DE102018004086A1 - Durchlaufanlage und Verfahren zum Beschichten von Substraten - Google Patents

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Michael Reising
Dieter Scherger
Torsten Dippell
Frank May
Peter Wohlfart
Oliver Hohn
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Abstract

Eine Durchlaufanlage (100) zur Beschichtung von Substraten (103) weist ein Prozessmodul (130) und eine Vakuumschleuse (110, 150) zum Einschleusen der Substrate (103) oder zum Ausschleusen der Substrate (103) auf. Die Vakuumschleuse (110, 150) weist eine Kammer zur Aufnahme eines Substratträgers (102) mit mehreren Substraten (103) und eine Strömungskanalanordnung zum Evakuieren und Fluten der Kammer auf. Die Strömungskanalanordnung weist einen ersten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer und einen zweiten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer auf, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal an entgegengesetzten Seiten der Kammer angeordnet sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft Durchlaufanlagen, insbesondere Vakuumdurchlaufanlagen, und Verfahren, insbesondere Vakuumverfahren, zum Beschichten von Substraten. Die Erfindung betrifft insbesondere Durchlaufanlagen, die zur Beschichtung leichter Substrate, insbesondere von Siliziumwafern, konfiguriert sind. Die Durchlaufanlagen und Verfahren können zur kontinuierlichen Beschichtung von Substraten konfiguriert sein.
  • HINTERGRUND
  • Durchlauf-Substratbearbeitungsanlagen sind beispielsweise aus der EP 2 276 057 B1 bekannt. Dabei werden Substrate mittels eines Substrattransportsystems in eine Vakuumprozesskammer hineingebracht und nach der Bearbeitung wieder herausgebracht. Als Substrattransportsystem kommt hierbei ein horizontaler Substratträger zum Einsatz, auf welchem die Substrate flächig aufliegen.
  • Die US 2013/0031333 A1 offenbart eine Anlage zum Bearbeiten mehrerer Substrate, die Schleusen aufweist.
  • Die WO 2015/126439 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Passivierung kristalliner Silizium-Solarzellen. Mehrere Prozessstationen sind entlang einer Transportrichtung hintereinander vorgesehen.
  • Die kostengünstige, effiziente Bearbeitung von Substraten, beispielsweise von kristallinen Siliziumwafern, ist in der Technik von großer Bedeutung. Sie erlaubt es beispielsweise, Solarzellen wettbewerbsfähiger für die Erzeugung von Strom zu machen. Insbesondere bei Durchlaufanlagen, die eine Vakuumschleuse aufweisen, kann die Taktzeit der Vakuumschleuse den Anlagendurchsatz wesentlich mit beeinflussen. Vakuumschleusen sind oft so konfiguriert, dass der Gasdruck typischerweise zwischen Normaldruck und einem deutlich kleineren Druck, beispielsweise einem Druck von weniger als 100 Pa, verändert wird, um Substrate in eine Prozessstrecke einzuschleusen und daraus auszuschleusen. Für einen hohen Anlagendurchsatz ist eine kurze Taktzeit und somit ein rasches Evakuieren und Fluten der Vakuumschleuse wünschenswert.
  • Herkömmliche Ansätze zur Erhöhung des Durchsatzes einer Durchlaufanlage, insbesondere zur Erhöhung des Durchsatzes von Vakuumschleusen, sind häufig mit einer erhöhten Komplexität und somit Fehleranfälligkeit der Durchlaufanlage verbunden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es besteht ein Bedarf an verbesserten Vorrichtungen und Verfahren zum Beschichten von Substraten in einer Durchlaufanlage, insbesondere einer Vakuumdurchlaufanlage. Es besteht insbesondere ein Bedarf an derartigen Vorrichtungen und Verfahren, die die Abscheidung einer Beschichtung oder eines Schichtsystem mit hoher Qualität auf Substraten erlauben, wobei ein hoher Durchsatz der Durchlaufanlage erreicht wird. Es besteht ein Bedarf an derartigen Vorrichtungen und Verfahren, die kurze Ein- und/oder Ausschleuszeiten aufweisen. Es besteht ein Bedarf an derartigen Vorrichtungen und Verfahren, die eine lange Betriebsdauer der Durchlaufanlage und/oder im Vergleich zur Betriebsdauer kurze Wartungsintervalle ermöglichen.
  • Durchlaufanlagen und Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen werden angegeben. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Durchlaufanlage zur Beschichtung von Substraten beschrieben, die ein Prozessmodul oder mehrere Prozessmodule und eine Vakuumschleuse zum Einschleusen der Substrate oder zum Ausschleusen der Substrate aufweist. Die Vakuumschleuse weist eine Kammer zur Aufnahme eines Substratträgers mit mehreren Substraten und eine Strömungskanalanordnung zum Evakuieren und Fluten der Kammer auf. Die Strömungskanalanordnung weist einen ersten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer und einen zweiten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer auf, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal an entgegengesetzten Seiten der Kammer angeordnet sind.
  • Bei einer derartigen Durchlaufanlage kann die Vakuumschleuse mit dem darin angeordneten Substratträger über mehrere Kanäle gleichzeitig evakuiert und/oder geflutet werden. Die Anordnung der ersten und zweiten Kanäle erlaubt ein rasches Evakuieren und/oder Fluten, wobei das Risiko eines unbeabsichtigten Anhebens von Substraten vom Substratträger gering ist.
  • Wenigstens ein Prozessmodul kann eine Plasmaquelle, eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen mehrerer Prozessgase über getrennte Gasverteiler und wenigstens eine Gasabsaugeinrichtung zum Absaugen der Prozessgase aufweisen. Die Plasmaquelle kann beispielsweise ein Magnetron, eine induktiv oder eine kapazitiv gekoppelte Quelle aufweisen.
  • Ein Aspekt der Erfindung ist es, dass die Durchlaufanlage als Plattform für verschiedene Vorbehandlungs- und Beschichtungsprozesse ausgestaltet sein kann, so dass grundlegende konstruktive Elemente wie die Vakuumschleuse, die Transportvorrichtung, die Ausgestaltung der Kammern, der Steuerung und der Automatisierung universell verwendbar sind, wogegen die Art der Plasmaquellen und Vakuumpumpen der spezifischen Anwendung (z.B. Magnetron-Sputtern oder plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD)) entsprechend angepasst werden.
  • Eine Ausgestaltung, bei der wenigstens ein Prozessmodul eine Plasmaquelle aufweist, erlaubt eine plasmaunterstützte Aktivierung, beispielsweise für eine plasmaunterstützte Gasphasenabscheidung. Die Anordnung der Gasverteiler verbessert die Transferrate auf dem Substrat und/oder reduziert eine ungewollte Beschichtung von Anlagenkomponenten im Prozessbereich.
  • Das wenigstens eine Prozessmodul mit der Plasmaquelle kann eine erste Gasabsaugeinrichtung, deren Absaugöffnung entlang einer Förderrichtung der Substrate stromaufwärts der Plasmaquelle angeordnet ist, und eine zweite Gasabsaugeinrichtung, deren Absaugöffnung entlang der Förderrichtung stromabwärts der Plasmaquelle angeordnet ist, aufweisen. Die Anordnung der Absaugöffnungen reduziert eine ungewollte Beschichtung bzw. Verunreinigung von Anlagenkomponenten im Prozessbereich.
  • Die Plasmaquelle und die Gaszuführeinrichtung können in einem Anlagenbauteil kombiniert sein, das als Modul von der Durchlaufanlage demontierbar ist. Wartungszeiten können kurz gehalten werden, indem die Plasmaquelle und die Gaszuführeinrichtung als ein Bauteil von der Durchlaufanlage demontiert und durch Ersatzkomponenten ersetzt werden.
  • Die Durchlaufanlage kann ferner eine Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Transportieren eines Zugs von Substratträgern durch wenigstens einen Abschnitt der Durchlaufanlage, und ein Überführungsmodul zum Überführen des Substratträgers zwischen der Vakuumschleuse und der Transporteinrichtung aufweisen. Das Überführungsmodul kann zwischen der Vakuumschleuse und dem Prozessmodul oder den Prozessmodulen angeordnet sein. Das Überführungsmodul kann eine Pufferung eines Substratträgers vornehmen, wobei der Substratträger jeweils nur kurzzeitig im Überführungsmodul verweilt. Alternativ oder zusätzlich kann das Überführungsmodul konfiguriert sein, den Substratträger stromabwärts einer Einlass-Vakuumschleuse zu beschleunigen und in einen kontinuierlich bewegten Zug von Substratträgern einzuführen und/oder stromaufwärts einer Auslass-Vakuumschleuse den Substratträger zu separieren und aus dem kontinuierlich bewegten Zug von Substratträgern zu entnehmen. Zum Separieren des Substratträgers aus dem kontinuierlich bewegten Zug von Substratträgern kann der Substratträger zunächst beschleunigt werden, um einen Abstand zum nachfolgenden Substratträger des Zugs von Substratträgern zu vergrößern, und anschließend abgebremst werden.
  • Das Überführungsmodul kann eine Temperaturregeleinrichtung aufweisen. Die Temperaturregeleinrichtung kann eine Heizeinrichtung aufweisen, um die Substrate von beiden Seiten zu heizen. Nach dem Einschleusen kann eine definierte Substrattemperatur durch eine geregelte Heizeinrichtung vor dem Durchlaufen der Prozessstrecke eingestellt werden. Andererseits können durch die Heizeinrichtung Strahlungsverluste des Substrats in der Prozessstrecke fortlaufend ausgeglichen und gute Prozessbedingungen aufrechterhalten werden. Das Überführungsmodul kann zum Kühlen der Substrate konfiguriert sein, insbesondere wenn es stromabwärts aller Prozessmodule angeordnet ist.
  • Die Vakuumschleuse kann eine Vakuumschleuse zum Einschleusen der Substrate sein.
  • Die Durchlaufanlage kann ferner eine zweite Vakuumschleuse zum Ausschleusen der Substrate aufweisen. Die zweite Vakuumschleuse kann aufweisen: eine zweite Kammer zur Aufnahme des Substratträgers und eine zweite Strömungskanalanordnung zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer, wobei die zweite Strömungskanalanordnung einen dritten Kanal zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer und einen vierten Kanal zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer aufweist, wobei der dritte Kanal und der vierte Kanal an entgegengesetzten Seiten der zweiten Kammer angeordnet sind.
  • Durch Verwendung von zwei Vakuumschleusen, die jeweils über mehrere Kanäle geflutet und evakuiert werden, können die Arbeitszeiten der Schleusen sowohl beim Einschleusen als auch beim Ausschleusen der Substratträger gering gehalten werden.
  • Die Durchlaufanlage kann ferner ein zweites Überführungsmodul zum Überführen des Substratträgers von der Transporteinrichtung zu der diskontinuierlich arbeitenden zweiten Vakuumschleuse aufweisen.
  • Die Durchlaufanlage kann konfiguriert sein, die Substrate zwischen der ersten Vakuumschleuse und der zweiten Vakuumschleuse ohne Unterbrechung eines Vakuums durch die Durchlaufanlage zu transportieren.
  • Die Durchlaufanlage kann mehrere Prozessmodule und wenigstens eine zwischen zwei Prozessmodulen angeordnete Transferkammer aufweisen. Die Transferkammer kann zur kurzzeitigen Pufferung von Substratträgern zwischen Prozessmodulen dienen und/oder kann eine Trennung von Prozessgasen in unterschiedlichen Prozessmodulen sicherstellen.
  • Die Transferkammer kann zum Überführen der Substrate zwischen den zwei Prozessmodulen konfiguriert sein.
  • Die Durchlaufanlage kann konfiguriert sein, ein stickstoffhaltiges erstes Prozessgas und ein siliziumhaltiges zweites Prozessgas in ein Prozessmodul mit einer Plasmaquelle über separate Gasverteiler zuzuführen. Dies ermöglicht die Verwendung der Anlage zur Erzeugung von SiNx:H sowie, unter Verwendung eines weiteren, sauerstoffhaltigen Prozessgases, auch deren Suboxide oder Oxide, wie z.B. SiNxOy:H , a-SixOy:H (i, n, p) und dergleichen. Die Erzeugung von intrinsischem, p- oder n-dotierten a-Si:H (i, n, p) (amorphes, wasserstoffdotiertes Silizium) bzw. nc-Si:H (i, n, p) oder µc-Si:H (i, n, p) (nano- bzw. mikrokristallines, wasserstoffdotiertes Silizium) ist bei Verwendung von Wasserstoff anstelle eines stickstoffhaltigen oder sauerstoffhaltigen Prozessgases möglich. Diese Dünnschichten können als Passivier-, Dotier-, Tunnel- und /oder Antireflexionsbeschichtungen auf Halbleitersubstraten verwendet werden.
  • Die Durchlaufanlage kann eine Durchlaufanlage, insbesondere eine Vakuumdurchlaufanlage, zur Herstellung von Solarzellen sein. Die Durchlaufanlage kann insbesondere eine Durchlaufanlage zur Herstellung von Zellen mit passivierten Rückseiten nach einer PERX-Technologie sein. PERX bezeichnet eine Familie von Zellen mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite, wobei X u. a. für C („PERC - Passivated Emitter and Rear Cell“), für T („PERT - Passivated Emitter and Rear Cell with Totally Diffused Back Surface Field“), für L („PERL - Passivated Emitter and Rear Cell with Locally Diffused Back Surface Field“) oder andere Variationen der PERC-Zellen stehen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Durchlaufanlage zur Herstellung von Heterojunction-Solarzellen (HJT) oder Solarzellen mit passivierten Kontakten, wie z.B. POLO oder TopCON-Zellen, verwendet werden.
  • Die Durchlaufanlage kann konfiguriert sein, sowohl eine erste Seite (beispielsweise die Vorderseite) als auch eine zweite Seite (beispielsweise die Rückseite) der PERX-Solarzelle in einer Inline-Konfiguration zu beschichten. PERX-Solarzellen können so kostengünstig und effizient hergestellt werden.
  • Die Durchlaufanlage kann konfiguriert sein, ein sauerstoffhaltiges drittes Prozessgas und ein aluminiumhaltiges viertes Prozessgas in ein weiteres Prozessmodul mit einer weiteren Plasmaquelle zuzuführen. Dies ermöglicht die Verwendung der Anlage zur Erzeugung von Mehrschichtsystemen aus AlOx- und SiNx:H-Teilschichten zur Passivierung, wobei die verschiedenen Schichten in derselben Durchlaufanlage abgeschieden werden können. Die Durchlaufanlage ist nicht auf diese Mehrschichtsysteme beschränkt, es können beliebige Prozesse kombiniert werden.
  • Die Durchlaufanlage kann eine Durchlaufanlage zum Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung und/oder Passivierungsschicht sein.
  • Die Vakuumschleuse kann derart konfiguriert sein, dass ein dynamischer Druckunterschied zwischen vorder- und rückseitigen Oberflächen der Substrate oder vorder- und rückseitigen Substratträgeroberflächen des Substratträgers maximal 10 Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4 Pa beträgt, wenn bei einem Abpumpvorgang oder Flutvorgang der Kammer eine Druckänderungsrate 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
  • Die Durchlaufanlage kann eine Durchlaufanlage zum Beschichten kristalliner Siliziumwafer sein. Die kristallinen Siliziumwafer können monokristallin, multikristallin oder polykristallin sein. Die Durchlaufanlage ist jedoch nicht beschränkt auf Siliziumwafer.
  • Die Durchlaufanlage kann zur Bearbeitung von wenigstens 4000 Substraten pro Stunde, bevorzugt von wenigstens 5000 Substraten pro Stunde konfiguriert sein.
  • Eine Zykluszeit der Durchlaufanlage kann weniger als 60 s, bevorzugt weniger als 50 s, weiter bevorzugt weniger als 45 s betragen. Die Zykluszeit der Durchlaufanlage ist die Zeit, in der ein Prozess, z.B. das Ein-/Ausschleusen eins Substratträgers an einer Vakuumschleuse, einmal durchlaufen ist und die Vakuumschleuse für den nächsten Prozess wieder zur Verfügung steht.
  • Die Zykluszeit ist somit kleiner als die Durchlaufzeit der Durchlaufanlage, bei der es sich um die benötigte Zeit für das Durchlaufen der kompletten Durchlaufanlage von der Bestückung der Beladeschleuse bis zum Entnehmen an der Entladeschleuse handelt.
  • Eine mittlere Transportgeschwindigkeit in der Durchlaufanlage und/oder im Prozessmodul kann wenigstens 25 mm/s, bevorzugt wenigstens 30 mm/s, weiter bevorzugt wenigstens 33 mm/s betragen.
  • Eine mittlere Transportgeschwindigkeit in der Durchlaufanlage kann von einem Durchsatz der Durchlaufanlage abhängen. Ein Durchsatz von wenigstens 4000 Substraten pro Stunde kann mit einer mittleren Transportgeschwindigkeit von > 25 mm/s erfolgen. Bevorzugt wird eine mittleren Transportgeschwindigkeit von 33 bis 43 mm/s für einen Durchsatz von 5000 bis 6000 Substraten pro Stunde gewählt.
