Sensor ist ein Schauglas angeordnet. Weiterhin wird eine Beschichtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung eines Carriers für ein Substrat in einer Beschichtungsanlage bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Beschichtung von Substraten in einer Beschichtungsanlage, und insbesondere das Erkennen von Carrier für Substrate in der Beschichtungsanlage.
Zahlreiche Herstellungsprozesse beispielsweise in der Elektronikindustrie erfordern das Herstellen einer Beschichtung auf einem Substrat. Es sind zahlreiche Techniken bekannt, mit der Beschichtungen aufgebracht werden können, beispielsweise die physikalische Abscheidung aus der Gasphase (physical vapor deposition – PVD), wobei beispielsweise Bedampfungstechniken oder Kathodenzerstäubungstechniken (sputtern) eingesetzt werden können. Weiterhin sind Beschichtungsverfahren mittels chemischer Gasphasenabscheidung bekannt, bei denen an einer erhitzten Oberfläche eines Substrats auf Grund von chemischen Reaktionen Feststoffe aus der Gasphase abgeschieden werden.
Bei all diesen Beschichtungsverfahren ist es wichtig zu erkennen, ob sich ein Carrier im Prozessraum, also beispielsweise in der Vakuumkammer der Beschichtungsanlage, befindet.
Hierzu sind mechanische Lösungen bekannt, bei denen beispielsweise eine Rollenmechanik mit Hebel zum Einsatz kommen kann, die mit einer Drehdurchführung durch die Kammerwand zu einem außenliegenden Sensor geführt werden muss. Eine solche Rollenmechanik unterliegt jedoch einem Verschleiß, hat durch die Beschichtungen unterschiedliches Schaltverhalten, hat verschleißende Dichtungen durch die Drehbewegung und kann verklemmen. Diese Probleme ergeben sich vor allem auch durch die Dampfatmosphäre in der Beschichtungskammer, durch die es zu Ablagerungen an allen nichtbeheizten Flächen innerhalb des Prozessraumes kommt.
Es ist also wünschenswert, einen Sensor und ein Messverfahren bereit zu stellen, das stabil, robust, möglichst ohne mechanischen Verschleiß arbeitet und das zuverlässige Erkennen der Carrier garantieren kann.
In der DE 10 2010 003 413 A1 wird ein optisches Positionsmesssystem für Substrate in einer Beschichtungsanlage beschrieben und vorgeschlagen, eine lokale Wärmeregulierung zur Temperierung des Sensorkopfs in Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des Materials zumindest des Sensorkopfs und in Abhängigkeit von der Sekundärwärme in der Beschichtungsanlage einzusetzen, um ein Niederschlag an der Apparatur zu vermeiden. Eine solche zusätzliche Wärmequelle kann jedoch in einer Prozessumgebung, in der die Temperatur sehr genau gehalten werden muss, zu Problemen führen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sensorvorrichtung zur Erkennung eines Carriers für ein Substrat in einer Beschichtungsanlage bereit zu stellen, die diese Probleme vermeidet und möglichst verschleißfrei eine zuverlässige Erkennung der Carrier im Prozessraum gewährleistet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Sensorvorrichtung zur Erkennung eines Carriers für ein Substrat in einer Beschichtungsanlage einen optischen Sensor auf, wobei das optische Signal des optischen Sensors durch ein Rohr geleitet wird, das einen gestuften Innendurchmesser aufweist. Zwischen dem Rohr und dem Sensor ist ein Schauglas angeordnet.
