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Die Erfindung betrifft eine Vakuumkammer, ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumkammer und ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumprozessieranlage.
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Im Allgemeinen kann eine Vakuumprozessieranlage mindestens eine Vakuumkammer und mindestens eine Vakuumprozessieranordnung aufweisen, wobei die mindestens eine Vakuumkammer und die mindestens eine Vakuumprozessieranordnung derart eingerichtet sein können, dass innerhalb der Vakuumkammer ein Substrat prozessiert (behandelt) werden kann oder dass mehrere Substrate innerhalb der Vakuumkammer prozessiert werden können. Beispielsweise können die mindestens eine Vakuumkammer und die mindestens eine Vakuumprozessieranordnung derart eingerichtet sein, dass innerhalb der Vakuumkammer ein Beschichtungsprozess, ein Reinigungsprozess, ein Strukturierungsprozess, eine Oberflächenbehandlung, ein Belichtungsprozess und/oder eine Temperaturbehandlung durchgeführt werden können/kann.
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Ferner kann die Vakuumprozessieranlage eine Transportvorrichtung aufweisen zum Transportieren von mindestens einem Substrat in die mindestens eine Vakuumkammer hinein, aus der mindestens einen Vakuumkammer heraus und/oder durch die mindestens eine Vakuumkammer hindurch. Dabei kann die Transportvorrichtung an das jeweils zu transportierende Substrat angepasst sein, so dass beispielsweise plattenförmige Substrate, wie Glasscheiben oder Wafer, oder andere plattenförmige Träger mittels der Vakuumprozessieranlage prozessiert werden können oder so dass bandförmige Substrate, wie Folien oder Metallbänder, mittels der Vakuumprozessieranlage prozessiert werden können. Zum Transportieren plattenförmiger Substrate kann die Transportvorrichtung beispielsweise ein Transportrollensystem mit einer Vielzahl von Transportrollen aufweisen, auf welchen die plattenförmigen Substrate durch die Vakuumkammer hindurch geführt werden können. Zum Transportieren bandförmiger Substrate kann die Transportvorrichtung beispielsweise mindestens zwei Wickelrollen (oder Walzen) aufweisen, mittels derer das bandförmige Substrat von Rolle-zu-Rolle durch die Vakuumkammer hindurch geführt werden kann.
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WO 2008/085604 A2 beschreibt eine RTP-Prozessiervorrichtung, in welcher ein flexibles Werkstück von Rolle zu Rolle transportiert wird. Dabei wird das Werkstück in drei Sektionen A, B, C prozessiert, wobei ein Segment mit geringem Volumen in Sektion B bereitgestellt ist, und wobei in dieses Segment Stickstoff eingeleitet wird.
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DE 10 2010 049 837 A1 beschreibt eine Gasschleuse sowie eine Beschichtungsvorrichtung mit einer Gasschleuse. Dabei trennt die Gasschleuse zwei verschiedene Gasräume, indem Spalte bereitgestellt werden und ein Inertgas derart zugeführt wird, dass dieses dem Prozessgas entgegenströmt.
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DE 10 2010 022 277 A1 beschreibt eine Reaktivgastrennung zwischen benachbarten Beschichtungskammern von in-line-Beschichtungsanlagen. Dabei wird in einen Übergangsbereich zwischen den benachbarten Beschichtungskammern ein Spülgas eingeleitet.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels einer Vakuumkammer ein Vakuum bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann auch mittels mehrerer miteinander gekoppelter Vakuumkammern ein gemeinsames Vakuumsystem bereitgestellt sein oder werden. Eine Vakuumkammer kann beispielsweise in mehrere Kammern, Sektionen bzw. Kompartments unterteilt sein. Ferner kann eine Vakuumkammer modular aufgebaut sein, so dass mehrere der modularen Vakuumkammern zu einer gemeinsamen größeren Vakuumkammer gekuppelt werden können. Ferner kann eine Vakuumkammer ein Kammergehäuse mit einer Deckelöffnung aufweisen sowie einen Kammerdeckel zum vakuumdichten Abdecken der Deckelöffnung.
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Verschiedene Kammern (Sektionen oder Kompartments) einer Vakuumkammer (oder einer Vakuumprozessieranlage) können beispielsweise mittels so genannter Kammerwände oder Schottwände voneinander getrennt sein, beispielsweise bei einer horizontalen Durchlauf-Beschichtungsanlage (In-Line-Anlage) mittels vertikaler Kammerwände bzw. vertikaler Schottwände. Dabei kann jede Kammerwand (oder Schottwand) eine Substrat-Transferöffnung (einen Substrat-Transferspalt) derart aufweisen, dass ein Substrat durch die Kammerwand hindurch transportiert werden kann, z. B. von einer ersten Kammer einer Vakuumkammer in eine zweite Kammer einer Vakuumkammer oder z. B. von einem ersten Bereich einer Vakuumkammer in einen zweiten Bereich der Vakuumkammer. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumkammer einen gegenüber dem normalen Atmosphärendruck abgedichteten Innenraum bereitstellen. Dazu kann die Vakuumkammer ein entsprechend stabil eingerichtetes Kammergehäuse aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können in verschiedenen Bereichen (Prozessierbereichen) einer Vakuumkammer verschiedene Prozessumgebungen bereitgestellt sein oder werden, wobei in einer Prozessumgebung beispielsweise Gas mit einem vordefinierten Gasdruck und/oder mit einer vordefinierten Gaszusammensetzung bereitgestellt werden kann oder soll. Ferner können/kann der Zugriff und/oder die Saugleistung von Vakuumpumpen in verschiedene Prozessierbereiche derart eingerichtet sein, dass entsprechende Prozessumgebungen in der Vakuumkammer bereitgestellt werden können. Zum Separieren verschiedener Prozessierbereiche einer Vakuumkammer voneinander (z. B. zum Separieren zweier benachbarter Prozessumgebungen mit unterschiedlichem Gasdruck und/oder unterschiedlicher Gaszusammensetzung) kann eine Gasseparationsstruktur verwendet werden. Mit anderen Worten kann eine Vakuumkammer eine Gasseparation derart aufweisen, dass in verschiedenen mittels der Gasseparation separierten Bereichen der Vakuumkammer unterschiedliche Prozessumgebungen bereitgestellt werden können. Ferner kann mittels einer Gasseparationsstruktur der Zugriff von Vakuumpumpen in entsprechende Bereiche der Vakuumkammer beeinflusst werden.
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Beispielsweise kann in einer ersten Kammer (Sektion oder Kompartment) einer Vakuumkammer eine erste Prozessumgebung bereitgestellt sein oder werden und in einer zweiten Kammer (Sektion oder Kompartment) einer Vakuumkammer kann eine zweite Prozessumgebung bereitgestellt sein oder werden, wobei die erste Kammer und die zweite Kammer mittels einer Gasseparationsstruktur voneinander separiert sein können. Beispielsweise kann in einer ersten Vakuumkammer eine erste Prozessumgebung bereitgestellt sein oder werden und in einer zweiten Vakuumkammer kann eine zweite Prozessumgebung bereitgestellt sein oder werden, wobei die erste Vakuumkammer und die zweite Vakuumkammer mittels einer Gasseparationsstruktur voneinander separiert sind. Beispielsweise kann eine Vakuumkammer oder eine Kammer (eine Sektion oder ein Kompartment) einer Vakuumkammer als Gasseparationskammer eingerichtet sein, d. h. im Wesentlichen nur die Funktion der Gasseparation zwischen an die Gasseparationskammer angrenzenden Vakuumkammern bzw. Kammern übernehmen.
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Herkömmlicherweise wird eine Gasseparation in einer Vakuumkammer dadurch bereitgestellt, dass mittels mindestens einer Metallplatte ein tunnelförmiger Abschnitt in der Vakuumkammer gebildet wird, durch welchen das Substrat hindurch transportiert werden kann. Dabei kann der tunnelförmige Abschnitt im Querschnitt senkrecht zur Transportrichtung des transportierten Substrats nur geringfügig größer sein als der entsprechende Querschnitt des transportierten (z. B. zu prozessierenden) Substrats, so dass möglichst wenig Gas neben dem transportierten Substrat durch den tunnelförmigen Abschnitt gelangen kann. Anschaulich kann zur Gasseparation entlang der Substrattransportrichtung in der Vakuumkammer ein Gasseparationsspalt bereitgestellt sein oder werden, durch welchen das Substrat hindurch transportiert wird. Dabei kann die Gasseparation (unter anderem) mittels quer zur Substrattransportrichtung bereitgestellter Wandelemente oder Kammerwände erfolgen.
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Herkömmlicherweise wird ein Gasseparationsspalt (oder ein Gasseparationstunnel) so gut wie möglich evakuiert, so dass der Gasseparationsspalt möglichst frei von Gas ist und Gasteilchen, welche in den Gasseparationsspalt gelangen, abgepumpt werden.