  • Eine maximale Geschwindigkeit bei der Zugbildung und Zugauflösung in einem Überführungsmodul kann deutlich größer als die mittlere Transportgeschwindigkeit sein und ist bevorzugt <750 mm/s.
  • Eine Arbeitszeit zum Abpumpen der Vakuumschleuse kann weniger als 25 s, bevorzugt weniger als 20 s, weiter bevorzugt weniger als 18 s betragen. Eine Arbeitszeit zum Fluten der Vakuumschleuse kann weniger als 16s, bevorzugt weniger als 10 s, weiter bevorzugt weniger als 6 s betragen.
  • Der Substratträger kann zur Aufnahme von wenigstens 30, bevorzugt von wenigstens 50, weiter bevorzugt von wenigstens 64 Substraten konfiguriert sein.
  • Die Vakuumschleuse kann derart konfiguriert sein, dass eine Pumpzeit pro Substrat, die bestimmt wird als die Pumpzeit der Vakuumschleuse dividiert durch die gesamte Anzahl von Substraten im Substratträger, und/oder eine Flutzeit pro Substrat, die bestimmt wird als die Flutzeit der Vakuumschleuse dividiert durch die gesamte Anzahl von Substraten am Substratträger, kleiner als 600 ms, bevorzugt kleiner als 500 ms und weiter bevorzugt kleiner als 400 ms ist.
  • Wenigstens ein Prozessmodul kann eine Sputterkathode aufweisen.
  • Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Beschichten von Substraten in einer Durchlaufanlage, insbesondere in einer Vakuumdurchlaufanlage, die ein Prozessmodul oder mehrere Prozessmodule aufweist, angegeben. Das Verfahren weist ein Einschleusen der Substrate in die Durchlaufanlage unter Verwendung einer ersten Vakuumschleuse auf. Das Verfahren weist ein Behandeln der Substrate in dem Prozessmodul oder den Prozessmodulen auf. Das Verfahren weist ein Ausschleusen der Substrate aus der Durchlaufanlage unter Verwendung einer zweiten Vakuumschleuse auf. Wenigstens eine der ersten und zweiten Vakuumschleusen weist Folgendes auf: eine Kammer zur Aufnahme eines Substratträgers mit daran gehaltenen Substraten und eine Strömungskanalanordnung zum Evakuieren und Fluten der Kammer, wobei die Strömungskanalanordnung einen ersten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer und einen zweiten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer aufweist, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal an entgegengesetzten Seiten der Kammer angeordnet sind.
  • Die erste Vakuumschleuse und die zweite Vakuumschleuse können jeweils derart konfiguriert sein, dass ein Druckunterschied zwischen vorder- und rückseitigen Oberflächen der Substrate oder Substratträgeroberflächen des Substratträgers maximal 10 Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4 Pa beträgt, wenn bei einem Abpumpvorgang oder Flutvorgang der Kammer eine Druckänderungsrate 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
  • Die Substrate können kristalline Siliziumwafer sein.
  • Das Verfahren kann zur Herstellung von Solarzellen eingesetzt werden. Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung einer der folgenden Solarzellen eingesetzt werden: PERC („Passivated Emitter Rear Cell“)-Zelle; PERT („Passivated Emitter and Rear Cell with Totally Diffused Back Surface Field“)-Zelle; PERL („Passivated Emitter and Rear Cell with Locally Diffused Back Surface Field“)-Zelle; Heterojunction-Solarzelle; Solarzelle mit passivierten Kontakten.
  • Das Verfahren kann von der erfindungsgemäßen Durchlaufanlage ausgeführt werden.
  • Weitere Merkmale des Verfahrens, die bei Ausführungsbeispielen realisiert werden können, und die damit jeweils erzielten Wirkungen entsprechen den unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäße Durchlaufanlage beschriebenen optionalen Merkmalen.
  • Die Durchlaufanlage und das Verfahren können zur Durchführung einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) eingesetzt werden, ohne darauf beschränkt zu sein. Die PECVD kann mit einer induktiv gekoppelten Plasmaquelle (ICP) durchgeführt werden, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Die Durchlaufanlage und das Verfahren können eingesetzt werden, um Substrate kontinuierlich während des Transports durch mehrere Prozessmodule der Durchlaufanlage zu behandeln.
  • Die Durchlaufanlage und das Verfahren können zur Herstellung von PERX-Siliziumzellen, zur Aufbringung einer Antireflexionsbeschichtung, Passivierungsbeschichtung oder zur Durchführung einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), zur Aufbringung transparenter, leitfähiger Beschichtungen wie TCO, ITO, AZO, etc., zur Aufbringung von Kontaktierungsschichten, zur Aufbringung vollflächiger Metallbeschichtungen (beispielsweise Ag, Al, Cu, NiV) oder zur Aufbringung von Barriereschichten verwendet werden, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Die erfindungsgemäßen Durchlaufanlagen und Verfahren ermöglichen kurze Ein- oder Ausschleuszeiten für Substratträger mit Substraten. Schichten oder Schichtsysteme mit hoher Qualität können auf den Substraten abgeschieden werden, wobei gleichzeitig die Produktivität der Durchlaufanlage erhöht werden kann. Die Kosten für die Beschichtung pro Substrat können gering gehalten werden.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben, in denen identische Bezugszeichen identische oder ähnliche Elemente bezeichnen.
    • 1A ist eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel in einer Aufsicht.
    • 1B ist eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht.
    • 1C ist eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht.
    • 2 ist eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 3 ist eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 4 ist eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 5 ist eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 6 ist eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 7 zeigt eine teilweise Perspektivansicht einer Vakuumschleuse einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 8 zeigt eine teilweise Schnittansicht der Vakuumschleuse von 7.
    • 9 zeigt eine Schnittansicht der Vakuumschleuse von 7.
    • 10 zeigt eine teilweise abgebrochene Perspektivansicht der Vakuumschleuse von 7.
    • 11 zeigt ein Schema der Vakuumschleuse einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 12 zeigt ein Strömungsfeld an einer ersten Substratträgeroberfläche beim Evakuieren einer Kammer der Vakuumschleuse einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 13 zeigt ein Strömungsfeld an einer zweiten Substratträgeroberfläche beim Evakuieren einer Kammer der Vakuumschleuse einer Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel.
    • 14 zeigt eine dynamische Abscheiderate einer SiNx:H-Schicht auf einem monokristallinen Siliziumwafer als Funktion des Gesamtgasflusses von SiH4 und NH3.
    • 15 zeigt eine mittlere Abscheiderate einer SiNx:H-Schicht auf einem monokristallinen Siliziumwafer als Funktion des Drucks für unterschiedliche Gasflussraten.
    • 16 zeigt ein Absorptionsspektrum einer SiNx:H-Schicht.
    • 17 zeigt Reflexionsspektren einer einzelnen SiNx:H-Antireflexionsschicht und einer SiN/SiNO-Doppelschicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Während bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden, können bei weiteren Ausführungsbeispielen zusätzliche oder alternative Ausgestaltungen realisiert werden. Während beispielsweise in den Figuren ein Substratträger für im Wesentlichen rechteckige Substrate dargestellt ist, können erfindungsgemäße Durchlaufanlagen und Verfahren auch für nicht rechteckige Substrate, beispielsweise kreisförmige Substrate, eingesetzt werden. Während bei in einigen Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen eine Kammer einer Vakuumschleuse über an entgegengesetzten Stirnseiten vorgesehene Kanäle evakuiert und geflutet wird, können bei weiteren Ausführungsbeispielen die Kanäle auch an den Längsseiten der Kammer der Vakuumschleuse angeordnet sein.
  • 1A zeigt eine schematische Darstellung einer Durchlaufanlage 100 zum Behandeln von Substraten, insbesondere zum Beschichten von Substraten 103 in einer Aufsicht. 1B und 1C zeigen schematische Seitenansichten von Ausführungsbeispielen der Durchlaufanlage 100.
  • Die Durchlaufanlage 100 weist einen Substratträger 102 (der auch als „Carrier“ bezeichnet wird) auf, der mehrere Substrate 103 aufnehmen kann. Der Substratträger 102 kann beispielsweise zur Aufnahme von wenigstens 40, bevorzugt wenigstens 50, bevorzugt wenigstens 64 Substraten konfiguriert sein.
  • Die Durchlaufanlage 100 weist eine erste Vakuumschleuse 110 zum Einschleusen des Substratträgers 102 mit den Substraten 103 auf. Die Durchlaufanlage 100 weist ein erstes Überführungsmodul 120 auf. Das erste Überführungsmodul 120 ist konfiguriert, den Substratträger von der diskontinuierlich arbeitenden ersten Vakuumschleuse 110 in einen kontinuierlich transportierten Zug von Substratträgern an einer Transporteinrichtung der Durchlaufanlage 100 zu überführen. Das erste Überführungsmodul 120 kann Komponenten zum Beschleunigen des Substratträgers aufweisen, um ihn in den kontinuierlich transportierten Zug von Substratträgern zu überführen. Das erste Überführungsmodul 120 kann so konfiguriert sein, dass der Substratträger 102 kurzzeitig darin verweilen kann.
  • Die Durchlaufanlage 100 weist ein Prozessmodul 130 auf. Das Prozessmodul 130 kann konfiguriert sein, die Substrate 103 während eines kontinuierlichen Transports durch das Prozessmodul 130 zu beschichten. Das Prozessmodul 130 kann zur Durchführung einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) konfiguriert sein. Das Prozessmodul 130 kann zur Aufbringung einer Antireflexionsbeschichtung oder einer Passivierungsschicht konfiguriert sein. Das Prozessmodul 130 kann zur Durchführung einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), zur Aufbringung transparenter, leitfähiger Beschichtungen wie TCO, ITO, AZO, etc., zur Aufbringung von Kontaktierungsschichten, zur Aufbringung vollflächiger Metallbeschichtungen (beispielsweise Ag, Al, Cu, NiV) oder zur Aufbringung von Barriereschichten konfiguriert sein, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Das Prozessmodul 130 kann mindestens eine Plasmaquelle 133 und Gasverteiler 137 für unterschiedliche Prozessgase aufweisen. Die Gasverteiler 137 können integral mit der Plasmaquelle 133 ausgestaltet sein. Die Plasmaquelle 133 kann eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle (ICP) oder eine kapazitiv gekoppelte Plasmaquelle zur Erzeugung eines nur schematisch dargestellten Plasmas 139 sein. Die Plasmaquelle kann eine Sputterkathode aufweisen. Die Plasmaquelle 133 kann einen Wechselfrequenzgenerator aufweisen oder mit einem Wechselfrequenzgenerator gekoppelt sein.
  • Das Prozessmodul 130 kann eine Heizeinrichtung 131, 138 aufweisen, um die Substrate im Prozessmodul 130 von wenigstens einer Seite zu heizen.
  • Das Prozessmodul 130 kann (in 1 nicht dargestellte) Absaugöffnungen zum Absaugen von Reaktionsgasen aufweisen, wobei die Absaugöffnungen in einer Transportrichtung 101 vor und nach der Plasmaquelle 133 angeordnet sind.
  • Die Plasmaquelle 133 und die Gasverteiler 137 für unterschiedliche Prozessgase können als ein Bauteil ausgebildet sein, das modular austauschbar ist. Die Plasmaquelle 133 und die Gasverteiler 137 können als ein Bauteil von dem Prozessmodul 130 demontiert und durch ein weiteres, baugleiches Bauteil ersetzt werden, während die ursprünglich montierte Plasmaquelle 133 und Gasverteiler 137 gewartet werden.
  • Die Gasverteiler 137 können jeweils quer zur Transportrichtung 101 angeordnet sein. Die Gasverteiler 137 können jeweils ein Rohr mit mindestens einer Auslassöffnung oder mit mehreren Öffnungen zur Erzeugung einer definierten Gasverteilung aufweisen.
  • Durch die Verwendung der Plasmaquelle 133, die sich insbesondere geradlinig quer zur Transportrichtung 101 erstrecken kann, und eine Zufuhr der Prozessgase über getrennte Gasverteiler 137 in Verbindung mit einer Absaugung der Prozessgase vor und nach der Plasmaquelle 133 kann eine gute Schichtqualität erreicht werden. Die Anordnung der Gasverteiler 137 und Absaugung verbessert die Transferrate auf dem Substrat und/oder reduziert die ungewollte Beschichtung der Komponenten im Prozessbereich. Durch die Verringerung der ungewollten Beschichtung wird die Anlagenverschmutzung reduziert. Die geringere Verschmutzung ermöglicht eine längere Produktionsphase, bevor eine Wartung zur Reinigung, insbesondere der Prozessbereiche, erforderlich ist. Die Plasmaquelle 133 und die Gasverteiler 137 und Gasführungsvorrichtung können für Wartungszwecke komplett entnommen werden und durch eine zweite Plasmaquelle und integral damit ausgebildete Gasverteiler ersetzt werden. Durch die Ausgestaltung der Plasmaquelle 133 und den Austausch kann die für die Wartung benötigte Zeit verkürzt werden. Die Reinigung der verschmutzten Plasmaquelle 133 kann parallel zum Nutzbetrieb der Durchlaufanlage 130 erfolgen, so dass eine überarbeitete Plasmaquelle bei der nächsten Wartung zur Verfügung steht.
  • Auch wenn in 1 nur ein Prozessmodul 130 dargestellt ist, kann die Durchlaufanlage 100 mehrere entlang der Transportrichtung 101 hintereinander angeordnete Prozessmodule aufweisen. Die mehreren Prozessmodule können zur Abscheidung unterschiedlicher Schichten oder Schichtsysteme und/oder zur Beschichtung von ersten und zweiten Seiten der Substrate verwendet werden.
  • Die Durchlaufanlage 100 weist ein zweites Überführungsmodul 140 auf. Das zweite Überführungsmodul 140 ist konfiguriert, den Substratträger 102 von dem kontinuierlich transportierten Zug von Substratträgern in eine diskontinuierlich arbeitende zweite Vakuumschleuse 150 zu überführen. Das zweite Überführungsmodul 140 kann Komponenten zum Beschleunigen und Stoppen des Substratträgers 102 aufweisen, um ihn von dem kontinuierlich transportierten Zug von Substratträgern zu separieren und in die zweite Vakuumschleuse 150 einzufahren.
  • Die Durchlaufanlage 100 kann die zweite Vakuumschleuse 150 zum Ausschleusen des Substratträgers 102 mit den Substraten 103 aufweisen.
  • Die Durchlaufanlage 100 kann eine Rückführeinrichtung 190 zum Zurückführen des Substratträgers 102 nach Entnahme der Substrate 103 für eine erneute Verwendung des Substratträgers 102 aufweisen.
  • Die erste Vakuumschleuse 110 und/oder die zweite Vakuumschleuse 150 können so konfiguriert sein, dass eine Zykluszeit für einen vollständigen Arbeitszyklus jeweils weniger als 60 s, bevorzugt weniger als 50 s, besonders bevorzugt weniger als 45 s beträgt. Eine Arbeitszeit zum Evakuieren der Vakuumschleuse und/oder eine Arbeitszeit zum Fluten der Vakuumschleuse kann kleiner als 25 s, bevorzugt kleiner als 20 s, weiter bevorzugt kleiner als 18 s sein. Bei einer Ausgestaltung kann die Arbeitszeit zum Abpumpen der Vakuumschleuse größer sein als eine Arbeitszeit zum Fluten der Vakuumschleusen. Eine Arbeitszeit zum Abpumpen der Vakuumschleuse kann weniger als 25 s, bevorzugt weniger als 20 s, weiter bevorzugt weniger als 18 s betragen. Eine Arbeitszeit zum Fluten der Vakuumschleuse kann weniger als 16s, bevorzugt weniger als 10 s, weiter bevorzugt weniger als 6 s betragen.
  • Um eine unbeabsichtigte Verschiebung von Substraten 103 auf der Position innerhalb des Substratträgers 102 trotz der kurzen Zykluszeit der Vakuumschleuse zu vermeiden, kann die erste Vakuumschleuse 110 und/oder die zweite Vakuumschleuse 150 so konfiguriert sein, dass ein Druckunterschied zwischen den vorder- und rückseitigen Oberflächen der Substrate oder Substratträgeroberflächen des Substratträgers maximal 10 Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4 Pa beträgt, wenn bei einem Abpumpvorgang oder Flutvorgang der Kammer eine Druckänderungsrate 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
  • Die erste Vakuumschleuse 110 und/oder die zweite Vakuumschleuse 150 können mehrere voneinander beabstandete Kanäle zum Fluten und Evakuieren einer Kammer der entsprechenden Vakuumschleuse 110, 150 aufweisen, um die zum Fluten und Evakuieren benötigte Zeit klein zu halten.