Durch das Rohr vor dem optischen Sensor, das vorzugsweise ein langes Rohr mit einer Länge von mindestens etwa 8 cm, und bevorzugt etwa 20 cm, mit mehrfach gestuften Durchmesser ist, wird die Beschichtung überwiegend an der Innenfläche des Rohrs abgelagert und kann nicht bis zum Schauglas durchdringen und so den optischen Strahlengang der Sensorvorrichtung behindern. Weiterhin unterliegt ein berührungsloser optischer Sensor keinem mechanischen Verschleiß und keinem unterschiedlichen Schaltverhalten, hat keine verschleißenden Dichtungen und kann nicht verklemmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Schauglas mittels einer Schnellwechselvorrichtung angebracht sein. Bei anstehenden Wartungsintervallen kann das Schauglas getauscht werden, vorzugsweise ohne Demontage des Sensors. Dazu wird der Sensor so befestigt, dass er beim Wechseln des Schauglases nicht demontiert werden muss, wodurch das erneute Ausrichten des Sensors entfällt. Um Probleme durch Ablagerungen des aufzutragenden Materials insbesondere bei der Selenbeschichtung zu minimieren, wird bevorzugt ein optischer Sensor verwendet, der bei Wellenlängen arbeitet, bei denen eine hohe Transmission für amorphes Selen vorliegt. Dies ist in einem Wellenlängembereich von 690 nm bis 2500 nm insbesondere zwischen 850 nm und 2000 nm der Fall. Vorzugsweise hat auch das Schauglas hohe Transmissionswerte für die vom optischen Sensor verwendete Wellenlänge, damit auch hier keine Dämpfung verursacht wird.
Weiterhin wird durch die vorliegende Erfindung eine Beschichtungsanlage bereitgestellt, die eine Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist. Die Beschichtungsanlage weist insbesondere eine Vakuumkammer auf, wobei der optische Sensor vorzugsweise außerhalb und das Rohr innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist. Die Vakuumkammer wird im Bereich der Sensorvorrichtung durch das Schauglas abgedichtet. Durch diese Anordnung kann der Sensor möglichst weit außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein, wodurch er gekühlt sitzt. Vorzugsweise werden in der Beschichtungsanlage zwei Sensorvorrichtungen verwendet, wobei der optische Sensor der ersten Sensorvorrichtung das optische Signal sendet (Sender, Emitter) und der optische Sensor der zweiten Sensorvorrichtung das optische Signals detektiert (Empfänger, Detektor) bzw. bei Anwesenheit des Carriers meldet, dass kein optisches Signal empfangen werden kann.
Durch die Erfindung wird weiterhin ein Beschichtungsverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung bereitgestellt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, wobei
1 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung in einer Schnittansicht zeigt und
2 das mit der Sensorvorrichtung durchgeführtes Messprinzip verdeutlicht.
1 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung. Die Sensorvorrichtung 10 weist einen optischen Sensor 1 auf, der mittels einer Sensorfixierung 4 über eine Schauglasanordnung 3 mit einem langen Rohr 2 verbunden ist. Die Länge des Rohrs beträgt mindestens 8 cm, bevorzugt mindestens 15 cm und besonders bevorzugt etwa 20 cm. Die Sensorvorrichtung ist in einer Beschichtungskammer 6 derart angeordnet, dass sich das Rohr 2 zumindest teilweise innerhalb und der Sensor 1 mit Sensorfixierung 4 außerhalb der Prozesskammer 6 befindet, und die Prozesskammer 6 durch die Schauglasanordnung 3 verschlossen ist. Das Rohr 2 ragt durch eine Öffnung in der Kammerwand 61 in die Vakuumkammer 6 hinein. Die Kammer 6 wird durch einen Dichtungsring 62 gegenüber der Atmosphäre außerhalb der Kammer abgedichtet.
In der gezeigten Ausführungsform weist das lange Rohr 2 einen gestuften Innerdurchmesser 21 auf, wobei der Abschnitt mit dem größten Innendurchmesser am weitesten von dem optischen Sensor 1 entfernt angeordnet ist. Hierdurch kann eine Beschichtung der dem Rohr 2 hingewandten Seite des Schauglases weitgehend vermieden werden, indem sich das Material bevorzugt auf dem Innenoberfläche des Rohrs 2 ablagert, und nicht bis zum Schauglas 3 durchdringt. In 1 ist weiterhin eine Justiervorrichtung 5 gezeigt, mittels derer die Abstrahlrichtung des optischen Sensors bzw. dessen Detektionssrichtung eingestellt werden kann.