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Eine Gasseparationsstruktur kann beispielsweise dann effektiv zur Gasseparation beitragen, wenn die Gasseparationsstruktur einen ersten Prozessierbereich und einen zweiten Prozessierbereich bis auf den Gasseparationsspalt zum Transportieren eines Substrats von einem Prozessierbereich in den anderen Prozessierbereich, im Wesentlichen vollständig separiert (abdichtet oder abgrenzt). Anschaulich muss eine Ausbreitung des Gases von einem Prozessierbereich in den anderen Prozessierbereich abseits des Gasseparationsspalts ebenfalls gehemmt sein oder werden. Eine Gasseparation (auch als Druckseparation bezeichnet) wird beispielsweise benötigt, um Prozessierbereiche voneinander zu trennen, z. B. um einen Transferbereich vom Prozessierbereich zu trennen oder auch um zwei unterschiedliche benachbarte Prozessierbereiche voneinander zu trennen. Dazu können beim Prozessieren von flächigen Substraten, welche in einer Transportebene transportiert werden, oberhalb und unterhalb der transportierten Substrate flächige Bleche nahe der Transportebene und somit nahe an den transportieren Substraten montiert sein oder werden. Diese Anordnung kann man als Druckseparation (Spaltschleuse, Gasseparationsspalt oder Gasseparationstunnel) verstehen. Der Druckseparationsfaktor (d. h. die Effizienz der Druckseparation entlang der Transportrichtung) ergibt sich bei vorgegebener Breite (quer zur Transportrichtung) aus der konstruktiven Länge (entlang der Transportrichtung) und der Spalthöhe der Konstruktion (der Spaltschleuse mit mindestens einem flächigen Blech). Eine Schleusenkammer, eine Transferkammer oder eine sonstige Kammer einer Vakuumprozessieranlage kann als Prozessierkammer verstanden werden, wobei dann ein Schleusenbereich oder ein Transferbereich der Prozessierbereich ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Gasseparation in einer Spaltschleuse, einem Gasseparationsspalt bzw. einem Gasseparationstunnel verbessert werden (der Druckseparationsfaktor kann bei gleichem Bauraum erhöht werden), indem ein Inertgas (oder Spülgas) in die Spaltschleuse, den Gasseparationsspalt bzw. den Gasseparationstunnel eingeleitet wird. Anschaulich wird in der Spaltschleuse, dem Gasseparationsspalt bzw. dem Gasseparationstunnel ein Gas (ein Inertgas, z. B. Helium oder Argon) bereitgestellt, welches die Ausbreitung eines weiteren Gases (eines Reaktivgases, z. B. Sauerstoff oder Stickstoff) von den Prozessierbereichen der Vakuumkammer durch die Spaltschleuse, den Gasseparationsspalt bzw. den Gasseparationstunnel hindurch oder in die Spaltschleuse, den Gasseparationsspalt bzw. den Gasseparationstunnel hinein, reduziert oder hemmt.
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Dabei kann das Inertgas mittels mindestens einer Gasaustrittsöffnung direkt in die Spaltschleuse, den Gasseparationsspalt bzw. den Gasseparationstunnel eingeleitet werden. Anschaulich kann das Inertgas mittels eines Gaskanals zu der Spaltschleuse, dem Gasseparationsspalt bzw. dem Gasseparationstunnel hin geführt werden, wobei der Gaskanal mindestens eine Gasaustrittsöffnung derart aufweist, dass das Inertgas (Spülgas) in die Spaltschleuse, den Gasseparationsspalt bzw. den Gasseparationstunnel eingelassen wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in der Spaltschleuse, dem Gasseparationsspalt bzw. dem Gasseparationstunnel ein Gasfluss (eine im Mittel gerichtete Gasteilchenbewegung) des Inertgases in Transportrichtung und entgegen der Transportrichtung bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumkammer oder eine Vakuumprozessieranlage Folgendes aufweisen:
mindestens einen ersten Prozessierbereich und mindestens einen zweiten Prozessierbereich zum Prozessieren eines Substrats in der Vakuumkammer; eine Transportvorrichtung zum Transportieren des zu prozessierenden Substrats zumindest von dem ersten Prozessierbereich in den zweiten Prozessierbereich; eine zwischen dem ersten Prozessierbereich und dem zweiten Prozessierbereich angeordnete Gasseparationsstruktur, wobei die Gasseparationsstruktur einen Gasseparationsspalt zwischen der Gasseparationsstruktur und dem mittels der Transportvorrichtung transportierten zu prozessierenden Substrat derart bildet, dass eine Ausbreitung von Gasteilchen von einem der beiden Prozessierbereiche durch den Gasseparationsspalt hindurch in den anderen der beiden Prozessierbereiche gehemmt wird; und eine zwischen dem ersten Prozessierbereich und dem zweiten Prozessierbereich angeordnete Gaszuführung zum Einleiten eines Inertgases in den Gasseparationsspalt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumkammer oder eine Vakuumprozessieranlage folgendes aufweisen:
mindestens einen ersten Prozessierbereich und mindestens einen zweiten Prozessierbereich; eine zwischen dem ersten Prozessierbereich und dem zweiten Prozessierbereich angeordnete Gasseparationskammer; eine Transportvorrichtung zum Transportieren des zu prozessierenden Substrats zumindest von dem ersten Prozessierbereich durch die Gasseparationskammer hindurch in den zweiten Prozessierbereich; eine in der Gasseparationskammer angeordnete Gasseparationsstruktur, wobei die Gasseparationsstruktur einen Gasseparationsspalt zwischen der Gasseparationsstruktur und dem mittels der Transportvorrichtung transportierten zu prozessierenden Substrat derart bildet, dass eine Ausbreitung von Gasteilchen von einem der beiden Prozessierbereiche durch den Gasseparationsspalt hindurch in den anderen der beiden Prozessierbereiche gehemmt wird; und eine in der Gasseparationskammer angeordnete Gaszuführung zum Einleiten eines Inertgases in den Gasseparationsspalt.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gaszuführung gesteuert oder geregelt erfolgen. Beispielsweise kann das Inertgas mittels eines Gaskanals, eines Gasreservoirs, einer Ventilanordnung und/oder einer entsprechend eingerichteten Steuerung (aufweisend Steuerungsbauteile und Stellglieder) oder einer entsprechend eingerichteten Regelung (aufweisend Stellglieder, Messglieder und Regelungsbauteile) in den Gasseparationsspalt eingeleitet werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gaszuführung in die Gasseparationsstruktur integriert sein oder Teil der Gasseparationsstruktur sein. Mit anderen Worten kann sich zumindest ein Teil der Gaszuführung plattenförmig (z. B. parallel zur Substrattransportebene) in der Vakuumkammer erstrecken. Ferner kann die plattenförmige Gaszuführung Gasaustrittsöffnungen in Richtung der Substrattransportebene aufweisen zum Einbringen des Inertgases in den Gasseparationsspalt.
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Ferner kann die Gaszuführung einen Gaskanal mit mindestens einer Gasaustrittsöffnung aufweisen, wobei sich der Gaskanal quer zu einer Transportrichtung des zu prozessierenden Substrats erstreckt (und im Wesentlichen parallel zur Transportebene). Somit kann der Gasseparationsspalt über dessen gesamter Breite mittels des Inertgases gespült werden.
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Ferner kann der Gasseparationsspalt einen Eingangs-Bereich aufweisen, durch welchen ein Substrat in den Gasseparationsspalt hinein transportiert wird. Ferner kann der Gasseparationsspalt einen Ausgangs-Bereich aufweisen, durch welchen das Substrat aus dem Gasseparationsspalt heraus transportiert wird. Dabei kann die Gasseparationsstruktur derart bereitgestellt sein oder werden, dass der Gasseparationsspalt einen Gasseparationstunnel von dem Eingangs-Bereich zu dem Ausgangs-Bereich bildet. Die Gasseparationsstruktur kann sich im Wesentlichen parallel zur Transportebene in einem Abstand zur Transportebene erstrecken und plattenförmig (oder u-förmig) eingerichtet sein, so dass ein Gasseparationstunnel zwischen der Gasseparationsstruktur und einem in der Transportebene transportierten Substrat entsteht. Somit kann eine Ausbreitung eines Gases oberhalb eines in der Vakuumkammer transportierten Substrats mittels der Gasseparationsstruktur verhindert oder gehemmt werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumkammer ferner eine mit der Vakuumkammer gekoppelte Pumpenanordnung (Vakuumpumpenanordnung) aufweisen zum Abpumpen des mittels der Gaszuführung in den Gasseparationsspalt eingeleiteten Inertgases aus der aus einem ersten Abpumpbereich und einem zweiten Abpumpbereich, wobei der erste Abpumpbereich an den Eingangs-Bereich des Gasseparationstunnels angrenzt und wobei der zweite Abpumpbereich an den Ausgangs-Bereich des Gasseparationstunnels angrenzt.