  • 2 und 3 zeigen jeweils schematische Darstellungen in Aufsicht der Durchlaufanlage 100, wobei ein erster Kanal 111 und ein zweiter Kanal 112 zum Fluten und Evakuieren der Kammer der ersten Vakuumschleuse 110 vorgesehen sind. Der erste Kanal 111 und der zweite Kanal 112 können, wie in 2 dargestellt, an entgegensetzten Stirnseiten der ersten Vakuumschleuse 110 quer zur Transportrichtung 101 der Durchlaufanlage 100 angeordnet sein. Der erste Kanal 111 und der zweite Kanal 112 können, wie in 3 dargestellt, an entgegensetzten Längsseiten der ersten Vakuumschleuse 110 parallel zur Transportrichtung 101 der Durchlaufanlage 100 angeordnet sein.
  • Auch wenn die Kanäle 111, 112 für die erste Vakuumschleuse 110 dargestellt sind, kann die zweite Vakuumschleuse 150 alternativ oder zusätzlich eine entsprechende Anordnung von mehreren Kanälen zum Fluten und Evakuieren der Kammer der zweiten Vakuumschleuse 150 aufweisen.
  • Der Durchlaufanlage 100 kann konfiguriert sein, den Substratträger 102 mit den Substraten 103 in einer horizontalen Ausrichtung durch die Durchlaufanlage zu transportieren. Heizeinrichtungen können in einem oder mehreren von dem ersten Überführungsmodul 120 und dem Prozessmodul 130 vorgesehen sein. Die Heizeinrichtungen können konfiguriert sein, die Substrate 103 sowohl von ihrer Oberseite als auch von ihrer Unterseite aus zu heizen. Das Überführungsmodul 120 und das Prozessmodul 130 können jeweils eine oberhalb der Transportebene des Substratträgers 102 angeordnete erste Heizeinrichtung und eine unterhalb der Transportebene des Substratträgers 102 angeordnete zweite Heizeinrichtung aufweisen.
  • Der Durchsatz der Durchlaufanlage wird durch die Anzahl der Plasmaquellen und die Breite der Plasmaquellen bestimmt. Die Anzahl der benötigten Plasmaquellen kann durch eine hohe Beschichtungsrate und eine hohe Transferrate klein gehalten werden. Das Ein- und/oder Ausschleusen der Substrate wird mit der Ausgestaltung der Vakuumschleusen 110 und/oder 150 mit kurzer Zykluszeit erreicht, die unter Bezugnahme auf 7 bis 13 näher beschrieben wird. Die Kombination aus Plasmaquelle mit hoher Transferrate und schnellem Ein-/Ausschleusen ermöglicht einen hohen Durchsatz.
  • 4 ist eine schematische Seitenansicht einer Durchlaufanlage 100 nach einem Ausführungsbeispiel, die zur Aufbringung einer Passivierungs-/Antireflexionsbeschichtung konfiguriert ist. Die Durchlaufanlage weist eine erste Vakuumschleuse 110, ein erstes Überführungsmodul 120, ein Prozessmodul 130, ein zweites Überführungsmodul 140 und eine zweite Vakuumschleuse 150 auf, die die unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschriebenen Ausgestaltung und Funktionsweise aufweisen können.
  • Das erste Überführungsmodul 120 und das Prozessmodul 130 weisen jeweils Heizeinrichtungen 121, 122, 131, 132 auf. Die Heizeinrichtungen 121, 122 des Überführungsmoduls 120 können konfiguriert sein, die Substrate 103 im Überführungsmodul 120 von wenigstens einer und vorteilhaft von beiden Seiten zu heizen. Die Heizeinrichtungen 131, 132 des Prozessmoduls 130 können konfiguriert sein, die Substrate 103 im Prozessmodul 130 von wenigstens einer und vorteilhaft von beiden Seiten zu heizen. Das zweite Überführungsmodul 140 kann optional (nicht dargestellte) Einrichtungen zum Kühlen der Substrate aufweisen.
  • Substrate 103 können von einer optionalen automatischen Ladevorrichtung 108 in den Substratträger 102 eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können beschichtete Substrate von einer optionalen automatischen Entladevorrichtung 109 aus dem Substratträger 102 entnommen werden.
  • Das Prozessmodul 130 weist Plasmaquellen 133, 134 mit Gasverteilern für unterschiedliche Prozessgase auf. Über die getrennten Gasverteiler der Plasmaquellen 133, 134 können jeweils beispielsweise ein stickstoffhaltiges erstes Prozessgas (z.B. NH3) über einen Gaseinlass in den Bereich der Plasmazone eingelassen und von der Plasmaquelle dort aktiviert werden. Getrennt von dem ersten Prozessgas kann ein siliziumhaltiges Prozessgas (z.B. SiH4) in der Nähe zur Substratoberfläche und Transporteinrichtung und fern von der Plasmaerzeugung eingelassen werden. Die Absaugung der Gase kann zwischen der Transporteinrichtung und dem zweitem Gaseinlass, beispielsweise an Ansaugstutzen 135, erfolgen. Zur Abscheidung einer Siliziumnitridschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 50 nm kann mindestens eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle (ICP-Quelle) im Prozessmodul 130 vorhanden sein.
  • Optional kann das Prozessmodul 130 einen Zwischenbereich 136 zwischen den mehreren Plasmaquellen 133, 134 aufweisen, in dem kein Plasma erzeugt wird, sondern das Substrat 103 mit Heizeinrichtungen von beiden Seiten geheizt werden kann. Bei weiteren Ausgestaltungen kann der Zwischenbereich 136 auch weggelassen werden.
  • Der Zwischenbereich 136 kann optional einen oder mehrere Ansaugstutzen aufweisen. Die Ansaugstutzen 135,136 können mit einer (nicht dargestellten) Vakuumerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung des gewünschten Prozessdruckes verbunden sein.
  • Allgemein kann im Prozessbereich ein Reaktivgas über einen Gaseinlass in den Bereich der Plasmazone eingelassen und dort aktiviert werden. Getrennt von diesem kann der Schichtbildner/Precursor als Gas getrennt vom ersten Gas in der Nähe zur Substratoberfläche und Transporteinrichtung und entfernt von der Plasmaerzeugung eingelassen werden.
  • Mehrere Prozessmodule können kombiniert werden, um die Substrate mit komplexeren Schichtsystemen und/oder sowohl an der ersten als auch an der zweiten Seite zu beschichten, wie unter Bezugnahme auf 5 und 6 näher beschrieben wird.
  • 5 ist eine schematische Seitenansicht einer Durchlaufanlage 100 nach einem Ausführungsbeispiel, die zur Aufbringung einer Passivierungsschicht und einer Antireflexionsbeschichtung an einer zweiten Seite (beispielsweise einer Rückseite) eines Siliziumwafers konfiguriert ist. Die Durchlaufanlage weist eine erste Vakuumschleuse 110, ein erstes Überführungsmodul 120, ein erstes Prozessmodul 130a, ein zweites Prozessmodul 130b, ein zweites Überführungsmodul 140 und eine zweite Vakuumschleuse 150 auf, die die unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschriebenen Ausgestaltung und Funktionsweise aufweisen können.
  • Substrate 103 können von einer optionalen automatischen Ladevorrichtung 108 in den Substratträger 102 eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können beschichtete Substrate von einer optionalen automatischen Entladevorrichtung 109 aus dem Substratträger 102 entnommen werden.
  • Zwischen dem ersten Prozessmodul 130a und dem zweiten Prozessmodul 130b ist eine Transferkammer 170 vorgesehen, die eine Gastrennung zwischen dem ersten Prozessmodul 130a und dem zweiten Prozessmodul 130b sicherstellt. Die Transferkammer 170 kann den Substratträger 102 mit den daran gehaltenen Substraten 103 zwischen dem ersten Prozessmodul 130a und dem zweiten Prozessmodul 130b schleusen.
  • Überführungsmodule 160a, 160b können den Substratträger 102 zwischen einem kontinuierlich transportierten Zug von Substratträgern und der diskontinuierlich arbeitenden Transferkammer 170 überführen. Dabei kann das Überführungsmodul 160a ähnlich wie das zweite Überführungsmodul 150 arbeiten und den Substratträger 102 von der Transporteinrichtung übernehmen, von dem Zug von Substratträgern separieren und dann in das Transfermodul 170 überführen. Zum Separieren des Substratträgers 102 von dem Zug von Substratträgern kann der Substratträger 102 in dem Überführungsmodul 160a zunächst beschleunigt und dann abgebremst werden. Das Überführungsmodul 160b kann ähnlich wie das erste Überführungsmodul 120 arbeiten und den Substratträger 102 aus dem Transfermodul 170 übernehmen, beschleunigen und in den Zug von kontinuierlich transportierten Substratträgern einfügen.
  • Das erste Überführungsmodul 120, die Prozessmodule 130a, 130b, die Überführungsmodule 160a, 160b und die Transferkammer 170 können jeweils Heizeinrichtungen 121, 122, 131, 132, 161, 162, 171, 172 aufweisen. Die Heizeinrichtungen 121, 122 des Überführungsmoduls 120 können konfiguriert sein, die Substrate 103 im ersten Überführungsmodul 120 von wenigstens einer und vorteilhaft von beiden Seiten zu heizen. Die Heizeinrichtungen 131, 132 der Prozessmodule 130a, 130b können konfiguriert sein, die Substrate 103 in den Prozessmodulen 130a, 130b von wenigstens einer und vorteilhaft von beiden Seiten zu heizen. Entsprechende Heizeinrichtungen können in den Überführungsmodulen 160a, 160b und der Transferkammer 170 vorhanden sein. Das zweite Überführungsmodul 140 kann optional eine Einrichtung zum Kühlen der Substrate aufweisen.
  • Das erste Prozessmodul 130a kann zur Aufbringung einer Passivierungsschicht konfiguriert sein. Das erste Prozessmodul 130a kann zur Abscheidung einer Aluminiumoxid-Teilschicht konfiguriert sein. Dazu kann ein sauerstoffhaltiges Gas (z.B. O2, N2O) über einen Gaseinlass in den Bereich der Plasmazone eingelassen und dort aktiviert werden. Getrennt von diesem wird ein aluminiumhaltiges Gas (z.B. Triemethylaluminium (TMAI)) in der Nähe zur Substratoberfläche und Transporteinrichtung und entfernt von der Plasmaerzeugung eingelassen. Die Absaugung der Gase kann zwischen der Transporteinrichtung und dem zweitem Gaseinlass erfolgen. Zur Abscheidung einer Aluminiumoxidschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 10 nm kann mindestens eine ICP-Quelle in dem ersten Prozessmodul 130a vorhanden sein.
  • Das zweite Prozessmodul 130b kann zur Aufbringung einer Antireflexionsschicht konfiguriert sein. Das zweite Prozessmodul 130b weist Plasmaquellen 133b, 134b mit Gasverteilern für unterschiedliche Prozessgase auf. Über die Gasverteiler der Plasmaquellen 133b, 134b können jeweils beispielsweise ein stickstoffhaltiges erstes Prozessgas (z.B. NH3) über einen Gaseinlass in den Bereich der Plasmazone eingelassen und von der Plasmaquelle dort aktiviert werden. Getrennt von dem ersten Prozessgas kann ein siliziumhaltiges Prozessgas (z.B. SiH4) in der Nähe zur Substratoberfläche und Transporteinrichtung und fern von der Plasmaerzeugung eingelassen werden. Die Absaugung der Gase kann zwischen der Transporteinrichtung und dem zweitem Gaseinlass, beispielsweise an Ansaugstutzen 135, erfolgen. Zur Abscheidung einer Siliziumnitridschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 50 nm kann mindestens eine weitere induktiv gekoppelte Plasmaquelle (ICP-Quelle) im zweiten Prozessmodul 130b vorhanden sein.
  • 6 ist eine schematische Seitenansicht einer Durchlaufanlage 100 nach einem Ausführungsbeispiel, die zur Aufbringung einer Passivierungsschicht und einer Antireflexionsbeschichtung an einer zweiten Seite eines Siliziumwafers sowie zusätzlich zur Aufbringung einer Antireflexionsbeschichtung an einer ersten Seite des Siliziumwafers konfiguriert ist.
  • Die Durchlaufanlage 100 weist eine erste Vakuumschleuse 110, ein erstes Überführungsmodul 120, ein erstes Prozessmodul 130a, ein Transfermodul 170 und Überführungsmodule 160a, 160b, ein zweites Prozessmodul 130b, ein zweites Überführungsmodul 140 und eine zweite Vakuumschleuse 150 auf, die die unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschriebenen Ausgestaltungen und Funktionsweisen aufweisen können. Substrate 103 können von einer optionalen automatischen Ladevorrichtung 108 in den Substratträger 102 eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können beschichtete Substrate von einer optionalen automatischen Entladevorrichtung 109 aus dem Substratträger 102 entnommen werden.
  • Die Durchlaufanlage 100 weist weiterhin ein drittes Prozessmodul 130c auf, das zur Aufbringung einer Aufbringung einer Antireflexionsbeschichtung an der ersten Seite des Siliziumwafers konfiguriert ist.
  • Das dritte Prozessmodul 130c weist eine oder mehrere Plasmaquellen mit Gasverteilern für unterschiedliche Prozessgase auf. Über einen Gasverteiler kann jeweils beispielsweise ein stickstoffhaltiges erstes Prozessgas (z.B. NH3) über einen Gaseinlass in den Bereich der Plasmazone eingelassen und von der Plasmaquelle dort aktiviert werden. Getrennt von dem ersten Prozessgas kann ein siliziumhaltiges Prozessgas (z.B. SiH4) in der Nähe zur Substratoberfläche und Transporteinrichtung und fern von der Plasmaerzeugung eingelassen werden. Die Absaugung der Gase kann zwischen der Transporteinrichtung und dem zweitem Gaseinlass erfolgen. Zur Abscheidung einer Siliziumnitridschicht mit einer Schichtdicke von wenigstens 50 nm auf der ersten Seite des Siliziumwafers kann mindestens eine ICP-Quelle im dritten Prozessmodul 130c vorhanden sein.
  • Im dritten Prozessmodul 130c sind die ICP-Quelle und die Gasverteiler auf einer relativ zur Transportebene anderen Seite als im zweiten Prozessmodul 130b angeordnet. Beispielsweise kann die ICP-Quelle im zweiten Prozessmodul 130b unterhalb der Transportebene des Substratträgers und im dritten Prozessmodul 130c oberhalb der Transportebene des Substratträgers angeordnet sein.
  • Die Funktionsweise der Durchlaufanlage bei der Aufbringung eines Schichtsystems aus einer Passivierungsschicht und einer Antireflexionsbeschichtung, wie sie beispielsweise mit den Durchlaufanlagen von 5 und 6 durchführbar ist, wird nachfolgend beschrieben.
  • Für eine Rückseitenbeschichtung von Halbleiterwafern mit AlOx und SiN für die Herstellung von Solarzellen kann die Durchlaufanlage mindestens ein Prozessmodul 130a, 130b aufweisen, das als Plasmakammer zur plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung (PECVD) ausgestaltet ist. Die Plasmakammer weist mindestens eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas auf. Die Plasmakammer kann eine Gaszuführeinrichtung, ein Vakuumsystem und eine Transporteinrichtung aufweisen. Die Transporteinrichtung kann für den horizontalen Transport von Substratträgern mit Substraten entlang der Durchlaufanlage konfiguriert sein.
  • Die Substrate 103 werden auf dem Substratträger 102 über die erste Vakuumschleuse 110 eingespeist. In der ersten Vakuumschleuse 110 wird der Druck von Atmosphärendruck auf einen Druck kleiner als 10 kPa, bevorzugt kleiner 1 kPa, besonders bevorzugt kleiner als 100 Pa reduziert, bevor die Substrate im Substratträger in das Prozessmodul 130a, 130b gelangen.
  • Aus der ersten Vakuumschleuse 110 wird der Substratträger 102 mit den Substraten 103 in das erste Überführungsmodul 120 überführt, das zur kurzzeitigen Pufferung dienen kann. Die Temperatur in dem ersten Überführungsmodul 120 kann geregelt werden. Bevorzugt werden die Substrate 103 dabei beheizt. Eine Temperaturregelung kann über einer Regelung einer optional vorhandenen Heizeinrichtung des Überführungsmoduls 120 erfolgen. Der Übergang von diskontinuierlichem zu kontinuierlichem Transport der Substratträger 102 erfolgt innerhalb des Überführungsmoduls 120 durch Bilden einer kontinuierlichen Folge von Substratträgern.
  • Die Transporteinrichtung der Durchlaufanlage kann ermöglichen, dass ein Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Substratträgern auf einen definierten Bereich eingestellt werden kann. Dazu muss der nachfolgende Substratträger zuerst beschleunigt und beim Erreichen des Abstands zum vorausfolgenden Substratträger die Geschwindigkeit an die Zuggeschwindigkeit angepasst werden. Dies kann in dem Überführungsmodul 120 erfolgen.
  • Der Zug von Substratträgern durchläuft den Prozessbereich mit definierter Geschwindigkeit der Transporteinrichtung.