Die Schauglasanordnung 3 ist in der gezeigten Ausführungsform zur Sicherheit doppelt mit zwei getrennten Schaugläsern ausgeführt. Die vordere, zur Prozesskammer 6 hin angeordnete Glasscheibe der Schauglasanordnung beschlägt über die Zeit durch den in der Kammer ablaufenden Prozess. Diese Beschichtung auf der Schauglasanordnung dämpft das Licht des Sensors und somit die Übertragung, auch bei geeigneter Wahl der Wellenlänge. Zumindest die dem Rohr 2 zugewandte Scheibe der Schauglasanordnung 3 muss daher in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden Hierzu ist die Schauglasanordnung 3 mittels einer Schnellwechselvorrichtung derart angeordnet, dass der Sensor 1 beim Wechseln des Schauglases nicht demontiert werden muss. Dies wird durch die gezeigte Sensorfixierung 4 erreicht. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Schauglasanordnung 3 mit zwei getrennten Schaugläsern kann, um einen möglichen schädlichen Sauerstoffeintrag zwischen den beiden Gläsern zu vermindern, der Bereich zwischen den beiden Gläsern mit einem Inertgas gespült werden.
2 illustriert das Messprinzip, mit dem die Anwesenheit eines Carriers in der Prozesskammer erkannt werden kann. Hierzu werden zwei Sensorvorrichtungen 10 und 10' als Sender bzw. Empfänger verwendet. Der optische Sensor in der Vorrichtung 10 ist also eingerichtet, das optische Signal zu senden, wobei der optische Sensor in der Vorrichtung 10' eingerichtet ist, dass vom Sender 10 gesendete Signal zu empfangen. Insbesondere wird für den optischen Sensor des Senders 10 eine LED und für den optischen Sensor des Empfängers 10' eine Fotodiode verwendet.
Zum Erkennen der Anwesenheit eines Carriers in der Prozesskammer wird durch den Sensor beispielsweise ein gepulstes optisches Signal in Richtung des Empfängers abgestrahlt.
Befindet sich ein Carrier mit dem Substrat im Strahlengang zwischen dem Sender und dem Empfänger kann der Empfänger melden, dass das Signal des Sensors nicht mehr zu ihm durchdringt, woraus auf die Anwesenheit des Carriers in der Prozesskammer geschlossen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010003413 A1 [0006]

Claims

Sensorvorrichtung zur Erkennung eines Carriers für ein Substrat in einer Beschichtungsanlage, mit einem optischen Sensor; einem Rohr mit einem gestuften Innendurchmesser, das derart angeordnet ist, dass ein optisches Signal des optischen Sensors durch das Rohr geleitet wird; einem zwischen dem Rohr und dem Sensor angeordneten Schauglas.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der optische Sensor eingerichtet ist, das optische Signal zu senden oder zu empfangen.
Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rohr einen mehrfach gestuften Innendurchmesser aufweist.
Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüchen, wobei die Seite des Rohrs mit dem kleinsten Innendurchmesser auf der zum Sensor hin gewandten Seite angeordnet ist.
Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das optische Signal eine Wellenlänge zwischen 690 und 2500 nm, bevorzugt zwischen 850 und 2000 nm aufweist.
Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Schauglas mittels einer Schnellwechselvorrichtung angebracht ist, wobei das Schauglas vorzugsweise ohne Demontage des Sensors gewechselt werden kann.
Beschichtungsanlage mit einer Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 7, wobei die Beschichtungsanlage eine Vakuumkammer aufweist, wobei der optische Sensor außerhalb und das Rohr innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist und wobei die Vakuumkammer im Bereich der Sensorvorrichtung durch das Schauglas abgedichtet ist.
Beschichtungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Beschichtungsanlage ferner eine zweite Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, wobei der optische Sensor der ersten Sensorvorrichtung eingerichtet ist, das optische Signal zu senden und der optische Sensor der zweiten Sensorvorrichtung eingerichtet ist, das von der ersten Sensorvorrichtung gesendete optische Signal zu empfangen.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Beschichtungsanlage zum Beschichten von Halbleitersubstraten eingerichtet ist, insbesondere mittels Physikalischer Gasphasenabscheidung.
Beschichtungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, die eingerichtet ist eine Selenbeschichtung aufzubringen.
Verfahren zum zur Erkennung eines Carriers für ein Substrat in einer Beschichtungsanlage mittels zweier Sensorvorrichtungen jeweils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine der Sensorvorrichtungen ein optisches Signal durch die Prozesskammer der Beschichtungsanlage in Richtung der zweiten Sensorvorrichtung ausstrahlt, wobei die Anwesenheit eines Carriers den Lichtweg zwischen der ersten und zweiten Sensorvorrichtung unterbricht.