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Ferner kann die Gasseparationsstruktur derart plattenförmig eingerichtet sein und derart in der Vakuumkammer angeordnet sein oder werden, dass sich die Gasseparationsstruktur im Wesentlichen parallel zu einer Transportebene erstreckt, wobei die Transportebene (wie auch die Transportrichtung) von dem Transportsystem definiert ist.
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Ferner kann die plattenförmige Gasseparationsstruktur eine Durchgangsöffnung oder mehrere Durchgangsöffnungen derart aufweisen, dass ein Pumpzugriff durch die Gasseparationsstruktur hindurch in den Gasseparationsspalt erfolgen kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumkammer ferner Folgendes aufweisen: eine erste Prozessieranordnung zum Prozessieren des zu prozessierenden Substrats in dem ersten Prozessierbereich, wobei die erste Prozessieranordnung eingerichtet ist, ein erstes Gas (mit einem ersten Druck und einer ersten Gaszusammensetzung) in dem ersten Prozessierbereich bereitzustellen; und eine zweite Prozessieranordnung zum Prozessieren des zu prozessierenden Substrats in dem zweiten Prozessierbereich, wobei die zweite Prozessieranordnung eingerichtet ist, ein zweites Gas (mit einem zweiten Druck und einer zweiten Gaszusammensetzung) in dem zweiten Prozessierbereich bereitzustellen.
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Ferner kann die Gasseparationsstruktur derart bereitgestellt sein oder werden, dass der Gasseparationsspalt eine Spalthöhe quer zu einer Transportrichtung des zu prozessierenden Substrats und eine Spaltlänge entlang der Transportrichtung des zu prozessierenden Substrats aufweist, wobei die Spaltlänge mehr als das fünffache der Spalthöhe beträgt. Beispielsweise kann ein Gasseparationsspalt eine effektivere Gastrennung ermöglichen, wenn der Gasseparationsspalt länger und weniger hoch ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gasseparationsspalt eine Spalthöhe in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 50 mm aufweisen. Dabei kann die Spalthöhe an die Dicke (Höhe) des zu prozessierenden Substrats angepasst sein oder werden. Ferner kann der Gasseparationsspalt eine Spaltbreite in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m aufweisen. Dabei kann die Spaltbreite an die Breite des zu prozessierenden Substrats angepasst sein oder werden. Ferner kann der Gasseparationsspalt eine Spaltlänge entlang der Transportrichtung des zu prozessierenden Substrats in einem Bereich von ungefähr 5 cm bis ungefähr 120 cm, z. B. in einem Bereich von ungefähr 10 cm bis ungefähr 100 cm, aufweisen. Ferner kann die Spaltlänge an die Dimension der Vakuumkammer oder der Gasseparationskammer angepasst sein oder werden. Ferner können mehrere Gasseparationskammern hintereinander angeordnet sein um eine ausreichende Gasseparation zu ermöglichen. Ferner können mehrere Gasseparationsstrukturen in einer Vakuumkammer hintereinander angeordnet sein um eine ausreichende Gasseparation zu ermöglichen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumkammer Folgendes aufweisen:
Transportieren eines Substrats entlang einer Transportrichtung durch einen Gasseparationsbereich in der Vakuumkammer hindurch, wobei eine Gasseparationsstruktur in dem Gasseparationsbereich einen Gasseparationsspalt (oder Gasseparationstunnel) derart bildet, dass eine Ausbreitung von Gasteilchen entlang und/oder entgegen der Transportrichtung gehemmt wird; und Einleiten eines Inertgases direkt in den Gasseparationsspalt zwischen der Gasseparationsstruktur und dem durch den Gasseparationsbereich hindurch transportierten Substrat.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumprozessieranlage Folgendes aufweisen:
Transportieren eines Substrats von einer ersten Prozessierkammer der Vakuumprozessieranlage durch eine Gasseparationskammer der Vakuumprozessieranlage hindurch in eine zweite Prozessierkammer der Vakuumprozessieranlage, wobei das Substrat durch eine Eingangsöffnung der Gasseparationskammer hindurch in die Gasseparationskammer hinein transportiert wird und durch eine Ausgangsöffnung der Gasseparationskammer hindurch aus der Gasseparationskammer heraus transportiert wird, wobei die Gasseparationskammer eine Gasseparationsstruktur derart aufweist, dass ein Gasseparationsspalt über dem Substrat gebildet ist, Einleiten eines Inertgases direkt in den Gasseparationsspalt, so dass eine Ausbreitung von Gasteilchen von einer der beiden Prozessierkammern durch die Gasseparationskammer hindurch in die andere der beiden Prozessierkammern mittels des eingeleiteten Inertgases gehemmt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Betreiben einer Vakuumkammer oder einer Vakuumprozessieranlage ferner das Evakuieren der Vakuumkammer oder der Gasseparationskammer aufweisen.
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Ferner kann das Einleiten des Inertgases derart erfolgen, dass in dem Gasseparationsspalt ein Inertgasdruck derart bereitgestellt wird, dass die Ausbreitung von Gasteilchen aus dem ersten Prozessierbereich in den zweiten Prozessierbereich oder aus dem zweiten Prozessierbereich in den Prozessierbereich maximal gehemmt wird. Anschaulich kann es einen Gasdruck geben, bei dem die Gasseparation mittels des Inertgases in dem Gasseparationsspalt maximal ist. Dieser Gasdruck kann beispielsweise ermittelt werden, indem mittels einer Restgasanalyse (z. B. mittels eines Massenspektrometers) in dem Gasseparationsspalt der Partialdruck des zu separierenden Gases (z. B. eines Reaktivgases, welches in mindestens einem der Prozessierbereiche verwendet wird) in Abhängigkeit von dem Partialdruck des Inertgases gemessen wird. Dabei kann in dem Gasseparationsspalt dann ungefähr derjenige Partialdruck an Inertgas bereitgestellt werden (z. B. mittels einer Zuflussregelung des Inertgases und/oder einer Regelung der Saugleistung), bei welchem der niedrigste Partialdruck des zu separierenden Gases ermittelt wurde.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Inertgas in ausreichend großer Menge (Masse bzw. Volumen) in den Gasseparationsspalt eingeleitet werden, z. B. mit einem Gasfluss in einem Bereich von ungefähr 100 sccm bis ungefähr 1000 sccm (sccm definiert eine strömende Gasmenge in Standardkubikzentimetern pro Minute. Ein Standardkubikzentimeter definiert ein Gasvolumen von V = 1 cm3 unter physikalischen Normbedingungen (T = 0°C und p = 1013,25 hPa). Dabei kann der benötigte Gasfluss von der Anzahl und/oder der Saugleistung der angekoppelten Vakuumpumpen abhängen, z. B. kann pro angekoppelter Turbomolekularpumpe ein Gasfluss in einem Bereich von ungefähr 100 sccm bis ungefähr 1000 sccm bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in dem Gasseparationsspalt ein Partialdruck des Inertgases in einem Bereich von ungefähr 10–5 mbar bis ungefähr 10–1 mbar, z. B. in einem Bereich von ungefähr 10–4 mbar bis ungefähr 10–3 mbar, bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer ferner eine Vakuumpumpenanordnung aufweisen zum Evakuieren der Vakuumkammer bis zu einem Druck von kleiner als ungefähr 0,1 mbar. Ferner können/kann die erste Prozessieranordnung und/oder die zweite Prozessieranordnung eine Vakuumpumpenanordnung aufweisen zum Evakuieren der Vakuumkammer bis zu einem Druck von kleiner als ungefähr 0,1 mbar.
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Ferner kann die erste Prozessieranordnung eine erste Vakuumpumpenanordnung aufweisen, welche aufgrund der Gasseparationsstruktur im Wesentlichen in den ersten Prozessierbereich zugreift. Ferner kann die zweite Prozessieranordnung eine zweite Vakuumpumpenanordnung aufweisen, welche aufgrund der Gasseparationsstruktur im Wesentlichen in den zweiten Prozessierbereich zugreift. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Gasseparationsspalt indirekt über die Prozessierbereiche evakuiert werden.