  • Zur Verbesserung der Schichtqualität, der Arbeitssicherheit und Reduktion von Gefahrenquellen kann eine Trennung unterschiedlicher Prozessbereiche durch eine Transferkammer170 vorteilhaft sein. Die verschiedenen Bereiche können durch Schlitz-Ventile/Schieber voneinander getrennt sein. Die Transferkammer 170 verhindert, dass sich die Prozessgase zwischen den Prozessbereichen während des Transportes der Substrate vermischen. Vor der Schleusung in den nächsten Prozessbereich werden die Parameter in der Transferkammer 170 (beispielsweise der Druck) angepasst.
  • Die kontinuierliche Folge von Substratträgern wird vor der Transferkammer 170 im Überführungsmodul 160a und vor der zweiten Vakuumschleuse 150 im zweiten Überführungsmodul 140 aufgelöst, so dass einzelne Substratträger von einem Prozessbereich in den nächsten oder in die zweite Vakuumschleuse 150 überführt werden können.
  • In der zweiten Vakuumschleuse 150 werden die Substratträger mit den Substraten aus der Durchlaufanlage 100 auf Atmosphärendruck geschleust. Die Temperatur in dem zweiten Überführungsmodul 140 nach dem letzten Prozessbereich und vor der zweiten Vakuumschleuse 150 kann geregelt werden. Insbesondere kann die Temperatur von Substratträger und Substraten vor dem Verlassen der Durchlaufanlage reduziert werden. Besonders bevorzugt ist das zweite Überführungsmodul 140 zur Kühlung der Substratträger und Substrate konfiguriert.
  • Im Prozessbereich der Prozessmodule 130a, 130b kann ein Reaktivgas über einen Gaseinlass in den Bereich der Plasmazone eingelassen und dort aktiviert werden. Getrennt vom ersten Gas kann der Schichtbildner/Precursor als Gas in der Nähe zur Substratoberfläche oder Transporteinrichtung und entfernt von der Plasmaerzeugung eingelassen werden. Die Absaugung der Gase erfolgt zwischen der Transporteinrichtung und dem zweitem Gaseinlass. Nach Durchlaufen der Durchlaufanlage 100 von 5 und 6 weisen die Substrate ein Schichtsystem bestehend aus Teilschichten aus Aluminiumoxid und Siliziumnitrid auf.
  • Die mit Aluminiumoxidschicht beschichteten Substrate weisen eine zufriedenstellende Schichtverteilung, zufriedenstellende Qualität und eine zufriedenstellende Lebensdauer auf. Die Qualität und die Lebensdauer des beschichteten Substrats mit Aluminiumoxid sind vom Brechungsindex und der Dichte oder Porosität der abgeschiedenen Dünnschicht abhängig. Durch die Wahl der Plasmaerzeugung und geeignete Prozessparameter (Druck, Gasflüsse, Temperatur, Plasmaleistung, etc.) in Verbindung mit der Anlagengeometrie können die benötigten Schichteigenschaften erzeugt werden.
  • Für die Plasmaerzeugung können Plasmaquellen mit kapazitiver und induktiver Anregung des Plasmas bei den Durchlaufanlagen nach 1 bis 6 verwendet werden. Besonders bevorzugt ist eine lineare ICP-Quelle mit mindestens einer Anregungsfrequenz im Bereich von 13 MHz bis 100 MHz. Die ICP-Quelle dient zur Erzeugung eines Plasmas auf einer Länge >1000 mm, bevorzugt >1500 mm, besonders bevorzugt >1700 mm. Die RF-Generatoren können eine Leistung >4 kW, bevorzugt >6 kW, besonders bevorzugt 7 bis 30 kW und insbesondere bevorzugt 8 bis 16 kW aufweisen. Der RF-Generator kann gepulst betrieben werden.
  • Bei den Durchlaufanlagen 100 können die Substrate von der ersten Vakuumschleuse 110 zur zweiten Vakuumschleuse 150 transportiert werden, ohne dass das Vakuum unterbrochen wird.
  • Die Durchlaufanlagen 100 können die Erzeugung einer homogenen Aluminiumoxidschicht mit geringer Porosität und guter Kontrolle über den Brechungsindex n erlauben.
  • Die Durchlaufanlagen 100 können die effiziente Beschichtung von Substraten, bevorzugt Siliziumwafern, erlauben, die monokristalline, multi-kristalline oder polykristalline Siliziumwafern sein können, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Die Durchlaufanlagen 100 können für eine Absaugung der Reaktionsprodukte mit Vakuumpumpen an den Prozessbereichen konfiguriert sein. Bevorzugt können getrennte Vakuumsysteme für das Prozessmodul 130a zur Abscheidung von Aluminiumoxid und das Prozessmodul 130b oder die Prozessmodule 130b, 130c zur Abscheidung von Siliziumnitrid vorgesehen sein.
  • Die Durchlaufanlagen 100 können konfiguriert sein, die Verweildauer der Reaktionsprodukte im Prozessbereich zu minimieren, so dass diese nicht in die Beschichtung eingebaut werden. Dazu kann die aktive Absaugung der Reaktionsprodukte vorgesehen sein.
  • Die Durchlaufanlagen 100 können für eine gleichmäßige Absaugung der Reaktionsprodukte quer zur Transportrichtung 101 konfiguriert sein, um gleiche Bedingungen über die Beschichtungsbreite zu erzeugen.
  • Die Durchlaufanlagen 100 können so konfiguriert sein, dass die Strömungsrichtung des Precusors in Bezug auf die Substratebene und die Plasmaanregung kontrolliert wird. Dies kann durch eine geeignete Geometrie des Gasverteilers erreicht werden.
  • Die Durchlaufanlagen 100 können unterschiedliche Anordnung der Plasmaquellen in Bezug auf die Transportebene aufweisen. Die Durchlaufanlage 100 kann eine erste, oberhalb der Transportebene angeordnete Plasmaquelle zur Beschichtung einer ersten Substratseite und eine zweite, unterhalb der Transportebene angeordnete Plasmaquelle zur Beschichtung einer zweiten Substratseite, die der ersten Substratseite gegenüberliegt, aufweisen.
  • Ein Prozessmodul 130a, 130b, 130c der Durchlaufanlage kann mehrere Plasmaquellen aufweisen.
  • Die Transferkammer 170 kann ein eigenes Vakuumsystem aufweisen.
  • Um den Konflikt zwischen hoher Beschichtungsrate und hoher Schichtqualität zu adressieren, kann die Durchlaufanlage 100 zur Herstellung mehrerer dünner Schichten (Teilschichten) anstelle einer einzigen dicken Schicht konfiguriert sein. Die Anforderung an die Funktionalität können auf die Teilschichten verteilt werden. Beispielsweise können eine Antireflexionsbeschichtung mit guter Passivierung an der Grenzfläche zwischen Substrat und Schicht und eine weitere optische Schicht abgeschieden werden, um ein Zweischichtensystem zu bilden.
  • Ein- und derselbe Plasmaquellentyp kann für verschiedene Prozesse und verschiedene Prozessmodule verwendet werden.
  • Separate Gaszuführung der Plasmaquellen ermöglicht eine größere Variation der Schichteigenschaften bei benachbarten Plasmaquellen 133/134 bzw. 133a/133b, da die Gaszusammensetzung verändert werden kann.
  • Durch eine Absaugung von Gasen zwischen den Plasmaquellen können benachbarten Plasmaquellen besser entkoppelt werden.
  • Bei jeder der beschriebenen Durchlaufanlagen 100 können die optionalen Heizeinrichtungen IR-Strahler und/oder Widerstandsheizer aufweisen. Die Heizeinrichtungen können geregelt werden, um die Substrattemperatur einzustellen.
  • Um eine kurze Bearbeitungszeit pro Substrat zu erreichen, können die erste Vakuumschleuse 110 und/oder die zweite Vakuumschleuse 150 so konfiguriert sein, dass eine kurze Arbeitszeit der Vakuumschleuse erreichbar ist. Beispielhafte Ausgestaltungen einer Vakuumschleuse 10, die als die erste Vakuumschleuse 110 und/oder die zweite Vakuumschleuse 150 eingesetzt werden kann, werden unter Bezugnahme auf 7 bis 13 beschrieben.
  • 7 zeigt eine teilweise Perspektivansicht einer Vakuumschleuse 10, wobei ein Kammeroberteil 38 einer Kammer 30 der Vakuumschleuse 10 nicht dargestellt ist. 8 zeigt eine teilweise Schnittansicht eines Endbereichs einer Kammer 30 der Vakuumschleuse 10. 9 zeigt eine Schnittansicht der Kammer 30. 10 zeigt eine teilweise abgebrochene Perspektivansicht der Kammer 30.
  • Die Kammer 30 ist zur Aufnahme eines Substratträgers 102 konfiguriert. Der Substratträger 102 weist mehrere Ablagen für Substrate auf. Dabei können die Substrate jeweils so an dem Substratträger 102 positioniert sein, dass ein Druckausgleich durch die im Substratträger 102 vorhandenen Öffnungen im Wesentlichen unterbunden wird, wenn die Substrate an oder in dem Substratträger 102 positioniert sind.
  • Die Kammer 30 weist ein Kammeroberteil 38 und ein Kammerunterteil 39 auf. Das Kammeroberteil 38 weist eine beim Schleusen von Substraten zum Substratträger 102 weisende erste Innenoberfläche 31 auf. Das Kammerunterteil 39 weist eine beim Schleusen von Substraten zum Substratträger 102 weisende zweite Innenoberfläche 32 auf. Die erste Innenoberfläche 31 und die zweite Innenoberfläche 32 sind vorteilhaft im Wesentlichen eben. Der Substratträger 102 weist eine beim Schleusen von Substraten zur ersten Innenoberfläche 31 zeigende erste Substratträgeroberfläche 21 auf. Der Substratträger 102 weist eine beim Schleusen von Substraten zur zweiten Innenoberfläche 32 zeigende zweite Substratträgeroberfläche 22 auf.
  • Die Kammer 30 weist ein Innenvolumen auf. Das Innenvolumen der Kammer 30 kann wenigstens 100 1, bevorzugt von 200 bis 500 1, betragen.
  • Die Vakuumschleuse 10 kann eine Fördereinrichtung 40 aufweisen. Die Fördereinrichtung 40 weist Antriebskomponenten 41 zum Fördern des Substratträgers auf. Die Antriebskomponenten 41 sind ausgelegt, den Substratträger 102 in einer Fahrtrichtung zu bewegen. Die Antriebskomponenten 41 können mehrere Förderwalzen sein, die entlang der Fahrtrichtung voneinander beabstandet an der Kammer 30 angeordnet sind. Der Substratträger 102 kann auf den Antriebskomponenten 41 aufliegen.
  • Die Achsen der Antriebskomponenten können in der Vakuumschleuse unterhalb des Kammerbodens liegen. Bevorzugt sind die Achsen innerhalb der Schleuse teilweise in den Kammerboden eingelassen, um das Volumen der Vakuumschleusenkammer zu minimieren.
  • Wie in 8 und 9 dargestellt ist, ist die Fördereinrichtung 40 konfiguriert, den Substratträger 102 zwischen der ersten Innenoberfläche 31 und der zweiten Innenoberfläche 32 der Kammer 30 zu positionieren.
  • Die Vakuumschleuse 10 kann so konfiguriert sein, dass statische Druckdifferenzen zwischen der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 beim Fluten und/oder Evakuieren gering gehalten werden, beispielsweise kleiner als 10 Pa, bevorzugt kleiner als 5 Pa, weiter bevorzugt kleiner als 4 Pa, während die Kammer geflutet oder evakuiert wird. Hierzu können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden:
    • - Die Vakuumschleuse 10 wird über mehrere Kanäle geflutet und evakuiert.
    • - Die Fördereinrichtung 40 kann den Substratträger 102 so positionieren, dass die Abstände der Substrate im Substratträger 102 zur ersten Innenoberfläche 31 und zur zweiten Innenoberfläche 32 der Kammer im Wesentlichen gleich sind.
    • - Ein Verhältnis eines Abstands zwischen einer Innenoberfläche der Kammer und der gegenüberliegenden Substratträgeroberfläche zu einer (in 12 und 13 dargestellten) Länge L des Substratträgers ist kleiner als 0,1, bevorzugt kleiner als 0,05, weiter bevorzugt kleiner als 0,025. Dies gilt vorteilhaft sowohl für das Verhältnis eines ersten Abstands d1 zwischen der ersten Innenoberfläche 31 und der ersten Substratträgeroberfläche 21 zu der Länge L als auch für ein Verhältnis eines zweitens Abstands d2 zwischen der zweiten Innenoberfläche 32 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 zu der Länge L des Substratträgers 102.
    • - In der durch die Fördereinrichtung 40 definierten Fahrtrichtung des Substratträgers 102 kann das Gas entlang der Fahrtrichtung und entgegen der Fahrtrichtung eingelassen und/oder abgepumpt werden, so dass das Gas an den beiden Hälften des Substratträgers 102 in unterschiedliche Richtungen strömt, wie in 12 und 13 veranschaulicht.
    • - Die Vakuumschleuse 10 kann eine Strömungskanalanordnung aufweisen, die konfiguriert ist, quer zur Fahrtrichtung des Substratträgers einen im Wesentlichen homogenen Gasstrom zu ermöglichen. Durch die Strömungskanalanordnung können beispielsweise diagonale Gasströmungen über die Substratträgeroberflächen 21, 22 vermieden werden.
  • Durch die oben genannten und optionale weitere Maßnahmen kann erreicht werden, dass an zwei voneinander vertikal beabstandeten Punkten an der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 die Geschwindigkeiten der Gasströmung beim Evakuieren der Kammer 30 jeweils im Wesentlichen gleich sind. Darüber hinaus können an zwei voneinander vertikal beabstandeten Punkten an der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 die Geschwindigkeiten der Gasströmung beim Fluten der Kammer 30 jeweils im Wesentlichen gleich sein. Ein Strömungswiderstand für die Gasströmung in dem Bereich zwischen der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der ersten Innenoberfläche 31 und ein Strömungswiderstand für die Gasströmung in dem Bereich zwischen der zweiten Substratträgeroberfläche 22 und der zweiten Innenoberfläche 32 können im Wesentlichen gleich sein, wenn der Substratträger 102 symmetrisch zwischen der ersten Innenoberfläche 31 und der zweiten Innenoberfläche 32 positioniert ist, um dynamische und statische Druckunterschiede zwischen der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 zu minimieren. Beispielsweise kann ein Verhältnis eines ersten Strömungswiderstands zwischen dem Substratträger 102 und der ersten Innenoberfläche 31 zu einem zweiten Strömungswiderstand zwischen dem Substratträger 102 und der zweiten Innenoberfläche 32 zwischen 0,95 und 1,05 und bevorzugt zwischen 0,97 und 1,03 liegen.
  • Durch eine Ausgestaltung, bei der das Verhältnis des ersten Abstands d1 zwischen der ersten Innenoberfläche 31 und der ersten Substratträgeroberfläche 21 zu der Länge L des Substratträger und das Verhältnis eines zweitens Abstands d2 zwischen der zweiten Innenoberfläche 32 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 zu einer Länge L des Substratträgers 102 jeweils kleiner als 0,1, bevorzugt kleiner als 0,05 und insbesondere kleiner als 0,025 ist und die Abstände d1 und d2 einander ähnlich sind, können flache Innenvolumina in der Kammer zwischen dem Substratträger und den Innenwänden der Kammer gebildet werden, die rasch geflutet und/oder evakuiert werden können. Druckdifferenzen zwischen Ober- und Unterseite des Substratträgers können gering gehalten werden.
  • Wird die Kammer an zwei gegenüberliegenden Seiten geflutet und/oder abgepumpt, kann insbesondere das Verhältnis des ersten Abstands d1 zur Hälfte der Substratträgerlänge kleiner als 0,1, bevorzugt kleiner als 0,05 sein, also d1 /(L/2) < 0,1, bevorzugt d1 /(L/2) < 0,05, und das Verhältnis des zweiten Abstands d2 zur Hälfte der Substratträgerlänge kann kleiner als 0,1, bevorzugt kleiner als 0,05, also d2 /(L/2) < 0,1, bevorzugt d2 /(L/2) < 0,05.
  • Der horizontal auf der Fördereinrichtung 40 aufliegende Substratträger 102 kann eine Größe von mehr als 1 m2, insbesondere von mehr als 2 m2 , beispielsweise von wenigstens 2,25 m2 aufweisen. Die erste Substratträgeroberfläche 21 und die zweite Substratträgeroberfläche 22 können jeweils flach ausgebildet sein. Der Substratträger 102 kann zwischen der ersten Innenoberfläche 31 und der zweiten Innenoberfläche 32 der Kammer so positioniert werden, dass eine relative Differenz eines ersten Abstands d1 zwischen der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der ersten Innenoberfläche 31 und eines zweiten Abstands d2 zwischen der zweiten Substratträgeroberfläche 22 und der zweiten Innenoberfläche 32 weniger als 15%, bevorzugt weniger als 8%, beträgt, d.h. dass |d1-d2|/max(d1, d2) < 15%, und insbesondere dass |d1- d2|/max(d1, d2) < 8%. Durch die im Wesentlichen symmetrische Positionierung des Substratträgers 102 in der Kammer 30 ist die beim Fluten oder Evakuieren jeweils entstehende Gasströmung auf der Ober- und Unterseite des Substratträgers 102 gleich, so das Druckdifferenzen zwischen der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 vermieden werden.