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Ferner kann in der Vakuumkammer oder in der Gasseparationskammer mindestens ein Abpumpbereich bereitgestellt sein oder werden, wobei der Abpumpbereich direkt an den Gasseparationsspalt angrenzt, wobei der Gasseparationsspalt mittels einer Vakuumpumpenanordnung, welche in den Abpumpbereich (z. B. direkt oder indirekt) zugreift, evakuiert wird. Anschaulich kann das in den Gasseparationsspalt eingeleitete Inertgas gleich in einem an den Gasseparationsspalt angrenzenden Abpumpbereich wieder abgepumpt werden. Anschaulich kann das in den Gasseparationsspalt eingeleitete Inertgas gleich in zwei beidseitig an den Gasseparationsspalt angrenzenden Abpumpbereichen wieder abgepumpt werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Gasseparationsstruktur ein Partialdruckunterschied zumindest eines Gases (z. B. Sauerstoff oder Stickstoff) in der Vakuumkammer zwischen dem ersten Prozessierbereich und dem zweiten Prozessierbereich bereitgestellt sein oder werden, z. B. ein Partialdruckverhältnis des Partialdrucks in dem ersten Prozessierbereich zu dem Partialdruck in dem zweiten Prozessierbereich in einem Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 1000.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumkammer Folgendes aufweisen: mindestens einen ersten Prozessierbereich und mindestens einen zweiten Prozessierbereich zum Prozessieren eines Substrats in der Vakuumkammer; eine Transportvorrichtung zum Transportieren des zu prozessierenden Substrats zumindest von dem ersten Prozessierbereich in den zweiten Prozessierbereich entlang einer Transportfläche (z. B. einer gekrümmten Transportfläche oder einer ebenen Transportfläche); eine zwischen dem ersten Prozessierbereich und dem zweiten Prozessierbereich angeordnete Gasseparationsstruktur, wobei die Gasseparationsstruktur einen Gasseparationsspalt zwischen der Gasseparationsstruktur und der Transportfläche derart bildet, dass eine Ausbreitung von Gasteilchen von einem der beiden Prozessierbereiche durch den Gasseparationsspalt hindurch in den anderen der beiden Prozessierbereiche gehemmt wird, wenn sich ein Substrat in dem Gasseparationsspalt befindet; und eine zwischen dem ersten Prozessierbereich und dem zweiten Prozessierbereich angeordnete Gaszuführung zum Einleiten eines Inertgases in den Gasseparationsspalt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Vakuumkammer in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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2 eine Vakuumkammer in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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3 eine Vakuumkammer oder eine Vakuumprozessieranlage in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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4 eine Vakuumkammer oder eine Vakuumprozessieranlage in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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5 eine Gasseparation in einer Vakuumkammer oder in einer Vakuumprozessieranlage in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
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6 eine Vakuumkammer oder eine Vakuumprozessieranlage in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
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7 eine Detaildarstellung der Vakuumkammer oder der Vakuumprozessieranlage in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Im Allgemeinen kann eine Vakuumprozessieranlage dazu genutzt werden, Substrate, wie beispielsweise plattenförmige Substrate, Glasscheiben, Wafer oder andere Träger, zu prozessieren, z. B. kann eine Vakuumprozessieranlage als Vakuumbeschichtungsanlage eingerichtet sein zum Beschichten eines Substrats innerhalb der Vakuumbeschichtungsanlage. Dabei kann eine Vakuumprozessieranlage (eine Vakuumkammer) mehrere Kammern, Sektionen (Kompartments) oder Prozesskammern aufweisen sowie ein Transportsystem zum Transportieren des zu beschichtenden Substrats durch die Vakuumprozessieranlage hindurch. Verschiedene Kammern einer Vakuumprozessieranlage können mittels so genannter Kammerwände oder Schottwände voneinander getrennt sein, beispielsweise bei horizontalen Durchlauf-Beschichtungsanlagen (In-Line-Anlagen) mittels vertikaler Kammerwände bzw. vertikaler Schottwände. Dabei kann jede Kammerwand (oder Schottwand) eine Substrat-Transfer-Öffnung (einen Substrat-Transfer-Spalt) derart aufweisen, dass ein Substrat durch die Kammerwand hindurch transportiert werden kann, z. B. von einer ersten Kammer einer Vakuumprozessieranlage in eine zweite Kammer einer Vakuumprozessieranlage. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Kammerwände bzw. Schottwände, welche sich quer zur Substrattransportrichtung in der Vakuumprozessieranlage erstrecken, eine Gasseparation ermöglichen. Ferner kann eine Kammerwand oder Schottwand eine, z. B. verschließbare, Öffnung aufweisen, so dass beispielsweise ein Kompartment durch die Öffnung hindurch aus einem benachbarten Kompartment evakuiert (abgepumpt) werden kann. Mittels einer Öffnung in einer Kammerwand oder Schottwand kann die Saugleistung in der Vakuumkammer oder Vakuumprozessieranlage verteilt oder angepasst werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vakuumkammer aus mindestens einem Kammergehäuse (Vakuumkammergehäuse) mit mindestens einer Deckelöffnung und mindestens einem zugehörigen Kammerdeckel gebildet sein oder werden. Ferner kann eine Kammer (ein Kompartment) mittels eines Kammergehäuses bereitgestellt sein oder werden, oder mehrere Kammern (Kompartments) können in einem gemeinsamen Kammergehäuse bereitgestellt sein oder werden, wobei das Kammergehäuse beispielsweise mehrere Kammerwände aufweisen kann, welche die eine Kammer begrenzen bzw. die mehreren Kammern begrenzen und voneinander separieren.
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Eine Vakuumprozessieranlage kann beispielsweise eine Schleusenkammer, eine Pufferkammer, eine Transferkammer und/oder eine Prozesskammer (z. B. eine Beschichtungskammer, eine Reinigungskammer, eine Belichtungskammer, eine Ätzkammer, eine Heizkammer, eine Kühlkammer oder dergleichen) aufweisen. Beispielsweise können verschiedene Kompartments der Vakuumprozessieranlage verschieden Funktionen übernehmen, wobei die jeweilige Funktionsweise oder die Betriebsart des Kompartments aufgrund des mit dem entsprechenden Kammergehäuse verwendeten Kammerdeckels definiert sein kann. Beispielsweise kann das Kammergehäuse mit einem Kammerdeckel als Schleusenkammer verwendet werden und mit einem anderen Kammerdeckel als Pufferkammer oder Transferkammer (oder Prozesskammer), und mit einem noch anderen Kammerdeckel als Beschichtungskammer. Damit das Kammergehäuse evakuiert werden kann, kann das Kammergehäuse mit einer Vorvakuumpumpen-Anordnung und/oder einer Hochvakuumpumpen-Anordnung gekoppelt sein. Somit kann in dem mittels des Kammerdeckels abgedichteten Kammergehäuse zumindest ein Vorvakuum (oder auch ein Hochvakuum) erzeugt werden oder bereitgestellt sein.
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Anschaulich können ein Kammergehäuse und ein zugehöriger Kammerdeckel eine Vorvakuumversorgung aufweisen zum Ermöglichen des Evakuierens zumindest einer Vakuumkammer der Prozessieranlage oder der gesamten Prozessieranlage. Beispielsweise kann ein Kammerdeckel eine Hochvakuumpumpen-Anordnung aufweisen, welche mit Vorvakuum versorgt werden muss, um den Betrieb der Hochvakuumpumpen zu ermöglichen. Die Versorgung des Kammerdeckels mit Vorvakuum kann mittels einer Vorvakuumversorgungsstruktur erfolgen, welche mit einer Vorvakuumpumpen-Anordnung gekoppelt sein kann. Ferner kann die Vorvakuumpumpen-Anordnung zusätzlich direkt an das Kammergehäuse gekoppelt sein zum Bereitstellen eines Vorvakuums in der Vakuumkammer der Prozessieranlage.
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Ferner kann die Vakuumprozessieranlage ein Transportsystem aufweisen zum Transportieren der zu prozessierenden Substrate durch die Vakuumprozessieranlage hindurch, z. B. kann ein Transportsystem eine Vielzahl von Transportrollen und einen entsprechend mit den Transportrollen gekoppelten Antrieb (z. B. können mehrere Transportrollen in Substrattransportrichtung mittels eines Zahnriemens gekuppelt sein oder werden) aufweisen. Ferner kann ein Transportsystem Transportrollen aufweisen zum Transportieren eines Bandsubstrats von Rolle zu Rolle.
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Zum Einschleusen eines Substrats in die Vakuumprozessieranlage (oder Vakuumkammer) hinein oder zum Ausschleusen eines Substrats aus der Vakuumprozessieranlage heraus, können beispielsweise eine oder mehrere Schleusenkammern, eine oder mehrere Pufferkammern und/oder eine oder mehrere Transferkammern verwendet werden. Zum Einschleusen mindestens eines Substrats in die Vakuumprozessieranlage hinein kann beispielsweise das mindestens eine Substrat in eine belüftete Schleusenkammer eingebracht werden, anschließend kann die Schleusenkammer mit dem mindestens einen Substrat evakuiert werden, und das Substrat kann schubweise aus der evakuierten Schleusenkammer heraus in eine angrenzende Vakuumkammer (z. B. in die Pufferkammer) der Vakuumprozessieranlage transportiert werden. Mittels der Pufferkammer kann beispielsweise ein Substrat vorgehalten werden und ein Druck kleiner als in der Schleusenkammer bereitgestellt werden. Mittels der Transferkammer können die schubweise eingebrachten Substrate zu einem so genannten Substratband zusammengeführt werden, so dass zwischen den Substraten nur kleine Lücken verbleiben, während die Substrate in entsprechenden Prozesskammern der Vakuumprozessieranlage prozessiert (z. B. beschichtet) werden. Alternativ kann ein Substrat auch direkt aus der Schleusenkammer in die Transferkammer eingebracht werden, ohne eine Pufferkammer zu verwenden, was beispielsweise eine verlängerte Taktzeit (die zum Einbringen eines Substrat in die Vakuumprozessieranlage hinein benötigte Zeitdauer) verursachen kann.
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In einer Prozesskammer können die eingeschleusten Substrate beispielsweise prozessiert werden, wobei die Prozesskammer beispielsweise einen Prozesskammerdeckel aufweisen kann, welcher das entsprechende Kompartment in dem Kammergehäuse abdecken und vakuumdicht verschließen kann. An dem Prozesskammerdeckel kann beispielsweise ein Magnetron oder können beispielsweise mehrere Magnetrons befestigt sein, z. B. kann der Prozesskammerdeckel mindestens ein Rohrmagnetron oder Doppelrohr-Magnetron oder mindestens ein Planarmagnetron oder Doppel-Planarmagnetron aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Kammergehäuse beispielsweise mittels eines entsprechenden Kammerdeckels als Schleusenkammer genutzt werden, wobei die Schleusenkammer beispielsweise im Vorvakuumbereich (z. B. bis 10–2 mbar) betrieben werden kann. Ferner kann das Kammergehäuse beispielsweise mittels eines entsprechenden Kammerdeckels als Prozesskammer oder Beschichtungskammer genutzt werden, wobei die Prozesskammer oder Beschichtungskammer beispielsweise im Hochvakuumbereich (z. B. im Bereich des Prozessvakuums, z. B. in einem Bereich von ungefähr 10–2 mbar bis ungefähr 10–6 mbar) betrieben werden kann. Dabei kann der Hochvakuumbereich beispielsweise mittels mindestens einer Turbomolekularpumpe erzeugt werden, welche in den Kammerdeckel integriert sein kann und mittels einer Vorvakuumversorgungsstruktur mit Vorvakuum versorgt werden kann.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Möglichkeit beschrieben, zwei verschiedene Prozesse (z. B. zwei Sputterprozesse), hinsichtlich der Gasartzusammensetzung im Prozessraum voneinander zu trennen (als Gastrennung oder Gasseparation bezeichnet).
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Beispielsweise kann ein Sputterprozess in einem ersten Prozessierbereich der Vakuumkammer oder der Vakuumprozessieranlage metallisch gefahren werden, d. h. dass im Wesentlichen nur Argon als Prozessgas verwendet wird (z. B. um ein Metall auf einem Substrat abzuscheiden, z. B. Silber oder Aluminium). Gleichzeitig kann beispielsweise in einem zweiten Prozessierbereich (z. B. benachbart zu dem ersten Prozessierbereich) der Vakuumkammer oder der Vakuumprozessieranlage ein Sputterprozess reaktiv gefahren werden, d. h. dass Arbeitsgas und zusätzlich ein Reaktivgas (z. B. Sauerstoff und/oder Stickstoff) als Prozessgas verwendet wird (z. B. eine Metallverbindung auf einem Substrat abzuscheiden, z. B. Zinnoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Aluminiumoxinitrid). Das bei dem reaktiven Prozess verwendete Reaktivgas aus dem zweiten Prozessierbereich sollte nicht oder nur in sehr geringem Maß in den ersten Prozessierbereich gelangen, da dieses den metallischen Prozess stören könnte, und somit die Eigenschaften der im ersten Prozessierbereich abgeschiedenen Metallschicht negativ beeinflusst werden könnten. Es gilt also die zwei Prozesse hinsichtlich der Gasartzusammensetzung im Prozessraum voneinander zu trennen.
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Die Gastrennung verschiedener Prozesse kann wie folgt hergestellt sein oder werden: erstens, mittels eines räumlichen Abstandes der Prozesse zueinander (je größer der Abstand desto besser die Gastrennung); zweitens, mittels Installierens einer Pumpleistung zwischen den Prozessen (je mehr Pumpleistung desto besser die Gastrennung); und drittens, mittels Bereitstellens einer möglichst geringen Öffnung der Prozesse (oder Prozessierbereiche) zueinander, wobei das Abdichten der Prozesse gegeneinander nur begrenzt möglich sein kann, da eine Öffnung (Substrattransferöffnung) für das Substrat und die entsprechend notwendigen Toleranzen vorgehalten werden müssen (wobei unter der Bedingung gilt, je kleiner der Spalt neben dem Substrat desto besser die Gastrennung).
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung bereitgestellt, welche es ermöglicht, die Gasteilchen einer bestimmten Art (z. B. Sauerstoff oder Stickstoff) an einem Überströmen von dem einen in den anderen Prozess zu hindern. Neben den Aspekten herkömmlicher Gastrennungen wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, die Gastrennung mittels eines Spülgases, welches als Gasbarriere zwischen den beiden Prozessen bereitgestellt wird, verbessert. Durch Einlass von Argon (oder anderer geeigneter Gase) zwischen den Prozessen (z. B. an zweckdienlichen Stellen im Gasseparationsspalt) kann die Volumenstoßrate der Teilchen erhöht werden und damit das Überströmen der prozessstörenden Gasatome oder Gasmoleküle verringert (unterbunden oder gehemmt) werden. Eine gerichtete Bewegung der Spülgasatome von Bereichen erhöhten Drucks (z. B. am Spülgaseinlas) in Richtung geringeren Drucks (z. B. infolge der aktiven Gastrennung) behindert (hemmt) das Überströmen der prozessstörenden Gase zusätzlich. Somit kann eine verbesserte Gastrennung zwischen verschiedenen Prozessen bzw. Prozessierbereichen ermöglicht sein oder werden.
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Aufgrund des bereitgestellten Spülgaspartialdrucks in dem Gasseparationsspalt kann beispielsweise die Volumenstoßrate vergrößert werden, da bei den angestrebten Prozessdrücken in den Gastrennkanälen (in dem Gasseparationstunnel oder dem Gasseparationsspalt) ein Übergang von molekularer Strömung hin zur Knudsenströmung (0,01 < Kn < 10) vorherrscht (wobei sich die Knudsenzahl, Kn, als Quotient aus der mittleren freien Weglänge der Gasteilchen und der Dimension des Spaltes (z. B. der Spalthöhe) ergibt). Für die Strömung bei 1 < Kn < 10 existiert zudem ein Minimum des Leitwerts, was sich positiv auf die Gastrennung auswirken kann. Voraussetzung ist hierbei beispielsweise das Erreichen bzw. Einstellen der entsprechenden Knudsenzahl.
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Mittels der hierin beschriebenen Gasseparation kann beispielsweise die notwendige räumliche Entfernung zwischen zwei zu trennenden Prozessen verkürzt werden (gegenüber einer Gastrennung ohne Spülgas). Somit kann beispielsweise eine Vakuumkammer oder Vakuumprozessieranlage kompakter, effizienter, und kostengünstiger gebaut werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Gas (z. B. Argon) in den Kanal (Gasseparationstunnel oder Gasseparationsspalt) eingebracht werden. Dazu kann eine Gaslanze mit beispielsweise rechteckigem oder halbkreisförmigen Querschnitt verwendet werden (dabei bildet die ebene Fläche eine obere Wand des Kanals, wobei Öffnungen in ebener Fläche zum Einbringen des Gases in den Kanal bereitgestellt sind). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kanal eine Höhe (Abstand zwischen Transportebene und der Decke des Kanals) in einem Bereich von ungefähr 10 mm bis ungefähr 50 mm aufweisen, z. B. in einem Bereich von ungefähr 20 mm bis ungefähr 25 mm.
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Ferner können unterhalb der Transportebene weitere Maßnahmen zur Gasseparation vorgesehen sein oder bereitgestellt sein, beispielsweise Bleche (Strömungswiderstände) zwischen den Transportrollen, wobei der Abstand eines solchen Blechs zur Decke des Kanals in einem Bereich von ungefähr 30 mm liegt. Anschaulich kann unterhalb der Transportebene eine weitere Gasseparationsstruktur bereitgestellt sein oder werden zum Bilden eines weiteren Gasseparationsspalts unterhalb der Transportebene, wobei dieser weitere Gasseparationsspalt eine Höhe (Abstand zwischen Transportebene und weiteren Gasseparationsstruktur) in einem Bereich von ungefähr 10 mm bis ungefähr 50 mm aufweisen kann, z. B. in einem Bereich von ungefähr 10 mm bis ungefähr 25 mm.