  • Die Vakuumschleuse 30 weist eine Strömungskanalanordnung 51, 52, 56, 57 zum Evakuieren und Fluten der Kammer 30 auf. Die Strömungskanalanordnung kann einen ersten Kanal 51 aufweisen, über den die Kammer 30 sowohl geflutet als auch evakuiert werden kann. Der erste Kanal 51 kann an einer Stirnseite der Kammer 30 angeordnet sein, über die der Substratträger 102 in die Kammer 30 eingefahren oder aus der Kammer 30 ausgefahren wird. Der erste Kanal 51 kann sich quer zur Fahrtrichtung des Substratträgers 102 erstrecken. Bei einer anderen Ausgestaltung kann der erste Kanal 51 an einer Längsseite der Kammer 30 angeordnet sein und sich parallel zur Fahrtrichtung des Substratträgers 102 erstrecken.
  • Gegenüberliegend zu dem ersten Kanal 51 kann ein zweiter Kanal 56 angeordnet sein. Der zweite Kanal 56 kann sowohl ein Fluten als auch ein Evakuieren der Kammer 30 ermöglichen. Im Betrieb kann die Kammer 30 gleichzeitig sowohl über den ersten Kanal 51 als auch über den zweiten Kanal 56 evakuiert werden. Im Betrieb kann die Kammer 30 gleichzeitig sowohl über den ersten Kanal 51 als auch über den zweiten Kanal 56 geflutet werden. Durch das gleichzeitige Fluten oder Evakuieren an gegenüberliegenden Seiten der Kammer 30 wird das über den Substratträgers 102 jeweils strömende maximale Gasvolumen halbiert.
  • Der ersten Kanal 51 und der zweite Kanal 56 sind so angeordnet, dass beim Fluten und/oder Evakuieren der Substratträger 102 und die daran positionierten Substrate in einer Draufsicht nicht mit dem ersten Kanal 51 und dem zweiten Kanal 56 überlappen. Druckdifferenzen zwischen der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 können so vermieden werden. Der erste Kanal 51 und der zweite Kanal 56 sind vorteilhaft jeweils so bemessen, dass in vertikaler Richtung kein nennenswerter Druckgradient entsteht. Damit wird sichergestellt, dass auf der Ober- und Unterseite des Substratträgers 102 ein identisches Saugvermögen und Flutvermögen erzielt wird.
  • Zur Verringerung statischer Druckgradienten beim Evakuieren und Fluten der Kammer 30 können komplexere Strömungskanalanordnungen verwendet werden. Unterhalb des ersten Kanals 51 kann ein weiterer erster Kanal 52 angeordnet sein. Der weitere erste Kanal 52 kann über eine oder mehrere Überströmöffnungen 54 mit dem ersten Kanal 51 kommunizieren. Die Überströmöffnungen 54 können jeweils als Schlitze ausgebildet sein. Eine Fläche der einen oder mehreren Überströmöffnungen 54 kann in Draufsicht kleiner, insbesondere viel kleiner als eine Fläche des weiteren ersten Kanals 52 in einer horizontalen Schnittebene sein. Die Überströmöffnungen 54 zwischen dem ersten Kanal 51 und dem weiteren ersten Kanal 52 sind so angeordnet und dimensioniert, dass über die Längsrichtung des ersten Kanals 51 ein gleichmäßiges Überströmen des Gases zwischen dem ersten Kanal 51 und dem weiteren ersten Kanal 52 erfolgt. Der erste Kanal 51 kann somit als ein oberer Ausgleichskanal und der weitere erste Kanal 52 als ein unterer Ausgleichskanal dienen. Der erste Kanal 51 und der weitere erste Kanal 52 in Kombination können einen Druckausgleich dahingehend bewirken, dass entlang der Längsrichtung des ersten Kanals 51 keine signifikante Änderung des hydrostatischen Drucks beim Evakuieren oder Fluten auftritt und dass entlang der Höhe des ersten Kanals 51 keine signifikante Änderung des hydrostatischen Drucks beim Evakuieren oder Fluten auftritt.
  • Die Strömungskanalanordnung kann symmetrisch, insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene 90 der Kammer 30 ausgestaltet sein. Unterhalb des zweiten Kanals 56 kann ein weiterer zweiter Kanal 57 angeordnet sein. Der weitere zweite Kanal 57 kann über eine oder mehrere weitere Überströmöffnungen mit dem zweiten Kanal 56 kommunizieren. Die weiteren Überströmöffnungen können jeweils als Schlitze in einem Schlitzblech 58a ausgebildet sein. Ein (nicht dargestelltes) weiteres Prallblech zum Umlenken der Gasströmung kann die weiteren Überströmöffnungen wenigstens teilweise überdecken. Die weiteren Überströmöffnungen zwischen dem zweiten Kanal 56 und dem weiteren zweiten Kanal 57 sind so angeordnet und dimensioniert, dass über die Längsrichtung des zweiten Kanals 56 ein gleichmäßiges Überströmen des Gases zwischen dem zweiten Kanal 56 und dem weiteren zweiten Kanal 57 erfolgt. Der zweite Kanal 56 kann somit als ein oberer Ausgleichskanal und der weitere zweite Kanal 57 als ein unterer Ausgleichskanal dienen. Der zweite Kanal 56 und der weitere zweite Kanal 57 in Kombination können einen Druckausgleich dahingehend bewirken, dass entlang der Längsrichtung des zweiten Kanals 56 keine signifikanten Änderungen des hydrostatischen Drucks beim Evakuieren oder Fluten auftreten, und dass entlang der Höhe des zweiten Kanals 56 keine signifikanten Änderungen des hydrostatischen Drucks beim Evakuieren oder Fluten auftreten.
  • Wie in 10 dargestellt, können zur Vergleichmäßigung der Gasströmung zwischen dem ersten Kanal 51 und dem weiteren ersten Kanal 52 weitere Elemente vorgesehen sein. Die Überströmöffnungen 54 können in einem Schlitzblech 53a vorgesehen sein. Ein Prallblech 53b zum Umlenken der Gasströmung kann die Überströmöffnungen 54 wenigstens teilweise überdecken. Das Prallblech 53b kann integral mit dem Schlitzblech 53a ausgebildet sein oder kann als ein davon verschiedenes separates Teil vorgesehen sein. Das Prallblech 53b kann nicht-geschlitzt sein.
  • Öffnungen zur Verbindung mit einer Evakuierungseinrichtung zum Evakuieren der Kammer 30 oder mit einer Fluteinrichtung zum Fluten der Kammer 30 können an dem weiteren ersten Kanal 52 und dem weiteren zweiten Kanal 57 vorgesehen sein. Diese Öffnungen können zum Innern der Kammer 30 hin mit dem Schlitzblech 53a und/oder dem nicht-geschlitzten Prallblech 53b abgedeckt sein, so dass das einströmende Gas über die Überströmöffnungen 54 und nach Umlenkung am Prallblech 53b in die Kammer 30 eintritt und so insgesamt abgebremst wird. Das Abbremsen des Gases beim Fluten kann durch die Verwendung der Überströmöffnung 54 und/oder durch das Prallblech 53b erfolgen. Die Evakuierungseinrichtung kann eine Pumpe aufweisen. Die Fluteinrichtung kann eine Einströmöffnung für Gas aufweisen.
  • Die Kammer 30 und die Strömungskanalanordnung mit den Kanälen 51, 52, 56, 57 ist so ausgestaltet, dass die in der Kammer 30 auftretenden Gasströmungen niemals senkrecht zu den auf dem Substratträger 102 positionierten Substraten gerichtet sind.
  • Die Vakuumschleuse 10 kann konfiguriert sein, um die Kammer 30 zweistufig abzupumpen. Dazu kann die Vakuumschleuse 10 ein erstes Pumpventil 71 und ein zweites Pumpventil 72 aufweisen. Das erste Pumpventil 71 und das zweite Pumpventil 72 können unterschiedlich dimensioniert sein und können von einer (nicht dargestellten) Steuerung so angesteuert werden, dass beim Evakuieren sequentiell das erste Pumpventil 71 und das zweite Pumpventil 72 geöffnet werden, um unterschiedliche Druckveränderungsraten in der Kammer 30 zu erzeugen. Das erste Pumpventil 71 und das zweite Pumpventil 72 können beide mit dem weiteren ersten Kanal 52 kommunizieren. Das erste Pumpventil 71 kann mit einem ersten Pumpstutzen 61 kommunizieren, der benachbart dem weiteren ersten Kanal 52 an der Kammer 30 angeordnet ist. Das zweite Pumpventil 72 kann mit einem zweiten Pumpstutzen 62 kommunizieren, der benachbart dem weiteren ersten Kanal 52 an der Kammer 30 angeordnet ist.
  • Wenn die Kammer 30 über zwei gegenüberliegende Seiten abgepumpt wird, kann eine entsprechende Anordnung mit einem weiteren ersten Pumpventil 76, einem weiteren ersten Pumpstutzen 66, einem weiteren zweiten Pumpventil 77 und einem weiteren zweiten Pumpstutzen 67 an der gegenüberliegenden Seite der Kammer 30 vorgesehen sein. Die Steuerung kann die Pumpventile 71, 72 und die weiteren Pumpventile 76, 77 so ansteuern, dass beim Evakuieren während eines ersten Zeitintervalls gleichzeitig das zweite Pumpventil 72 und das weitere zweite Pumpventil 77 geöffnet sind, während das erste Pumpventil 71 und das weitere erste Pumpventil 76 geschlossen sind. Die zweiten Ventile 72, 77 können kleiner dimensioniert sein als die ersten Ventile 71,76, so dass ein sanfteres Anpumpen realisiert werden kann. Die Steuerung kann die Pumpventile 71, 72, 76, 77 so ansteuern, dass beim Evakuieren während eines zweiten Zeitintervalls gleichzeitig das erste Pumpventil 71 und das weitere erste Pumpventil 76 geöffnet sind, während das zweite Pumpventil 72 und das weitere zweite Pumpventil 77 ebenfalls geöffnet oder geschlossen sind.
  • Das erste Pumpventil 71 und das weitere erste Pumpventil 76 können eine identische Ausgestaltung aufweisen. Das zweite Pumpventil 72 und das weitere zweite Pumpventil 77 können eine identische Ausgestaltung aufweisen. Bevorzugt wird nur eine Pumpeinrichtung verwendet, von der die Schleuse über gegenüberliegende Seiten der Kammer 30 evakuiert wird. Die Verbindungen zwischen der Pumpeinrichtung und den ersten Pumpventilen 71, 76 und den zweiten Pumpventilen 72, 77 können symmetrisch sein, um eine gleiche Pumpleistung auf beiden Seiten der Kammer 30 zu bewerkstelligen. Die Seiten können dabei die Stirnseiten oder Längsseiten der Kammer 30 sein.
  • Die Pumpventile können über Pumpleitungen 63a, 63b, 68a, 68b und eine Verzweigung mit wenigstens einer Pumpe verbunden sein. Die Pumpe, das erste Pumpventil 71 und das weitere erste Pumpventil 76 können konfiguriert sein, während des zweiten Zeitintervalls beim Evakuieren den Druck im Inneren der Kammer mit einer Rate von wenigstens 100 hPa/s, bevorzugt wenigstens 300 hPa/s, weiter bevorzugt von 300 hPa/s bis 500 hPa/s zu verringern.
  • Die Vakuumschleuse 10 kann konfiguriert sein, um die Kammer 30 zweistufig zu fluten. Dazu kann die Vakuumschleuse 10 ein erstes Flutventil 73 und ein zweites Flutventil 74 aufweisen. Das erste Flutventil 73 und das zweite Flutventil 74 können unterschiedlich dimensioniert sein und können von der Steuerung so angesteuert werden, dass beim Fluten sequentiell das erste Flutventil 73 und das zweite Flutventil 74 geöffnet werden, um unterschiedliche zeitliche Druckänderungen in der Kammer 30 zu erzeugen. Das erste Flutventil 73 und das zweite Flutventil 74 können beide über eine Flutleitung 64 mit dem weiteren ersten Kanal 52 kommunizieren. Das erste Flutventil 73 und das zweite Flutventil 74 können beide über eine weitere Flutleitung 69 mit dem weiteren zweiten Kanal 57 kommunizieren. Die Steuerung kann die Flutventile 73, 74 so ansteuern, dass beim Fluten während eines ersten Zeitintervalls das erste Flutventil 73 geöffnet ist, während das zweite Flutventil 74 geschlossen ist. Die Steuerung kann die Flutventile 73, 74 so ansteuern, dass beim Fluten während eines zweiten Zeitintervalls das zweite Flutventil 74 geöffnet ist, während das erste Flutventil 73 geschlossen ist. In einer alternativen Ausführung können, beim Fluten während eines zweiten Zeitintervalls, das erste Flutventil 73 und das zweite Flutventil beide geöffnet werden.
  • Bevorzugt wird nur eine Fluteinrichtung verwendet, um die Kammer 30 über zwei Seiten zu fluten. Die Verbindung zwischen dem ersten Flutventil 73 und dem weiteren ersten Kanal 52 und die Verbindung zwischen dem ersten Flutventil 73 und dem weiteren zweiten Kanal 57 können symmetrisch sein, um die Kammer 30 von beiden Seiten der Kammer 30 mit dem gleichen Volumenstrom zu fluten. Die Verbindung zwischen dem zweiten Flutventil 74 und dem weiteren ersten Kanal 52 und die Verbindung zwischen dem zweiten Flutventil 74 und dem weiteren zweiten Kanal 57 können symmetrisch sein, um die Kammer 30 von beiden Seiten der Kammer 30 mit dem gleichen Volumenstrom zu fluten. Die Seiten können dabei die Stirnseiten oder Längsseiten der Kammer 30 sein.
  • 11 zeigt einen pneumatischen Schaltplan der Vakuumschleuse 30. Unterschiedlich dimensionierte erste Pumpventile 71, 76 und zweite Pumpventile 72, 77 sowie unterschiedlich dimensionierte erste und zweite Flutventile 73, 74 ermöglichen ein zweistufiges Abpumpen und ein zweistufiges Fluten der Kammer. Dabei kann Gas beim Fluten symmetrisch an den gegenüberliegenden Seiten der Kammer einströmen und beim Evakuieren symmetrisch an den gegenüberliegenden Seiten der Kammer abgesaugt werden.
  • Das System kann im Hinblick auf seine fluiddynamischen Eigenschaften symmetrisch ausgestaltet sein. Dazu können die Verbindungsleitungen zwischen dem ersten Flutventil 73 und den gegenüberliegenden Seiten der Kammer 30 identische Längen und identische Durchmesser aufweisen und symmetrisch angeordnet sein. Die Verbindungsleitungen zwischen dem zweiten Flutventil 74 und den gegenüberliegenden Seiten der Kammer 30 können identische Längen und identisch Durchmesser aufweisen und können symmetrisch angeordnet sein.
  • Alternativ oder zusätzlich können die Verbindungsleitungen zwischen der Pumpe und den Pumpventilen 71, 72 identische Längen und identische Durchmesser aufweisen wie die Verbindungsleitungen zwischen der Pumpe und den weiteren Pumpventilen 76, 77. Die Verbindungsleitungen zwischen den Pumpventilen 71, 72 und einer ersten Seite der Schleusenkammer können identische Längen und identische Durchmesser aufweisen wie die Verbindungsleitungen zwischen den Pumpventilen 76, 77 und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Kammer 30.
  • Bei den Seiten der Kammer 30 kann es sich dabei jeweils um die Längsseiten oder die Stirnseiten der Kammer 30 handeln.
  • 12 und 13 veranschaulichen die Funktionsweise der Vakuumschleuse 10. 12 zeigt ein Geschwindigkeitsfeld 81, 82 einer Gasströmung an der ersten Substratträgeroberfläche 21 beim Evakuieren der Kammer 30. 13 zeigt ein Geschwindigkeitsfeld 83, 84 der Gasströmung an der zweiten Substratträgeroberfläche 22 beim Evakuieren der Kammer 30. Da Gas an entgegengesetzten Seiten über den ersten Kanal 51 und den zweiten Kanal 56 abgesaugt wird, wird ein zur Mittelebene 90 der Kammer 30 im Wesentlichen spiegelsymmetrisches Geschwindigkeitsfeld erzeugt. Für jeden Punkt auf der ersten Substratträgeroberfläche 21 ist die Geschwindigkeit 81, 82 der Gasströmung dabei in Betrag und Richtung gleich der Geschwindigkeit 83, 84 der Gasströmung an dem entsprechenden, gegenüberliegenden Punkt der zweiten Substratträgeroberfläche 22. Statische Druckunterschiede werden reduziert oder weitgehend eliminiert.