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1 veranschaulicht eine Vakuumkammer 100 (oder eine Vakuumprozessieranlage 100 oder ein oder mehrere Kompartments einer Vakuumprozessieranlage 100) in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, wobei die Vakuumkammer 100 mindestens einen ersten Prozessierbereich 101p und mindestens einen zweiten Prozessierbereich 103p aufweist. Wie vorangehend beschrieben ist, kann in dem ersten Prozessierbereich 101p eine erste Prozessumgebung zum Beschichten oder anderweitigen Behandeln eines Substrats in der Vakuumkammer 100 bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann in dem zweiten Prozessierbereich 103p eine zweite Prozessumgebung zum Beschichten oder anderweitigen Behandeln des Substrats in der Vakuumkammer bereitgestellt sein oder werden. Beispielsweise kann ein Substrat zuerst in dem ersten Prozessierbereich 101p und danach in dem zweiten Prozessierbereich 103p prozessiert werden. Die Vakuumkammer 100 kann ein Kammergehäuse 102 mit mehreren Kammerwänden aufweisen.
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Alternativ kann einer der Prozessierbereiche 101p, 103p auch ein Schleusenbereich oder ein Transferbereich sein.
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Die Vakuumkammer 100 kann eine Transportvorrichtung 106 aufweisen, z. B. eine Vielzahl von Transportrollen, zum Transportieren eines zu prozessierenden Substrats in einer Transportebene 101e. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels der Transportvorrichtung 106 ein Substrat in den ersten Prozessierbereich 101p und in den zweiten Prozessierbereich 103p entlang einer Transportrichtung 101 transportiert werden, bzw. durch den ersten Prozessierbereich 101p hindurch und durch den zweiten Prozessierbereich 103p hindurch entlang einer Transportrichtung 101 transportiert werden.
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Zwischen dem ersten Prozessierbereich 101p und dem zweiten Prozessierbereich 103p kann eine Gasseparationsstruktur 104 angeordnet sein oder werden. Die Gasseparationsstruktur 104 kann beispielsweise einen Austausch eines Prozessgases zwischen dem ersten Prozessierbereich 101p und dem zweiten Prozessierbereich 103p verhindern oder zumindest reduzieren. Dabei kann die Gasseparationsstruktur 104 derart eingerichtet sein, dass ein Substrat von dem ersten Prozessierbereich 101p in den zweiten Prozessierbereich 103p durch die Gasseparationsstruktur 104 hindurch transportiert werden kann und/oder von dem zweiten Prozessierbereich 103p in den ersten Prozessierbereich 101p durch die Gasseparationsstruktur 104 hindurch transportiert werden kann. Anschaulich bildet die Gasseparationsstruktur 104 einen Gasseparationsspalt 104g zwischen der Transportebene 101e und der Gasseparationsstruktur 104 bzw. zwischen einem in der Transportebene 101e transportierten Substrat und der Gasseparationsstruktur 104. Anschaulich kann die Gasseparationsstruktur 104 derart eingerichtet sein, dass mittels der Gasseparationsstruktur 104 eine Ausbreitung von Gasteilchen von dem ersten Prozessierbereich 101p in den zweiten Prozessierbereich 103p und/oder von dem zweiten Prozessierbereich 103p in den ersten Prozessierbereich 101p gehemmt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zwischen dem ersten Prozessierbereich und dem zweiten Prozessierbereich eine Gaszuführung 104z bereitgestellt sein oder werden zum Einleiten eines Inertgases 114 in den Gasseparationsspalt 104g. Anschaulich kann das Inertgas ein Gas oder Gasgemisch sein, welches reaktionsträge ist, mit anderen Worten welches sich nur an wenigen chemischen Reaktionen beteiligt. Ein Inertgas kann beispielsweise ein Gas oder Gasgemisch sein, welches die Prozesse in dem ersten Prozessierbereich und/oder in dem zweiten Prozessierbereich nicht beeinflusst. Beispielsweise kann ein Inertgas ein Gas oder ein Gasgemisch aufweisen, welches nicht mit dem Beschichtungsmaterial, bei einem Sputterprozess beispielsweise nicht mit dem Targetmaterial, chemisch reagiert. Als Inertgas kann beispielsweise ein Edelgas (z. B. Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon) oder ein Edelgasgemisch verwendet werden.
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Ein Reaktivgas kann beispielsweise ein Gas oder Gasgemisch sein, welches die Prozesse in dem ersten Prozessierbereich und/oder in dem zweiten Prozessierbereich beeinflusst. Beispielsweise kann ein Reaktivgas ein Gas oder ein Gasgemisch aufweisen, welches mit dem Beschichtungsmaterial, bei einem Sputterprozess beispielsweise mit dem Targetmaterial, chemisch reagiert. Das Reaktivgas kann beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Stickoxide, Kohlenstoffoxide und/oder Ozon aufweisen.
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Beispielsweise kann bei einem Sputterprozess (bei der Sputterdeposition) ein Metall oder ein Halbmetall mittels eines Arbeitsgases (z. B. Argon) gesputtert werden und mittels eines zugeführten Reaktivgases kann eine Metallverbindung oder Halbmetallverbindung auf einem zu beschichtenden Substrat abgeschieden werden, z. B. ein Metalloxid oder Halbmetalloxid mit Sauerstoff als Reaktivgas, ein Metallnitrid oder Halbmetallnitrid mit Stickstoff als Reaktivgas, ein Metalloxinitrid oder Halbmetalloxinitrid mit Sauerstoff und Stickstoff als Reaktivgas oder eine andere Metallverbindung oder Halbmetallverbindung mit einem anderen Reaktivgas (z. B. ein Metallcarbid oder Halbmetallcarbid mit einem kohlenstoffhaltigen Reaktivgas).
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2 veranschaulicht eine Vakuumkammer 100 (oder eine Vakuumprozessieranlage 100 oder ein oder mehrere Kompartments einer Vakuumprozessieranlage 100) in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, wobei die Vakuumkammer 100 eine Transferöffnung 202t oder mehrere Transferöffnungen 202t (Spaltschleusen) aufweist zum Transportieren eines Substrats 220 (oder mehrerer Substrate beispielsweise in Form eines Substratbands) in die Vakuumkammer 100 hinein und/oder aus der Vakuumkammer 100 heraus. Die Transferöffnungen 202t können beispielsweise als Transferspalte eingerichtet sein. Ferner können die Transferöffnungen 202t jeweils mittels eines Ventils (z. B. mittels eines Klappenventils) abgedichtet sein oder werden.
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Die zwischen dem ersten Prozessierbereich 101p und dem zweiten Prozessierbereich 103p angeordnete Gasseparationsstruktur kann einen Gasseparationsspalt 104g zwischen der Gasseparationsstruktur 104 und dem mittels der Transportvorrichtung 106 transportierten zu prozessierenden Substrat 220 derart bildet, dass eine Ausbreitung von Gasteilchen von einem der beiden Prozessierbereiche 101p, 103p durch den Gasseparationsspalt 104g hindurch in den anderen der beiden Prozessierbereiche 101p, 103p gehemmt wird.
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Die Gaszuführung 104z kann derart eingerichtet sein, dass das eingeleitete Inertgas 114 zunächst in Richtung der Transportebene 101e bzw. in Richtung des durch den Gasseparationsspalt 104g hindurch transportierten Substrats 220 strömt oder fließt. Dabei kann das eingeleitete Inertgas 114 auf das Substrat 220 auftreffen und abgelenkt werden, so dass sich beispielsweise ein Gasfluss oder Gasstrom aus Inertgas 114 in Richtung der Transportrichtung 101t und/oder entgegen der Transportrichtung 101t ausbilden kann.
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Die Gasseparationsstruktur 104 kann beispielsweise oberhalb der Transportebene 101e angeordnet sein oder werden. Beispielsweise kann die Gasseparationsstruktur 104 oberhalb der zu prozessierenden Oberfläche des durch die Vakuumkammer 100 hindurch transportieren Substrats 220 angeordnet sein oder werden. Somit kann beispielsweise ein Spalt 104g bzw. ein Gasseparationsspalt 104g mittels der Gasseparationsstruktur 104 zwischen der Transportebene 101e und der Gasseparationsstruktur 104 bereitgestellt sein oder werden. Anschaulich kann der Gasseparationsspalt 104g zwischen dem durch die Vakuumkammer 100 hindurch transportierten Substrat 220 und der Gasseparationsstruktur 104 bereitgestellt sein oder werden. Mit anderen Worten kann das jeweilige transportierte Substrat 220 den Gasseparationsspalt 104g in mindestens eine erste Richtung begrenzen und die Gasseparationsstruktur 104 kann den Gasseparationsspalt 104g in mindestens eine zweite Richtung begrenzen, wobei die erste Richtung entgegengesetzt zur zweiten Richtung sein kann.
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3 veranschaulicht eine Vakuumkammer 100 (oder eine Vakuumprozessieranlage 100 oder ein oder mehrere Kompartments einer Vakuumprozessieranlage 100) in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, wobei die Gasseparationsstruktur 104 in einer separaten Kammer 304 der Vakuumkammer 100 oder Vakuumprozessieranlage 100 bereitgestellt sein kann. Mit anderen Worten kann eine Vakuumkammer 100 oder Vakuumprozessieranlage 100 mindestens eine erste Prozessierkammer 301p und mindestens eine zweite Prozessierkammer 303p aufweisen, und eine Gasseparationskammer 304, welche die beiden Prozessierkammern 301p, 303p voneinander separiert, so dass sich die jeweils in den beiden Prozessierkammern verwendeten Prozessgase möglichst wenig vermischen, wie vorangehend beschrieben ist.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer 100 oder die Vakuumprozessieranlage 100 mit den beiden Prozessierkammern 301p, 303p und der Gasseparationskammer 304 ein gemeinsames Vakuumsystem bilden und ein gemeinsames Transportsystem (z. B. Transportrollensystem) aufweisen.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können auch mehrere Gasseparationskammern 304 in die Vakuumkammer 100 oder Vakuumprozessieranlage 100 integriert sein. Ferner kann zwischen der Gasseparationskammer 304 und der jeweiligen Prozessierkammer 301p, 303p eine Pumpkammer (welche an mindestens eine Vakuumpumpenanordnung gekoppelt sein kann) bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann in die Vakuumkammer 100 oder in die Gasseparationskammer 304 einer Vakuumprozessieranlage 100 mindestens ein Abpumpbereich bereitgestellt sein, welcher mittels einer Vakuumpumpenanordnung (z. B. direkt) evakuiert wird. Anschaulich kann sich der Wirkbereich einer Hochvakuumpumpe (z. B. einer Turbomolekularpumpe) in den entsprechenden Abpumpbereich erstrecken. Mit anderen Worten kann die Pumpöffnung (der Anschlussflansch) der Hochvakuumpumpe (z. B. der Turbomolekularpumpe) zu dem Abpumpbereich hin freiliegen.
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Ferner kann die Gasseparationsstruktur 104 ein Gasseparationsstruktur-Oberteil oberhalb der Transportebene 101e aufweisen, welches einen Gasseparationsspalt 104g oberhalb der Transportebene 101e bilden kann, und ein Gasseparationsstruktur-Unterteil unterhalb der Transportebene 101e aufweisen, welches einen weiteren Gasseparationsspalt unterhalb der Transportebene 101e bilden kann. Anschaulich kann mittels der Gasseparationsstruktur 104 um das durch die Vakuumkammer 100 hindurch transportierte Substrat 220 herum in einem Gasseparationsbereich einen Gasseparationstunnel 104g gebildet sein oder werden.
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Die Gasseparationsstruktur 104, kann sich ausgehend von dem Gasseparationsspalt 104g, durch welchen das zu prozessierende Substrat hindurch transportiert wird, bis zu den Kammerwänden der Vakuumkammer 100 erstrecken, wobei beispielsweise ein eventuell verbleibender Bauraum zwischen der Gasseparationsstruktur 104 und den Kammerwänden der Vakuumkammer 100 gasdicht abgedichtet sein kann oder werden kann. Ferner kann sich die Gasseparationsstruktur 104 bis direkt an die jeweiligen Kammerwände der Vakuumkammer 100 erstrecken. Anschaulich kann sich die Gasseparationsstruktur 104 quer zur Substrattransportrichtung 101 (z. B. quer zur Richtung 105 und quer zur Richtung 101) von einer ersten seitlichen Kammerwand der Vakuumkammer 100 zu einer der ersten seitlichen Kammerwand gegenüberliegenden zweiten seitlichen Kammerwand der Vakuumkammer 100 erstrecken.
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4 veranschaulicht eine Vakuumkammer 100 (oder eine Vakuumprozessieranlage 100 oder ein oder mehrere Kompartments einer Vakuumprozessieranlage 100) in einer schematischen Seitenansicht oder Querschnittsansicht, wobei die Vakuumkammer 100 oder die Vakuumprozessieranlage 100 als Folienbeschichtungsanlage eingerichtet ist.
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Die Transportvorrichtung kann zum Transportieren eines bandförmigen Substrats 420 oder einer Folie 420 mehrere entsprechend eingerichtete Rollen (oder Walzen) innerhalb (z. B. die Umlenkrollen 406r) und/oder außerhalb (nicht dargestellt) der Vakuumkammer 100 aufweisen, wobei das bandförmige Substrat 420 oder die Folie 420 dann von Rolle zu Rolle durch die Vakuumkammer 100 hindurch transportiert werden kann. Dabei kann das bandförmige Substrat 420 oder die Folie 420 auf einer Walze 406d (einer sogenannten Coating-Drum) innerhalb der Vakuumkammer 100 prozessiert werden, wobei das Bandsubstrat oder die Folie in diesem Fall entlang einer gekrümmten Transportebene geführt wird.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Vakuumkammer 100 oder die Vakuumprozessieranlage 100, wie vorangehend mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben, eine erste Prozessieranordnung aufweisen, welche mit der Vakuumkammer 100 (z. B. mit der ersten Prozesskammer 301 der Vakuumprozessieranlage 100) gekuppelt ist (oder in der Vakuumkammer 100 und/oder an der Vakuumkammer 100 bereitgestellt ist) zum Prozessieren des Substrats 220, 420 in dem ersten Prozessierbereich 101p, eine zweite Prozessieranordnung, welche mit der Vakuumkammer 100 (z. B. mit der zweiten Prozesskammer 303 der Vakuumprozessieranlage 100) gekuppelt ist (oder in der Vakuumkammer 100 und/oder an der Vakuumkammer 100 bereitgestellt ist) zum Prozessieren des Substrats 220, 420 in dem zweiten Prozessierbereich 103p.
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Dabei kann die erste Prozessieranordnung eingerichtet sein, ein erstes Gas in dem ersten Prozessierbereich 101p bereitzustellen, z. B. mit einem ersten Druck und/oder einer ersten Gaszusammensetzung, und ferner kann die zweite Prozessieranordnung eingerichtet sein, ein zweites Gas in dem zweiten Prozessierbereich 103p bereitzustellen, z. B. mit einem zweiten Druck und/oder einer zweiten Gaszusammensetzung. Anschaulich kann das erste Gas verschieden von dem zweiten Gas sein.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung mindestens eines von Folgendem aufweisen oder sein: eine Zerstäubungskathode (Sputter-Kathode), ein Planarmagnetron, ein Rohrmagnetron, einen Heizer, eine Strahlungsquelle (z. B. einen Strahlungsheizer oder eine Belichtungsquelle, z. B. eine Blitzlampe), eine Ionenstrahlquelle, eine Elektronenstrahlquelle, einen Laser, oder Ähnliches.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranordnung mindestens eine Vakuumpumpe aufweisen zum Evakuieren der entsprechenden Prozessierbereiche 101p, 103p.
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Wenn die Vakuumkammer 100 oder die Vakuumprozessieranlage 100 als Inline-Beschichtungsanlage konfiguriert ist, kann die Prozessieranordnung in einen Deckel integriert sein, wobei der Deckel dann mit der Vakuumprozessieranlage 100 oder der Vakuumprozessieranlage 100 gekuppelt wird und eine entsprechend in dem Kammergehäuse 102 der Vakuumkammer 100 oder der Vakuumprozessieranlage 100 vorgesehene Deckelöffnung abdeckt und vakuumdicht verschließt. Ferner kann die Gasseparationskammer einen Pumpdeckel aufweisen mittels dessen die Gasseparationskammer evakuiert wird.
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5 veranschaulicht einen Gasseparationsbereich 504 in einer schematischen Ansicht, beispielsweise einen Gasseparationsbereich 504 in einer Vakuumkammer 100 oder Vakuumprozessieranlage 100 oder in einer Gasseparationskammer 304.