  • Die Ausgestaltung der Strömungskanalanordnung führt zu einem Geschwindigkeitsfeld, das entlang einer Längsrichtung 50 des ersten Kanals 51 homogen ist, so dass keine Druckgradienten parallel zur Längsrichtung 50 des ersten Kanals 51 an der ersten Substratträgeroberfläche 21 und der zweiten Substratträgeroberfläche 22 bestehen. Unerwünschte Querströmungen, die zu einer Verschiebung der Substrate an oder in dem Substratträger 102 führen können, können so vermieden werden.
  • Durch die Vakuumschleuse 10 wird das Risiko einer unerwünschten Verschiebung von Substraten relativ zum Substratträger 102 und einer Beschädigung der Substrate verringert. Beispielsweise kann ein mit 64 Substraten belegter Substratträger 102 in die Schleuse eingefahren werden, die danach rasch abgepumpt oder geflutet werden kann. Die Größe des Substratträgers 102 kann mehr als 2 m2 betragen. Substrate, die Si-Wafer sein können, können eine Dicke größer als 100 µm, bevorzugt zwischen 120 und 500 µm aufweisen. Bei einer Dicke von 120 µm entspricht dies einem Gewicht von ca. 10 g pro Wafer. Bei einer Waferfläche von 15,6 × 15,6 cm2 = 243 cm2 beträgt die Flächenmasse 10 g / 243 cm2 = 0,041 g/cm2. Somit reicht ein Überdruck von 4,1 Pa an der Unterseite des Wafers, um diesen Wafer bei einer Lagerung senkrecht zum Erdschwerefeld im Substratträger 102 anzuheben. Weiterhin darf an der ersten Substratträgeroberfläche 21 kein Überdruck entstehen, da ansonsten durch die entstehende Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Wafer durch die Druckkraft zerstört werden könnte. Um dieses zu verhindern, wird durch die erfindungsgemäße Vakuumschleuse sichergestellt, dass die Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Substratträgeroberfläche 21, 22 kleiner als 10 Pa, bevorzugt kleiner als 5 Pa, weiter bevorzugt kleiner als 4 Pa bleibt. Experimente bestätigen, dass bei einer Vakuumschleuse mit einem Volumen von 3501 Flutzeiten von 5 s erreichbar sind. Dabei wurde in der Anfangsphase des Flutens ein Druckgradient von 350 hPa/s erreicht, was einem Volumenstrom von 120 l/s entspricht. Bei Annäherung des Druckes an den äußeren Atmosphärendruck kann der Gradient auf 100 hPa/s abflachen. Unter diesen Umständen, bei denen eine hohe zeitliche Druckänderungsrate auftritt, trat in der Vakuumschleuse 10 keine Bewegung der in den Substratträger 102 eingelegten Wafer auf.
  • Die Durchlaufanlage 100 mit der Vakuumschleuse 10, die als Einlassschleuse 110 und/oder als Auslassschleuse 150 verwendet werden kann, erlaubt die effiziente Abscheidung von Schichten oder Schichtsystemen hoher Güte. In Kombination mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidung können besonders effizient Schichtsystem hoher Güte abgeschieden werden.
  • 14 zeigt eine dynamische Abscheiderate einer SiNx:H-Antireflexionsschicht auf einem monokristallinen Siliziumwafer als Funktion des Gesamtgasflusses von SiH4 und NH3 in der Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel für unterschiedliche Drücke der Prozessgase. Eine dynamische Abscheiderate von >20nm m/min, bevorzugt >30nm m/min, besonders bevorzugt >40 nm m/min und insbesondere bevorzugt 50 bis 80 nm m/min kann erreicht werden.
  • 15 zeigt eine mittlere Abscheiderate einer SiNx:H-Antireflexionsschicht auf einem monokristallinen Siliziumwafer in der Durchlaufanlage nach einem Ausführungsbeispiel als Funktion des Drucks für unterschiedliche Gasflussraten. Eine mittlere Abscheiderate >4 nm/s, bevorzugt >5 nm/s und besonders bevorzugt >6 nm/s kann erreicht werden.
  • Die Durchlaufanlage kann zur Abscheidung von Siliziumnitrid konfiguriert sein. Die Durchlaufanlage kann wenigstens ein Prozessmodul zur Abscheidung von Siliziumnitrid aufweisen.
  • Die Abscheidung von Siliziumnitrid kann mit einer dynamischen Abscheiderate >20nm m/min, bevorzugt >30nm m/min, besonders bevorzugt >40 nm m/min und insbesondere bevorzugt 50 bis 80 nm m/min erfolgen.
  • Die Abscheidung von Siliziumnitrid kann mit einer mittleren Abscheiderate >4 nm/s, bevorzugt >5 nm/s und besonders bevorzugt >6 nm/s erfolgen.
  • Die Abscheiderate von Siliziumnitrid kann durch die Gasströmungsrate von SiH4 und NH3 variiert und kontrolliert werden, wie in 14 dargestellt ist.
  • Die Abscheiderate von Siliziumnitrid kann alternativ oder zusätzlich auch durch die RF-Leistung gezielt beeinflusst werden.
  • Die Ausdehnung der durch eine Plasmaquelle abgeschiedenen Siliziumnitrid-Beschichtung parallel zur Transportrichtung kann <50cm, bevorzugt <25 cm, besonders bevorzugt <20 cm und insbesondere bevorzugt 5 bis 20 cm betragen. Die Ausdehnung der Beschichtung parallel zur Transportrichtung kann durch die Öffnung der Plasmaquelle, insbesondere die Lage der Öffnung(en) der Gasverteiler, und/oder eine Blende senkrecht zur Transportrichtung zwischen der Plasmaquelle und dem Substratträger bestimmt werden.
  • Bei der Abscheidung von Siliziumnitrid kann die Gesamtgasflussrate pro Plasmaquelle für SiH4 und NH3 im Bereich von 0,5 bis 10 slm (Standard Litern pro Minute), bevorzugt im Bereich von 3 bis 8 slm liegen.
  • Eine Abscheidung von SiNx:H-Schichten kann in einem Druckbereich von >1 Pa und <100Pa, bevorzugt zwischen 1 Pa bis 60 Pa im Prozessraum erfolgen. Der Druck in anderen Bereichen der Prozesskammer kann abhängig von der Anbindung der Vakuummessröhren um einen Faktor 0,1-10 abweichen. Bei gegebener Saugleistung der Vakuumerzeugungsvorrichtung kann der Druck im Prozessbereich durch Veränderung des Leitwerts (z.B. Blenden, Drosseln) variiert werden.
  • Eine Massendichte der SiNx:H-Schichten kann durch Prozessparameter wie die Substrattemperatur und die RF-Leistung gesteuert oder geregelt werden. Die Massendichte kann bevorzugt im Bereich von 2,4 bis 2,9 g/cm3 liegen.
  • Ein Wasserstoffanteil kann durch eine Einstellung von Prozessparametern wie RF-Leistung, Substrattemperatur und Gaszusammensetzung eingestellt werden. Die abgeschiedenen SiNx:H-Schichten können einen H-Anteil von >5%, bevorzugt >8% besonders bevorzugt 8% bis 20% aufweisen.
  • Der Brechungsindex der Siliziumnitridschicht kann durch die Gasströmungsrate, insbesondere durch das Verhältnis von SiH4 und NH3, variiert und kontrolliert werden. Es können SiNx:H-Schichten mit einem Brechungsindex von 1,9 bis 2,4 abgeschieden werden
  • Eine fouriertransformierte Infrarotspektroskopie (FTIR) kann zur Bestimmung der Bindungen und Bindungsdichten in den Siliziumnitridschichten verwendet werden. Ein typisches Absorptionsspektrum ist in 16 dargestellt. Im Bereich um die Wellenzahl 600-1300 cm-1 ist die Absorption der [Si-N]-Bindungen ersichtlich. Bei Wellenzahl 2050-2300 cm-1 sind die [Si-H]- und bei Wellenzahlen 3200-3400 cm-1 die [N-H]- Bindungen zu erkennen.
  • Für die Herstellung von SiNx:H-Schichten mit zufriedenstellender Qualität und zufriedenstellender Lebensdauer wird folgende bevorzugte chemische Zusammensetzung in Bezug auf die Bindungen und die Bindungsdichten bevorzugt: [N-H] 3350 cm-1, [Si-H] 2170-2180 cm-1 mit Bindungsdichten >5×1021 1/cm3, bevorzugt 8-10 ×1021 1/cm3 und [Si-N] 830-840 cm-1 mit Bindungsdichten >100 × 1021 1/cm3, bevorzugt >110 × 1021 1/cm3, insbesondere bevorzugt >120 × 1021 1/cm3.
  • Die Substrattemperatur für die Abscheidung von SiNx:H-Schichten mit zufriedenstellender Qualität und zufriedenstellender Lebensdauer kann unter 600°C, bevorzugt unter 500°C und besonders bevorzugt im Bereich von 300 bis 480°C liegen.
  • Mehrschichtsystem aus SiNx:H mit unterschiedlichen Funktionen der Teilschichten, z.B. zur Passivierung und als Antireflexionsbeschichtung, lassen sich durch Variation der Prozessparameter an der einzelnen Plasmaquellen erzielen.
  • Die Durchlaufanlage und das Verfahren nach Ausführungsbeispielen erlauben die Abscheidung einer a-SiNx:H-Schicht als Antireflexionsbeschichtung, beispielsweise durch ein Verfahren zur plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung unter Verwendung einer induktiv gekoppelten Plasmaquelle (ICP-PECVD-Verfahren). Mit einem ICP-PECVD-Verfahren können die gewünschten dynamischen Abscheideraten erreicht werden.
  • Dabei kann eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle (ICP) verwendet werden, die von einem Radiofrequenz (RF)-Generator, beispielsweise bei einer Anregungsfrequenz im Bereich von 13 MHz bis 100 MHz angeregt wird. Die ICP-Quelle dient zur Erzeugung eines Plasmas auf einer Länge >1000 mm, bevorzugt >1500 mm, besonders bevorzugt >1700 mm. Die RF-Generatoren können eine Leistung >4 kW, bevorzugt >6 KW, besonders bevorzugt 7 bis 30 kW und insbesondere bevorzugt 8 bis 16 kW aufweisen. Der RF-Generator kann gepulst betrieben werden.
  • Amorphe SiNx:H-Filme können unter Verwendung von NH3 als Reaktionsgas und SH4 als Precursor abgeschieden werden.
  • Das NH3 kann direkt in die Plasmakammer geführt werden, um einen Plasmastrahl mit niedriger Energie (<20 eV) zu erzeugen. Das SiH4 kann nahe dem Substrat in den Prozess eingeführt werden, um mit den NHx-Plasmaradikalen den a- SiNx:H-Film zu bilden. Die Substrate können beispielsweise durch Infrarotstrahlung auf Temperaturen von 300°C bis 480°C, beispielsweise von 300°C bis 400°C geheizt werden.
  • Ein Parameter, durch den die Abscheiderate gesteuert oder geregelt werden kann, ist der Gesamtgasfluss, wie aus 14 und 15 deutlich wird. Durch eine Veränderung der Gaszusammensetzung und Substrattemperatur können die Eigenschaften des abgeschiedenen Films (optische Eigenschaften und Massendichte) für unterschiedliche Gesamtgasflüsse im Wesentlichen konstant gehalten werden. Eine mittlere Abscheiderate >4 nm/s, bevorzugt >5 nm/s und besonders bevorzugt >6 nm/s kann erreicht werden.
  • Die Massendichte ist ein wichtiger Parameter des abgeschiedenen Films, der die Passivierungseigenschaften von a- SiNx:H unmittelbar beeinflusst. Die Massendichte kann insbesondere durch die Substrattemperatur und RF-Leistung beeinflusst werden. Durch Einstellung dieser beiden Parameter und der Gaszusammensetzung (NH3 / SiH4) kann die Massendichte von 2.5 g/cm3 bis 2.9 g/cm3 eingestellt werden, ohne die optischen Eigenschaften des abgeschiedenen Films wesentlich zu beeinflussen.
  • Der gesamte Wasserstoffanteil hängt mit der Massendichte zusammen und kann ähnlich wie die Massendichte gesteuert oder geregelt werden. Der Wasserstoffanteil kann durch FTIR bestimmt werden.
  • Unter Verwendung eines weiteren, sauerstoffhaltigen Prozessgases können auch Suboxide oder Oxide, wie z.B. SiNxOy:H, a-SixOy:H (i, n, p) und dergleichen abgeschieden werden, die als Passivier-, Dotier-, Tunnel- und /oder Antireflexionsbeschichtungen auf Halbleitersubstraten verwendet werden können
  • Mit der Durchlaufanlage und dem Verfahren nach Ausführungsbeispielen können reproduzierbare Dicken von a- SiNx:H-Schichten auf Siliziumzellen erreicht werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zur Abscheidung von Siliziumnitrid kann die Durchlaufanlage zur Abscheidung von Aluminiumoxid konfiguriert sein. Die Durchlaufanlage kann wenigstens ein Prozessmodul zur Abscheidung von Aluminiumoxid aufweisen.
  • Die Abscheidung von Aluminiumoxid kann mit einer dynamischen Abscheiderate pro Plasmaquelle >5 nm m/min, bevorzugt >8 nm m/min, besonders bevorzugt >10 nm m/min und insbesondere bevorzugt 10 bis 20nm m/min erfolgen.
  • Die Abscheidung von Aluminiumoxid kann mit einer mittleren Abscheiderate >0,5 nm/s, bevorzugt >1,0 nm/s und besonders bevorzugt >1,4nm/s erfolgen.
  • Die Abscheiderate von Aluminiumoxid kann durch die Gasströmungsrate von einem aluminiumhaltigen Precursor, z.B. (CH3)3Al, und einem sauerstoffhaltigem Reaktivgas, z.B. N2O, variiert und kontrolliert werden. Die Abscheiderate von Aluminiumoxid kann auch durch die RF-Leistung gezielt beeinflusst werden.
  • Die Ausdehnung der durch eine Plasmaquelle abgeschiedenen Aluminiumoxid-Beschichtung in Transportrichtung kann <50cm, bevorzugt <25 cm, besonders bevorzugt <20 cm und insbesondere bevorzugt 5 bis 20 cm sein. Die Ausdehnung der Beschichtung parallel zur Transportrichtung kann durch die Öffnung der Plasmaquelle, insbesondere die Lage der Öffnung(en) der Gasverteiler, und/oder die Breite einer Blende senkrecht zur Transportrichtung zwischen der Plasmaquelle und dem Substratträger bestimmt werden.
  • Bei der Abscheidung von Aluminiumoxid kann eine Gesamtgasflussrate pro Plasmaquelle für (CH3)3Al und N2O im Bereich von 0,5 bis 10 slm (Standard Litern pro Minute), bevorzugt im Bereich von 3 bis 8 slm liegen.
  • Der Brechungsindex der Aluminiumoxidschicht kann durch die Gasströmungsrate, insbesondere durch das Verhältnis von (CH3)3Al und N2O, variiert und kontrolliert werden.
  • Es können AlOx:H Schichten mit einem Brechungsindex > 1,57 abgeschieden werden. Weitere Schichteigenschaften der Aluminiumoxidschicht können sein:
    • Schichtdicke: 4 - 30 nm, bevorzugt 4 - 20 nm, weiter bevorzugt 4 - 15 nm Defektzustandsdichte: Dit < 2 × 1011 cm-2 eV-1
    • negative feste Ladungen an der Grenzfläche („negative fixed charge density“): Q tof ,f = − 4 × 10 12 cm − 1
      Figure DE102018004086A1_0001
    • Rekombinationsgeschwindigkeiten: Srear <10 cm-1
  • Die Substrattemperatur für die Abscheidung von AlOx:H-Schichten mit zufriedenstellender Qualität und zufriedenstellender Lebensdauer kann unter 600°C, bevorzugt unter 500°C und besonders bevorzugt im Bereich von 200 bis 400°C liegen.
  • 17 zeigt das Reflexionsspektrum 211 für eine einzelne SiNx:H-Antireflexionsschicht und das Reflexionsspektrum 212 für eine SiN/SiNO-Doppelschicht, die jeweils durch ICP-PECVD mit einem erfindungsgemäßen Verfahren abgeschieden wurden. Numerisch simulierte Daten sind mit gestrichelten Linien dargestellt.
  • Während Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben wurden, können zusätzliche und alternative Merkmale bei weiteren Ausführungsbeispielen eingesetzt werden. Beispielsweise ist es nicht unbedingt erforderlich, dass wenigstens ein Prozessmodul eine Plasmaquelle aufweist. Dabei können planare Magnetrons und Rohrmagnetrons sowie induktiv und/oder kapazitiv gekoppelte oder durch Mikrowellen angeregte Plasmaquellen für unterschiedliche Beschichtungsverfahren wie PVD (physikalische Gasphasenabscheidung) oder PECVD (plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung) oder andere Plasmaprozesse (z.B. Aktivieren, Ätzen, Reinigen, Implantieren) eingesetzt werden. Ein Schichtsystem aus Einzelschichten kann ohne Vakuumunterbrechung abgeschieden werden, ähnlich wie unter Bezugnahme auf 5 und 6 erläutert.
  • Die Durchlaufanlage und das Verfahren können nicht nur zur Herstellung von PERX- oder anderen Siliziumzellen mittels PECVD, zur Aufbringung einer Antireflexionsbeschichtung oder Passivierungsschicht oder zur Durchführung einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), sondern auch zur Aufbringung transparenter, leitfähiger Beschichtungen wie TCO, ITO, AZO, etc., zur Aufbringung von Kontaktierungsschichten, zur Aufbringung vollflächiger Metallbeschichtungen (beispielsweise Ag, Al, Cu, NiV) oder zur Aufbringung von Barriereschichten verwendet werden, ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Die Durchlaufanlage kann als Plattform für verschiedene Vorbehandlungs- und Beschichtungsprozesse ausgestaltet sein, so dass grundlegende konstruktive Elemente wie die Vakuumschleuse, die Transportvorrichtung, die Ausgestaltung der Kammern, der Steuerung und der Automatisierung universell verwendbar sind, während die Art der Plasmaquellen und Vakuumpumpen der spezifischen Anwendung (z.B. Magnetron-Sputtern oder plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD)) entsprechend angepasst werden.
  • Die folgende Liste von Aspekten definiert weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung:
    • Aspekt 1: Durchlaufanlage zur Beschichtung von Substraten, aufweisend:
      • ein Prozessmodul oder mehrere Prozessmodule; und
      • eine Vakuumschleuse zum Einschleusen der Substrate oder zum Ausschleusen der Substrate, wobei die Vakuumschleuse eine Kammer zur Aufnahme eines Substratträgers mit mehreren Substraten aufweist.
    • Aspekt 2: Durchlaufanlage nach Aspekt 1, wobei die Vakuumschleuse ferner eine Strömungskanalanordnung zum Evakuieren und Fluten der Kammer aufweist, wobei die Strömungskanalanordnung einen ersten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer und einen zweiten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer aufweist, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal an entgegengesetzten Seiten der Kammer angeordnet sind.
    • Aspekt 3: Durchlaufanlage nach Aspekt 1 oder Aspekt 2, wobei wenigstens ein Prozessmodul eine Plasmaquelle, eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen mehrerer Prozessgase über getrennte Gasverteiler und wenigstens eine Gasabsaugeinrichtung zum Absaugen der Prozessgase aufweist.
    • Aspekt 4: Durchlaufanlage nach Aspekt 3 wobei das wenigstens eine Prozessmodul mit der Plasmaquelle eine erste Gasabsaugeinrichtung, deren Absaugöffnung entlang einer Förderrichtung der Substrate stromaufwärts der Plasmaquelle angeordnet ist, und eine zweite Gasabsaugeinrichtung aufweist, deren Absaugöffnung entlang der Förderrichtung stromabwärts der Plasmaquelle angeordnet ist.
    • Aspekt 5: Durchlaufanlage nach Aspekt 3 oder Aspekt 4, wobei die Plasmaquelle und die Gaszuführeinrichtung in einem Anlagenbauteil kombiniert sind, das als Modul von der Durchlaufanlage demontierbar ist.
    • Aspekt 6: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, ferner aufweisend:
      • eine Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Transportieren eines Zugs von Substratträgern durch wenigstens einen Abschnitt der Durchlaufanlage, und
      • ein Überführungsmodul zum Überführen des Substratträgers zwischen der Vakuumschleuse und der Transporteinrichtung, wobei das Überführungsmodul zwischen der Vakuumschleuse und dem Prozessmodul oder den Prozessmodulen angeordnet ist.
    • Aspekt 7: Durchlaufanlage nach Aspekt 6, wobei das Überführungsmodul eine Heizeinrichtung mit Temperaturregelung aufweist, wobei optional die Heizeinrichtung konfiguriert ist, die Substrate von beiden Seiten zu heizen.
    • Aspekt 8: Durchlaufanlage nach Aspekt 6 oder Aspekt 7, wobei die Vakuumschleuse eine Vakuumschleuse zum Einschleusen der Substrate ist und die Durchlaufanlage ferner eine zweite Vakuumschleuse zum Ausschleusen der Substrate aufweist, wobei die zweite Vakuumschleuse aufweist:
      • eine zweite Kammer zur Aufnahme des Substratträgers und
      • eine zweite Strömungskanalanordnung zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer, wobei die zweite Strömungskanalanordnung einen dritten Kanal zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer und einen vierten Kanal zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer aufweist, wobei der dritte Kanal und der vierte Kanal an entgegengesetzten Seiten der zweiten Kammer angeordnet sind.
    • Aspekt 9: Durchlaufanlage nach Aspekt 8, wobei die Durchlaufanlage ferner aufweist:
      • ein zweites Überführungsmodul zum Überführen des Substratträgers von der Transporteinrichtung zu der diskontinuierlich arbeitenden zweiten Vakuumschleuse.
    • Aspekt 10: Durchlaufanlage nach Aspekt 8 oder Aspekt 9, wobei die Durchlaufanlage konfiguriert ist, die Substrate zwischen der ersten Vakuumschleuse und der zweiten Vakuumschleuse ohne Unterbrechung eines Vakuums durch die Durchlaufanlage zu transportieren.
    • Aspekt 11: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Durchlaufanlage mehrere Prozessmodule und wenigstens eine zwischen zwei Prozessmodulen angeordnete Transferkammer aufweist.
    • Aspekt 12: Durchlaufanlage nach Aspekt 11, wobei die Transferkammer zum Überführen der Substrate zwischen den zwei Prozessmodulen konfiguriert ist.
    • Aspekt 13: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Durchlaufanlage konfiguriert ist, ein stickstoffhaltiges erstes Prozessgas und ein siliziumhaltiges zweites Prozessgas in ein Prozessmodul mit einer Plasmaquelle über separate Gasverteiler zuzuführen.
    • Aspekt 14: Durchlaufanlage nach Aspekt 13, wobei die Durchlaufanlage konfiguriert ist, ein sauerstoffhaltiges drittes Prozessgas und ein aluminiumhaltiges viertes Prozessgas in ein weiteres Prozessmodul mit einer weiteren Plasmaquelle zuzuführen.
    • Aspekt 14: Durchlaufanlage nach Aspekt 13 oder Aspekt 14, wobei die Durchlaufanlage eine Durchlaufanlage zur Herstellung von Solarzellen ist, insbesondere zur Herstellung einer der folgenden Solarzellen ist: PERC („Passivated Emitter Rear Cell“)-Zelle; PERT (Passivated Emitter and Rear Cell with Totally Diffused Back Surface Field)-Zelle; PERL (Passivated Emitter and Rear Cell with Locally Diffused Back Surface Field)-Zelle; Heterojunction-Solarzelle; Solarzelle mit passivierten Kontakten.
    • Aspekt 16: Durchlaufanlage nach Aspekt 13, wobei die Durchlaufanlage eine Durchlaufanlage zum Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung ist.
    • Aspekt 17: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Durchlaufanlage eine Durchlaufanlage zum Beschichten kristalliner Siliziumwafer ist.
    • Aspekt 18: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Vakuumschleuse derart konfiguriert ist, dass ein Druckunterschied zwischen Substratträgeroberflächen des Substratträgers maximal 10 Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4Pa beträgt, wenn bei einem Abpumpvorgang oder Flutvorgang der Kammer eine Druckänderungsrate 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
    • Aspekt 19: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, die zur Bearbeitung von wenigstens 4000 Substraten pro Stunde, bevorzugt von wenigstens 5000 Substraten pro Stunde konfiguriert ist.
    • Aspekt 20: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei eine Zykluszeit der Durchlaufanlage weniger als 60 s, bevorzugt weniger als 50 s, weiter bevorzugt weniger als 45 s beträgt.
    • Aspekt 21: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei eine mittlere Transportgeschwindigkeit in der Durchlaufanlage wenigstens 26 mm/s, bevorzugt wenigstens 30 mm/s, weiter bevorzugt wenigstens 33 mm/s beträgt.
    • Aspekt 22: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei eine Arbeitsdauer zum Abpumpen der Vakuumschleuse weniger als 25 s, bevorzugt weniger als 20 s, weiter bevorzugt weniger als 18 s beträgt.
    • Aspekt 23: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Kammer der Vakuumschleuse ein Kammeroberteil und einem Kammerunterteil und eine erste und eine zweite Innenoberfläche aufweist.
    • Aspekt 24: Durchlaufanlage nach Aspekt 23 in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei die Strömungskanalanordnung konfiguriert ist, eine Gasströmung sowohl in einem ersten Bereich zwischen der ersten Innenoberfläche und einer der ersten Innenoberfläche gegenüberliegenden ersten Substratträgeroberfläche als auch in einem zweiten Bereich zwischen der zweiten Innenoberfläche und einer der zweiten Innenoberfläche gegenüberliegenden zweiten Substratträgeroberfläche hervorzurufen.
    • Aspekt 25: Durchlaufanlage nach Aspekt 24, wobei ein Verhältnis eines ersten Abstands d1 zwischen der ersten Innenoberfläche und der ersten Substratträgeroberfläche zu einer Länge L des Substratträgers kleiner als 0,1, bevorzugt kleiner als 0,05, weiter bevorzugt kleiner als 0,025 ist.
    • Aspekt 26: Durchlaufanlage nach Aspekt 24 oder Aspekt 25, wobei ein Verhältnis eines zweitens Abstands d2 zwischen der zweiten Innenoberfläche und der zweiten Substratträgeroberfläche zu einer Länge L des Substratträgers kleiner als 0,1, bevorzugt kleiner als 0,05, weiter bevorzugt kleiner als 0,025 ist.
    • Aspekt 27: Durchlaufanlage nach einem der Aspekte 23 bis 26, wobei die Vakuumschleuse so konfiguriert ist, dass ein Verhältnis eines ersten Strömungswiderstands zwischen dem Substratträger und der ersten Innenoberfläche zu einem zweiten Strömungswiderstand zwischen dem Substratträger und der zweiten Innenoberfläche zwischen 0,95 und 1,05, bevorzugt zwischen 0,97 und 1,03, liegt.
    • Aspekt 28: Durchlaufanlage nach einem der Aspekte 23 bis 27, wobei ein Druckunterschied zwischen der ersten Substratträgeroberfläche und der zweiten Substratträgeroberfläche maximal 10Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4 Pa beträgt, wenn bei einem Evakuieren oder Fluten der Kammer eine Druckänderungsrate in der Kammer 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
    • Aspekt 29: Durchlaufanlage nach einem der Aspekte 23 bis 28, wobei der Substratträger so zwischen der ersten und der zweiten Innenoberfläche positioniert wird, dass | d 1 − d 2 | / max ( d 1 , d 2 ) < 15 % , bevorzugt | d 1 − d 2 | / max ( d 1 , d 2 ) < 8 % ,
      Figure DE102018004086A1_0002
      wobei d1 ein erster Abstand zwischen der ersten Substratträgeroberfläche und der ersten Innenoberfläche ist und d2 ein zweiter Abstand zwischen der zweiten Substratträgeroberfläche und der zweiten Innenoberfläche ist.
    • Aspekt 30: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei die Strömungskanalanordnung konfiguriert ist, beim Fluten und/oder Evakuieren der Kammer eine senkrecht zu einer Längsrichtung des ersten Kanals gerichtete Gasströmung an wenigstens einem Bereich einer ersten Substratträgeroberfläche und wenigstens einem Bereich einer zweiten Substratträgeroberfläche zu erzeugen und Querströmungen parallel zur Längsrichtung des ersten Kanals in dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich zu unterbinden.
    • Aspekt 31: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal parallel zueinander sind.
    • Aspekt 32: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal an Stirnseiten der Kammer der Vakuumschleuse angeordnet sind.
    • Aspekt 33: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal um mindestens eine Länge des Substratträgers voneinander beabstandet sind.
    • Aspekt 34: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal in Bezug auf eine Mittelebene der Kammer spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
    • Aspekt 35: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei die Strömungskanalanordnung einen dritten Kanal aufweist, der durch wenigstens eine Überströmöffnung mit dem ersten Kanal in einer Fluidverbindung steht.
    • Aspekt 36: Durchlaufanlage nach Aspekt 35, ferner mit einer Einrichtung zur Vergleichmäßigung der Strömung zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal, die die wenigstens eine Überströmöffnung aufweist, wobei optional die Überstromöffnung kleiner als ein Querschnitt des zweiten Strömungskanales ist
    • Aspekt 37: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei die Strömungskanalanordnung konfiguriert ist, beim Fluten und/oder Evakuieren der Kammer die Gasströmung derart zu erzeugen, dass an einer ersten Substratträgeroberfläche und einer zweiten Substratträgeroberfläche ein Druckgradient in einer Richtung parallel zur Längsrichtung des wenigstens einen Kanals minimiert wird.
    • Aspekt 38: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei sich der erste Kanal und der zweite Kanal senkrecht oder parallel zu einer Transportrichtung des Substratträgers in der Durchlaufanlage erstrecken.
    • Aspekt 39: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei die Durchlaufanlage konfiguriert ist, den Substratträger beim Fluten und Evakuieren der Kammer nicht-überlappend mit dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal zu positionieren.
    • Aspekt 40: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal jeweils eine Öffnung für eine Fluidverbindung mit einer Fluteinrichtung und/oder einer Evakuierungseinrichtung aufweist.
    • Aspekt 41: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte in Abhängigkeit von Aspekt 2, wobei die Vakuumschleuse ferner ein Gasprallblech zur Ablenkung eines Gasstromes gegen eine Wand der Kammer beim Fluten aufweist.
    • Aspekt 42: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Vakuumschleuse ferner wenigstens einem Anschlussstutzen zur Verbindung mit einer Evakuierungseinrichtung und/oder einer Fluteinrichtung aufweist.
    • Aspekt 43: Durchlaufanlage nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Durchlaufanlage ferner wenigstens einer Ventilanordnung aufweist, die zwischen der Kammer und der Evakuierungseinrichtung und/oder Fluteinrichtung vorgesehen ist.
    • Aspekt 44: Durchlaufanlage nach Aspekt 43, wobei die Ventilanordnung ein erstes Ventil und ein zweites Ventil, die unterschiedlich dimensioniert sind, aufweist.
    • Aspekt 45: Durchlaufanlage nach Aspekt 44, wobei die Durchlaufanlage eine Steuerung zum Ansteuern des ersten Ventils und des zweiten Ventils für ein zweistufiges Fluten oder ein zweistufiges Evakuieren der Kammer aufweist.
    • Aspekt 46: Durchlaufanlage nach einem der Aspekte 42 bis 45, ferner mit zueinander symmetrisch ausgestalteten Fluidverbindungsleitungen zwischen der Evakuierungseinrichtung und entgegengesetzten Seiten der Kammer und/oder zueinander symmetrisch ausgestalteten Fluidverbindungsleitungen zwischen der Fluteinrichtung und entgegengesetzten Seiten der Kammer.
    • Aspekt 47: Durchlaufanlage nach Aspekt 46, wobei die Fluidverbindungsleitungen die entgegengesetzten Seiten der Kammer mit einer gemeinsamen Evakuierungseinrichtung oder mit einer gemeinsamen Fluteinrichtung verbinden.
    • Aspekt 48: Verfahren zum Beschichten von Substraten in einer Durchlaufanlage, die ein Prozessmodul oder mehrere Prozessmodule aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
      • Einschleusen der Substrate in die Durchlaufanlage unter Verwendung einer ersten Vakuumschleuse,
      • Behandeln der Substrate in dem Prozessmodul oder den Prozessmodulen und
      • Ausschleusen der Substrate aus der Durchlaufanlage unter Verwendung einer zweiten Vakuumschleuse,
      wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Vakuumschleusen eine Kammer zur Aufnahme eines Substratträgers mit daran gehaltenen Substraten aufweist.
    • Aspekt 49: Verfahren nach Aspekt 48, wobei die wenigstens eine der ersten und zweiten Vakuumschleusen eine Strömungskanalanordnung zum Evakuieren und Fluten der Kammer, wobei die Strömungskanalanordnung einen ersten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer und einen zweiten Kanal zum Evakuieren und Fluten der Kammer aufweist, wobei der erste Kanal und der zweite Kanal an entgegengesetzten Seiten der Kammer angeordnet sind.
    • Aspekt 50: Verfahren nach Aspekt 48 oder Aspekt 49, wobei die erste Vakuumschleuse und die zweite Vakuumschleuse jeweils derart konfiguriert sind, dass ein Druckunterschied zwischen Substratträgeroberflächen des Substratträgers maximal 10 Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4Pa beträgt, wenn bei einem Abpumpvorgang oder Flutvorgang der Kammer eine Druckänderungsrate 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
    • Aspekt 51: Verfahren nach einem der Aspekte 48 bis 50, wobei die Substrate kristalline Siliziumwafer sind.
    • Aspekt 52: Verfahren nach einem der Aspekte 48 bis 51, wobei die Durchlaufanlage wenigstens 4000 Substraten pro Stunde, bevorzugt wenigstens 5000 Substraten pro Stunde bearbeitet.