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Der Gasseparationsspalt 104g kann einen Eingangs-Bereich 104e aufweisen, durch welchen ein Substrat 220 in den Gasseparationsspalt 104g hinein transportiert werden kann, und einen Ausgangs-Bereich 104a, durch welchen das Substrat 220 aus dem Gasseparationsspalt 104g heraus transportiert werden kann. Dabei wird der Gasseparationsspalt 104g von der Gasseparationsstruktur 104 und von dem Substrat 220 begrenzt oder gebildet. Die Gasseparationsstruktur 104 kann ein erstes plattenförmiges Element 404p (z. B. ein Gasleitblech) aufweisen, welches sich im Wesentlichen parallel zur Substrattransportebene 101e erstreckt. Ferner kann die Gasseparationsstruktur 104 ein zweites plattenförmiges Element 404v (z. B. ein Trennelement oder Wandelement) aufweisen, welches sich quer zur Substrattransportrichtung 101t erstreckt. Dabei kann die Gaszuführung 104z zumindest teilweise mittels des ersten plattenförmigen Elements 404p bereitgestellt sein oder in das erste plattenförmige Element 404p integriert sein. Bei einer horizontalen Beschichtungsanlage kann das erste Element 404p ein horizontal angeordnetes Blech und das zweite Element 404v ein vertikal angeordnetes Blech sein. Dabei kann das vertikal angeordnete Blech 404v den Raum oberhalb des Gasseparationsspaltes 104g entlang der Transportrichtung 101t separieren, so dass sich oberhalb des Gasseparationsspaltes 104 kein Gas in Transportrichtung 101t und/oder entgegen der Transportrichtung 101t ausbreiten kann.
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Die Gasseparationsstruktur 104 kann derart bereitgestellt sein oder werden, dass der Gasseparationsspalt 104g einen Gasseparationstunnel von dem Eingangs-Bereich 104e zu dem Ausgangs-Bereich 104a bildet.
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Ferner kann eine Pumpenanordnung 520 derart eingerichtet sein, dass der Gasseparationsbereich evakuiert 512 werden kann, z. B. zum Abpumpen des eingeleiteten Inertgases 114 aus dem Gasseparationsbereich.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Gasseparationsstruktur 104 (bzw. das zweite Element 404v) der Gasseparationsstruktur 104 den Raum oberhalb des Gasseparationsspalts 104g in zwei (voneinander unabhängige) Pumpbereiche 508p, 510p teilen. Beispielsweise kann eine erste Vakuumpumpe der Pumpenanordnung 520 in den ersten Pumpbereich (Abpumpbereich) 508p zugreifen 508 und eine zweite Vakuumpumpe der Pumpenanordnung 520 kann in den zweiten Pumpbereich (Abpumpbereich) 510p zugreifen 510. Der erste Abpumpbereich 508p kann an den Eingangs-Bereich 104e des Gasseparationstunnels 104g angrenzen und der zweite Abpumpbereich 510p kann an den Ausgangs-Bereich 104a des Gasseparationstunnels 104g angrenzen. Somit kann der Gasseparationstunnels 104g evakuiert werden bzw. das eingeleitete Inertgas 114 kann abgepumpt 508, 510, 512 werden.
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Die plattenförmige Gasseparationsstruktur 404p (das erste plattenförmige Element 404p) kann eine Durchgangsöffnung oder mehrere Durchgangsöffnungen derart aufweisen, dass ein Pumpzugriff durch die Gasseparationsstruktur 104 hindurch in den Gasseparationsspalt 104g erfolgen kann. Ferner können weitere, z. B. vertikal angeordnete, Trennelemente 530 vorgesehen sein, z. B. oberhalb des Gasseparationstunnels 104g, zum begrenzen der Pumpbereiche 508p, 510p.
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Ferner kann eine weitere Gasseparationsstruktur oder können mehrere weitere Gasseparationsstrukturen unterhalb der Transportebene 101e (d. h. gegenüberliegend zur Gasseparationsstruktur 104) bereitgestellt sein oder werden. Die weiteren Gasseparationsstrukturen unterhalb der Transportebene 101e können beispielsweise in das Transportsystem integriert sein oder zwischen dem Transportsystem (z. B. zwischen den Transportrollen oder teilweise über den Transportrollen) bereitgestellt sein oder werden. Allgemein können mehrere horizontal angeordnete Platten oder Bleche sowie mehrere vertikal angeordnete Platten oder Bleche genutzt werden, um einen geeigneten Gasseparationsspalt 104g oder Gasseparationstunnel 104g bereitzustellen.
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6 veranschaulicht eine Vakuumprozessieranlage 100 in einer schematischen Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei die Vakuumprozessieranlage 100 eine erste Beschichtungskammer 301p und eine zweite Beschichtungskammer 303p aufweist zum mehrfachen Beschichten eines Substrats 220 (z. B. eines Substratbands, welches aus mehreren plattenförmigen Substraten zusammengefügt ist) in der Vakuumprozessieranlage 100. Eine vergrößerte Darstellung des Gasseparationsbereichs 504 der Vakuumprozessieranlage 100 ist in 7 in einer schematischen Querschnittsansicht veranschaulicht.
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In der ersten Beschichtungskammer 301p ist beispielsweise ein erstes Magnetron (z. B. ein Doppelrohr-Magnetron) bereitgestellt zum Beschichten des Substrats 220 in dem ersten Prozessierbereich 101p. In der zweiten Beschichtungskammer 303p ist beispielsweise ein zweites Magnetron (z. B. ein Doppelrohr-Magnetron) bereitgestellt zum Beschichten des Substrats 220 in dem zweiten Prozessierbereich 103p. Zwischen den Beschichtungskammern 301p, 303p ist eine Gasseparationskammer 304 bereitgestellt zum Gas-Separieren der beiden Prozessierbereiche 101p, 103p. Die Gasseparationskammer 304 ist von den beiden angrenzenden Beschichtungskammern 301p, 303p jeweils mittels einer Schottwand 602 oder Kammerwand 602 abgegrenzt. Dabei kann die Schottwand 602 oder die Kammerwand 602 eine verschließbare Öffnung 602o aufweisen, so dass der Pumpzugriff und/oder die Saugleistung innerhalb der Vakuumprozessieranlage 100 angepasst oder verändert werden kann.
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An die Beschichtungskammern 301p, 303p können zur Vakuumversorgung jeweils Turbomolekularpumpen 612 gekoppelt sein zum Evakuieren der Beschichtungskammern 301p, 303p. Ferner können, sofern notwendig oder hilfreich, Drucksensoren 610, 616 bereitgestellt sein oder werden. Ferner können entsprechend Ventile, Stellglieder und/oder Anschlussflansche 614 bereitgestellt sein oder werden.
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Wie vorangehend beschrieben, kann in der Gasseparation 104g ein Inertgas 114 bereitgestellt sein oder werden. In der ersten Beschichtungskammer 301p kann beispielsweise ein Gasgemisch aus einem Arbeitsgas (z. B. Argon) und einem Reaktivgas (z. B. O2 oder N2) zum reaktiven Sputtern bereitgestellt sein oder werden, z. B. mittels einer ersten Prozessgaszuführung. In der zweiten Beschichtungskammer 303p kann beispielsweise nur ein Arbeitsgas (z. B. Argon) und kein Reaktivgas zum Sputtern bereitgestellt sein oder werden, z. B. mittels einer zweiten Prozessgaszuführung.
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Das in der Gasseparation 104g bereitgestellte Inertgas 114 kann das gleiche Gas wie das Arbeitsgas sein, z. B. Argon. Somit können die Sputterprozesse in den beiden Beschichtungskammern 301p, 303p von dem in den Gasseparationsspalt eingeleiteten Spülgas 114 möglichst wenig beeinflusst oder gestört werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können zur Gasseparation benötigte Bauteile, z. B. die Gasseparationsstruktur 104, und die Gaszuführung, mittels des Kammerdeckels bereitgestellt sein oder an dem Kammerdeckel befestigt sein, wobei der Kammerdeckel dann auf das entsprechende Kammergehäuse aufgelegt werden kann, so dass eine Gasseparationskammer bereitgestellt werden kann.
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6 veranschaulicht eine aktive (mit Inertgas 114 gespülte) zweistufige Gasseparation (mit zwei Pumpbereichen). In analoger Weise können eine aktive Gasseparation mit mehr als zwei Stufen (mehr als zwei Pumpbereichen) oder mit weniger als zwei Stufen (weniger als zwei Pumpbereichen) oder mit keinem Pumpbereich bereitgestellt sein oder werden.
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Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich die Gasseparationsstruktur 104 bzw. der Gasseparationsspalt 104g durch die gesamte Gasseparationskammer 304 hindurch erstrecken, z. B. von einer ersten Substrattransferöffnung 702a (Eingangsöffnung) bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Substrattransferöffnung 702b (Ausgangsöffnung).
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Ferner können auch mehrere Gasseparationsstrukturen 104 bzw. mehrere Gasseparationsspalte 104g zur Gasseparation verwendet werden, z. B. in eine Reihe entlang der Transportrichtung 101t.