    • Aspekt 53: Verfahren nach einem der Aspekte 48 bis 52, wobei eine Zykluszeit der Durchlaufanlage weniger als 60 s, bevorzugt weniger als 50 s, weiter bevorzugt weniger als 45 s beträgt.
    • Aspekt 54: Verfahren nach einem der Aspekte 48 bis 53, wobei eine mittlere Transportgeschwindigkeit in der Durchlaufanlage wenigstens 26 mm/s, bevorzugt wenigstens 30 mm/s, weiter bevorzugt wenigstens 33 mm/s beträgt.
    • Aspekt 55: Verfahren nach einem der Aspekte 48 bis 54, wobei eine Arbeitsdauer der Vakuumschleuse weniger als 25 s, bevorzugt weniger als 20 s, weiter bevorzugt weniger als 18 s beträgt.
    • Aspekt 56: Verfahren nach einem der Aspekte 48 bis 55, wobei die Kammer ein Kammeroberteil und einem Kammerunterteil und eine erste und eine zweite Innenoberfläche aufweist.
    • Aspekt 57: Verfahren nach Aspekt 56 in Abhängigkeit von Aspekt 49, wobei die Strömungskanalanordnung konfiguriert ist, eine Gasströmung sowohl in einem ersten Bereich zwischen der ersten Innenoberfläche und einer der ersten Innenoberfläche gegenüberliegenden ersten Substratträgeroberfläche als auch in einem zweiten Bereich zwischen der zweiten Innenoberfläche und einer der zweiten Innenoberfläche gegenüberliegenden zweiten Substratträgeroberfläche hervorzurufen.
    • Aspekt 58: Verfahren nach Aspekt 57, wobei ein Verhältnis eines ersten Abstands d1 zwischen der ersten Innenoberfläche und der ersten Substratträgeroberfläche zu einer Länge L des Substratträgers kleiner als 0,1, bevorzugt kleiner als 0,05, weiter bevorzugt kleiner als 0,025 ist.
    • Aspekt 59: Verfahren nach Aspekt 57 oder Aspekt 58, wobei ein Verhältnis eines zweitens Abstands d2 zwischen der zweiten Innenoberfläche und der zweiten Substratträgeroberfläche zu einer Länge L des Substratträgers kleiner als 0,1, bevorzugt kleiner als 0,05, weiter bevorzugt kleiner als 0,025 ist.
    • Aspekt 60: Verfahren nach einem der Aspekte 57 bis 59, wobei ein Verhältnis eines ersten Strömungswiderstands zwischen dem Substratträger und der ersten Innenoberfläche zu einem zweiten Strömungswiderstand zwischen dem Substratträger und der zweiten Innenoberfläche zwischen 0,95 und 1,05, bevorzugt zwischen 0,97 und 1,03, liegt.
    • Aspekt 61: Verfahren nach einem der Aspekte 57 bis 60, wobei ein Druckunterschied zwischen der ersten Substratträgeroberfläche und der zweiten Substratträgeroberfläche maximal 10Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4 Pa beträgt, wenn bei einem Evakuieren oder Fluten der Kammer eine Druckänderungsrate in der Kammer 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
    • Aspekt 62: Verfahren nach einem der Aspekte 57 bis 61, wobei der Substratträger so zwischen der ersten und der zweiten Innenoberfläche positioniert wird, dass | d 1 − d 2 | / max ( d 1 , d 2 ) < 15 % , bevorzugt | d 1 − d 2 | / max ( d 1 , d 2 ) < 8 % ,
      Figure DE102018004086A1_0003
      wobei d1 ein erster Abstand zwischen der ersten Substratträgeroberfläche und der ersten Innenoberfläche ist und d2 ein zweiter Abstand zwischen der zweiten Substratträgeroberfläche und der zweiten Innenoberfläche ist.
    • Aspekt 63: Verfahren nach einem der Aspekte 57 bis 62, wobei beim Fluten und/oder Evakuieren der Kammer eine senkrecht zu einer Längsrichtung des ersten Kanals gerichtete Gasströmung an wenigstens einem Bereich einer ersten Substratträgeroberfläche und wenigstens einem Bereich einer zweiten Substratträgeroberfläche zu erzeugen und Querströmungen parallel zur Längsrichtung des ersten Kanals in dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich zu unterbinden.
    • Aspekt 64: Verfahren nach einem der Aspekte 48 bis 63, das von der Durchlaufanlage nach einem der Aspekte 1 bis 47 ausgeführt wird.
  • Verschiedene Wirkungen können mit den Durchlaufanlagen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen erreicht werden. Die Qualität der abgeschiedenen Beschichtung oder Schichtsystem auf Substraten kann verbessert werden. Die Produktivität der Durchlaufanlage kann erhöht werden. Ein- und Ausschleuszeit für Substrathalter mit Substraten können so klein sein, dass sie den Durchsatz der Durchlaufanlage nicht limitieren.
  • Bei Verwendung zur Herstellung von Solarzellen können die Herstellungskosten für die Beschichtung von Solarzellen reduziert werden. Hocheffiziente Solarzellen können zu niedrigen Kosten hergestellt werden, wodurch die Solarzellen wettbewerbsfähiger für die Erzeugung von Strom gemacht werden. Gute Passivierungsschichten der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche können dazu beitragen, die Rekombination der erzeugten Elektronen oder Löcher in der gebildeten Si-Solarzelle zu reduzieren und Rekombination der Ladungsträger zu verhindern.
  • Die Durchlaufanlage bietet ein skalierbares Anlagenkonzept, so dass Durchsatz und Produktivität an die Anforderungen durch Anpassung der Anlagenparameter erfüllt werden können. Beispielsweise kann die Breite der Durchlaufanlage und des Substratträgers erhöht werden, um einen größeren Durchsatz zu ermöglichen. Die Vakuumschleuse oder die Vakuumschleusen der Durchlaufanlage kann bzw. können skalierbar sein, so dass sie für unterschiedliche Durchsätze von Substraten anpassbar sind. Dazu kann die Breite und/oder Länge der Vakuumschleusen gemäß den Abmessungen des Substratträgers gewählt werden, der zum Erreichen des gewünschten Soll-Umsatzes geschleust werden soll.
  • Eine Reduktion der Anlagenverschmutzung kann erreicht werden. Dies führt zu einer Verlängerung der mittleren Zeit zwischen Wartungsarbeiten. Die mittlere Wartungsdauer kann reduziert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung können vorteilhaft zur Beschichtung von Wafern eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Durchlaufanlage kann beispielsweise eine Beschichtungsanlage für rechteckige oder runde Wafer sein, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2276057 B1 [0002]
    • US 2013/0031333 A1 [0003]
    • WO 2015/126439 A1 [0004]

Claims (27)

  1. Durchlaufanlage (100) zur Beschichtung von Substraten (103), aufweisend: ein Prozessmodul (130; 130a, 130b; 130a, 130b, 130c) oder mehrere Prozessmodule (130a, 130b; 130a, 130b, 130c); und eine Vakuumschleuse (10; 110, 150) zum Einschleusen der Substrate (103) oder zum Ausschleusen der Substrate (103), wobei die Vakuumschleuse (10; 110, 150) aufweist: eine Kammer (30) zur Aufnahme eines Substratträgers (102) mit mehreren Substraten (103) und eine Strömungskanalanordnung (51, 52, 56, 57; 111, 112) zum Evakuieren und Fluten der Kammer (30), wobei die Strömungskanalanordnung (51, 52, 56, 57; 111, 112) einen ersten Kanal (51; 111) zum Evakuieren und Fluten der Kammer (30) und einen zweiten Kanal (52; 112) zum Evakuieren und Fluten der Kammer (30) aufweist, wobei der erste Kanal (51; 111) und der zweite Kanal (52; 112) an entgegengesetzten Seiten der Kammer (30) angeordnet sind.
  2. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 1, wobei wenigstens ein Prozessmodul (130; 130a, 130b; 130a, 130b, 130c) eine Plasmaquelle, eine Gaszuführeinrichtung zum Zuführen mehrerer Prozessgase über getrennte Gasverteiler und wenigstens eine Gasabsaugeinrichtung zum Absaugen der Prozessgase aufweist.
  3. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 2, wobei das wenigstens eine Prozessmodul (130; 130a, 130b; 130a, 130b, 130c) mit der Plasmaquelle eine erste Gasabsaugeinrichtung, deren Absaugöffnung entlang einer Förderrichtung (101) der Substrate (103) stromaufwärts der Plasmaquelle angeordnet ist, und eine zweite Gasabsaugeinrichtung aufweist, deren Absaugöffnung entlang der Förderrichtung stromabwärts der Plasmaquelle angeordnet ist.
  4. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Plasmaquelle und die Gaszuführeinrichtung in einem Anlagenbauteil kombiniert sind, das als Modul von der Durchlaufanlage (100) demontierbar ist.
  5. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Transporteinrichtung zum kontinuierlichen Transportieren eines Zugs von Substratträgern (102) durch wenigstens einen Abschnitt der Durchlaufanlage (100), und ein Überführungsmodul (120, 140) zum Überführen des Substratträgers (102) zwischen der Vakuumschleuse (10; 110, 150) und der Transporteinrichtung, wobei das Überführungsmodul (120, 140) zwischen der Vakuumschleuse (10; 110, 150) und dem Prozessmodul (130; 130a, 130b; 130a, 130b, 130c) oder den Prozessmodulen (130a, 130b; 130a, 130b, 130c) angeordnet ist.
  6. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 5, wobei das Überführungsmodul (120) eine Temperaturregeleinrichtung (121, 122) aufweist, wobei optional die Temperaturregeleinrichtung (121, 122) eine Heizeinrichtung aufweist, um die Substrate (103) von beiden Seiten zu heizen.
  7. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, wobei die Vakuumschleuse (10; 110, 150) eine Vakuumschleuse (10; 110) zum Einschleusen der Substrate (103) ist und die Durchlaufanlage (100) ferner eine zweite Vakuumschleuse (10; 150) zum Ausschleusen der Substrate (103) aufweist, wobei die zweite Vakuumschleuse (10; 150) aufweist: eine zweite Kammer (30) zur Aufnahme des Substratträgers (102) und eine zweite Strömungskanalanordnung (51, 52, 56, 57; 111, 112) zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer (30), wobei die zweite Strömungskanalanordnung (51, 52, 56, 57; 111, 112) einen dritten Kanal zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer (30) und einen vierten Kanal zum Evakuieren und Fluten der zweiten Kammer (30) aufweist, wobei der dritte Kanal und der vierte Kanal an entgegengesetzten Seiten der zweiten Kammer (30) angeordnet sind.
  8. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 7, wobei die Durchlaufanlage (100) ferner aufweist: ein zweites Überführungsmodul (140) zum Überführen des Substratträgers (102) von der Transporteinrichtung zu der diskontinuierlich arbeitenden zweiten Vakuumschleuse (150).
  9. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei die Durchlaufanlage (100) konfiguriert ist, die Substrate (103) zwischen der ersten Vakuumschleuse (110) und der zweiten Vakuumschleuse (150) ohne Unterbrechung eines Vakuums durch die Durchlaufanlage (100) zu transportieren.
  10. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchlaufanlage (100) mehrere Prozessmodule (130a, 130b) und wenigstens eine zwischen zwei Prozessmodulen (130a, 130b) angeordnete Transferkammer (170) aufweist.
  11. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 10, wobei die Transferkammer (170) zum Schleusen der Substrate (103) zwischen den zwei Prozessmodulen (130a, 130b) konfiguriert ist.
  12. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchlaufanlage (100) konfiguriert ist, ein stickstoffhaltiges erstes Prozessgas und ein siliziumhaltiges zweites Prozessgas in ein Prozessmodul (130b; 130b, 130c) mit einer Plasmaquelle über separate Gasverteiler zuzuführen.
  13. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 12, wobei die Durchlaufanlage (100) konfiguriert ist, ein sauerstoffhaltiges drittes Prozessgas und ein aluminiumhaltiges viertes Prozessgas in ein weiteres Prozessmodul (130a) mit einer weiteren Plasmaquelle zuzuführen.
  14. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die Durchlaufanlage (100) eine Durchlaufanlage (100) zur Herstellung von Solarzellen ist, insbesondere zur Herstellung einer der folgenden Solarzellen: PERC („Passivated Emitter Rear Cell“)-Zelle; PERT („Passivated Emitter and Rear Cell with Totally Diffused Back Surface Field“)-Zelle; PERL („Passivated Emitter and Rear Cell with Locally Diffused Back Surface Field“)-Zelle; Heterojunction-Solarzelle; Solarzelle mit passivierten Kontakten.
  15. Durchlaufanlage (100) nach Anspruch 12, wobei die Durchlaufanlage (100) eine Durchlaufanlage (100) zum Aufbringen einer Antireflexionsbeschichtung und/oder einer Passivierungsschicht ist.
  16. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vakuumschleuse (10; 110, 150) derart konfiguriert ist, dass ein Druckunterschied zwischen vorder- und rückseitigen Oberflächen der Substrate und des Substratträgers (102) maximal 10 Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4Pa beträgt, wenn bei einem Abpumpvorgang oder Flutvorgang der Kammer (30) eine Druckänderungsrate 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
  17. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchlaufanlage (100) eine Durchlaufanlage (100) zum Beschichten kristalliner Siliziumwafer ist.
  18. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zur Bearbeitung von wenigstens 4000 Substraten (103) pro Stunde, bevorzugt von wenigstens 5000 Substraten (103) pro Stunde konfiguriert ist.
  19. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Zykluszeit der Durchlaufanlage (100) weniger als 60 s, bevorzugt weniger als 50 s, weiter bevorzugt weniger als 45 s beträgt.
  20. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine mittlere Transportgeschwindigkeit in der Durchlaufanlage (100) und/oder im Prozessmodul wenigstens 25 mm/s, bevorzugt wenigstens 30 mm/s, weiter bevorzugt wenigstens 33 mm/s beträgt.
  21. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Arbeitszeit zum Abpumpen der Vakuumschleuse (10; 110, 150) weniger als 25 s, bevorzugt weniger als 20 s, weiter bevorzugt weniger als 18 s beträgt, und/oder wobei eine Arbeitszeit zum Fluten der Vakuumschleuse (10; 110, 150) weniger als 16s, bevorzugt weniger als 10 s, weiter bevorzugt weniger als 6 s beträgt.
  22. Durchlaufanlage (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Prozessmodul eine Sputterkathode aufweist.
  23. Verfahren zum Beschichten von Substraten (103) in einer Durchlaufanlage (100), die ein Prozessmodul (130; 130a, 130b; 130a, 130b, 130c) oder mehrere Prozessmodule (130a, 130b; 130a, 130b, 130c) aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Einschleusen der Substrate (103) in die Durchlaufanlage (100) unter Verwendung einer ersten Vakuumschleuse (10; 110, 150), Behandeln der Substrate (103) in dem Prozessmodul (130; 130a, 130b; 130a, 130b, 130c) oder den Prozessmodulen (130a, 130b; 130a, 130b, 130c) und Ausschleusen der Substrate (103) aus der Durchlaufanlage (100) unter Verwendung einer zweiten Vakuumschleuse (10; 110, 150), wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Vakuumschleusen (10; 110, 150) Folgendes aufweist: eine Kammer (30) zur Aufnahme eines Substratträgers (102) mit daran gehaltenen Substraten (103) und eine Strömungskanalanordnung (51, 52, 56, 57; 111, 112) zum Evakuieren und Fluten der Kammer (30), wobei die Strömungskanalanordnung (51, 52, 56, 57; 111, 112) einen ersten Kanal (51; 111) zum Evakuieren und Fluten der Kammer (30) und einen zweiten Kanal (52; 112) zum Evakuieren und Fluten der Kammer (30) aufweist, wobei der erste Kanal (51; 111) und der zweite Kanal (52; 112) an entgegengesetzten Seiten der Kammer (30) angeordnet sind.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die erste Vakuumschleuse (10; 110, 150) und die zweite Vakuumschleuse (10; 110, 150) jeweils derart konfiguriert sind, dass ein Druckunterschied zwischen Substratträgeroberflächen des Substratträgers (102) maximal 10 Pa, bevorzugt maximal 5 Pa, besonders bevorzugt maximal 4Pa beträgt, wenn bei einem Abpumpvorgang oder Flutvorgang der Kammer (30) eine Druckänderungsrate 100 hPa/s, bevorzugt 300 hPa/s übersteigt.
  25. Verfahren nach Anspruch 23 oder Anspruch 24, wobei die Substrate (103) kristalline Siliziumwafer sind.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei das Verfahren zur Herstellung von Solarzellen eingesetzt wird, insbesondere zur Herstellung einer der folgenden Solarzellen: PERC („Passivated Emitter Rear Cell“)-Zelle; PERT („Passivated Emitter and Rear Cell with Totally Diffused Back Surface Field“)-Zelle; PERL („Passivated Emitter and Rear Cell with Locally Diffused Back Surface Field“)-Zelle; Heterojunction-Solarzelle; Solarzelle mit passivierten Kontakten.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, das von der Durchlaufanlage (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 ausgeführt wird.
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